[发明专利]强磁铁及周期性排列强磁铁的制作方法及装置

说明书

技术领域：本发明属物理仪器领域。

背景技术：众所周知，强磁铁在实际应用中是很重要的。例如，为产生短波长自由电子激光，就需要磁场强度很高、波长很短的扭摆磁场。现在的磁铁能做到波长为几个厘米，场强几个特斯拉的程度。对于产生X激光，这样磁铁不能很好地满足要求。为此需研制周期性排列的强磁铁。此外，强磁铁对于缩小电机尺度等众多工业领域也很重要。本发明提出了一个实现此目的方案。

发明内容：这里所说的强磁铁是磁场强度很高(如高于1个特斯拉)的磁铁；所说的磁性微粒是指磁矩不为零的原子、分子、或原子结合后形成的具有磁性的微粒，如纳米磁性微粒，这些磁性微粒可以是气态粒子、固体颗粒或微小液滴，即雾。

一种强磁铁及周期性排列强磁铁的制作方法及装置，其特征是，在水平或竖直方向上，安置两块N、S磁极相对、在水平或竖直方向上产生均匀强磁场的磁铁或电磁铁，在两块磁铁之间的上部或下部安置有凝结板，当凝结板在下方时，在两块磁铁之间的上部、凝结板的上方可安置加压板，将磁性微粒用真空镀膜法镀到凝结板上、或用真空沉降镀膜法或液体中沉降镀膜法沉降到凝结板上，磁性微粒整体运动方向垂直或平行于磁场方向，每当镀层增加一定厚度时，都可用加压板对膜层施加适当的压力；在膜层达到需要的厚度时，可停止镀膜，这样制得强磁铁；也可将N、S磁极相对于凝结板转动180度，然后按同样方法镀下一个膜层，这样可制作周期性排列的强磁铁。

凝结板的特征是，凝结板是一个平板，其上有个膜层，这个膜层能够粘结磁性微粒；凝结板与控制其温度的温度控制器连接，使得凝结板具有适于磁性微粒相互结合的温度。

一种用真空镀膜法制作强磁铁的装置，其特征是，按这一方法，其相应装置有真空室，在真空室上部有水平放置的凝结板；在真空室下部有水平安置、可绕竖直轴旋转的底盘，底盘上固定有多个镀槽；在真空室相对的两侧面或顶、底部固定有磁场强而均匀、磁场方向垂直或平行于竖直轴的磁铁，镀槽中有可被加热蒸发的磁性材料，镀槽的个数与形成磁层所需材料的种类数相同；用电子枪或低压大电流对镀槽加热，将磁性微粒蒸发或溅射到凝结板上，使得磁性微粒在凝结板上相互结合、形成磁铁；真空室中也可充入少量惰性气体。

磁铁的成分有多种选择。不同物质的熔点都不相同。因此，对填充不同成分镀槽应该分别加温。同时要根据在这种磁铁中该成分的含量，确定其蒸发的速度。这是容易实现的，只要适当地控制该成分的蒸发温度就可以。

凝结板上的温度由磁性材料形成磁铁所需温度确定。在此温度下，磁铁中各种成分都能在凝结板上凝结，并结合为磁铁。

一种用真空镀膜法制作周期性排列强磁铁的装置，其特征是，按这一方法，其相应装置有真空室，在真空室上部有水平放置、可绕竖直轴旋转的凝结板，在真空室下部水平安置有可绕竖直轴旋转的底盘，底上固定有多个镀槽，在真空室相对的两侧或顶、底部固定有磁场强而均匀、磁场方向垂直或平行于竖直轴的磁铁，镀槽中有可被加热蒸发的磁性材料，镀槽的个数与形成磁层所需材料的种类数相同；在膜层达到所要求的厚度时，将凝结板绕竖直轴旋转180度或将磁场方向改变180度后，再按同样方式继续制作下一个磁性膜层；用电子枪或低压大电流对各个镀槽分别加温，将磁性微粒蒸发或溅射到凝结板上，使得磁性微粒在凝结板上相互结合，形成膜层，从而得到磁极相反的多个磁性膜层。

为确保各种成分的顺磁性及铁磁性微粒或分子在从真空室低部到凝结板的运动过程中，都能够按磁场方向排列，所加磁场的强度应尽可能地大。为了确保镀膜均匀，磁场必须尽可能地均匀，使底盘绕竖直轴旋转。

周期性排列强磁铁的制作方法的一个特征是，在按上述方式镀完一个磁性膜层后，可在此膜层上再镀上一层无磁性膜层。

膜层厚度的控制是重要的。控制膜层厚度的方法是，选择磁性膜层的透射系数和反射系数都不为零的单色光(最好是激光)，利用从膜层凝结板或无磁性膜层和膜层表面反射光的干涉控制膜层厚度。这是因为，当两束反射光位相相同时，反射光最强；当两束反射光位相相反时，反射光最弱。用同样的方法可以控制无磁性膜层的厚度。用这种方法可以很高精度地控制膜厚。