稀土永磁材料

1、稀土永磁材料摘要：本文主要介绍稀土永磁材料的性能、原理、分类、应用和发展前景。稀土 永磁材料以其高剩磁、高矫顽力、高磁能积等优异的综合磁性能在通信交通医疗 航空航天等领域得到了广泛应用。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材 料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动 力，也对许多相关产业产生相当深远的影响，研究稀土永磁材料已经 成为一个相当具有战略性的课题。关键词：稀土、永磁材料、微电子引言：稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它 比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝竦钻性能 优越得多，比昂贵的铂钻合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料 的使用

2、，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而 且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各 国的极大重视，发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的 性能已接近或达到国际先进水平。现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人 造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、 航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁 应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设 备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面，运用稀土永磁材料进 行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了 “磁穴疗法”的迅 速推广。在应用稀土的

3、各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的 一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产 业产生相当深远的影响。一、磁材料的原理物质的磁性类型主要有顺磁性、反磁性和铁磁性等。物质分子中含有未成对 电子时表现为顺磁性，顺磁性物质在外磁场中能产生一个附加的磁场，表现出较 强的磁性，如铁氤化钾（赤血盐）KFe （CN）、硫酸亚铁（FeSO HO）等。 而一些不含有未成对电子的物质，在外磁场作用下，产生一个与外磁场反向的小 磁矩，故称为反磁性，如食盐（NaCl）、氧化钙（CaO）、亚铁氤化钾（黄血盐） KFe （CN）等。还有一类物质，它们通常是金属或合金，属于铁磁性物质。 铁磁性物质在

4、磁场作用下，原子的磁矩趋于平行排列，产生一个大的磁矩，在物 质内部形成一个很强的磁场，这类物质称为铁磁性物质。最熟悉的例子有铁、钻、 竦以及它们的合金等。永磁材料，就是指经过磁化以后，具有长期保持磁性的物质。1932年发现的钻 铁氧体、钡铁氧体、锶铁氧体是最早使用的永磁材料。它们是以氧化铁为主要成 分的复合氧化物。（MFe O , M=CO2+、Ba2+、Sr2+、Mg2+），这些铁氧体在无外加磁场时，不显示 磁性，但当外加磁场时，铁氧体被磁化，产生很强的磁性，在移去外磁场后，磁 性仍可保留，故称永久磁铁，如Co Fe O等。稀土原子具有比铁、钻、竦更 多的未成对自旋电子，电子自旋产生的磁矩4

5、与电子轨道运动产生的磁矩加和起 来，使稀土原子具有很高的原子磁矩，这些原子磁铁在品体中还可以构成无数个 小区域，在外磁场作用下，在这些小区域内原子按磁矩方向排列起来，形成磁畴。 这便大大加强了稀土合金材料的磁性。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钻、铁等） 组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁 性材料。二、稀土永磁材料分类稀土钻永磁材料，包括稀土钻（1-5型）永磁材料SmCo5和 稀土钻（2-17型）永磁材料Sm2Co17两大类。1968年研制出了一类稀土 钻永磁材料，其中以SmCo、SmCo等钐钻磁体磁性最佳。一块火柴盒大小的稀 土永磁体SmCo可以吸起

6、一个成年人重量的铁物体。用这种磁体制造的电子器件， 不仅体积小、重量轻，而且还大大降低了成本，故在现代电子通讯技术中有着广 泛的应用。例如可用于制造人造卫星、雷达所用的行波管和环行器，用于制造原 子钟、微型电机、微型扬声器、电子手表，用于办公室自动化设备，如制造软盘 和硬盘驱动装置，以及医疗磁片等。钐钻磁体虽然具有磁能积高、居里温度（物 质呈现铁磁性的最高温度）高（727C ）等优点，但钐是比较短缺的稀土元素， 在原料供应上没有牢靠的保证。因此稀土铁氧体磁体仍有发展潜力。稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料。钕铁硼（Nd Fe B）磁性材 料是由日本住友特种金属公司（SSMC）于1983年推出的

7、一种新型高磁能积磁性 材料。如以兆高奥为最大磁能积单位，则铁氧体为3.7、钐钻为21.0，而烧结 NdFe B的额定值为37.0 （实验室获得的数据为50.6）。钕铁硼磁体的拉伸和弯 曲强度是钐钻磁体的2倍，易于车削和处理，烧结产品的密度低，故能将磁路设 计得小巧轻便。原料价格比铁氧体高，但比钐钻低，因此被称之为“磁铁王”， 具有极好的发展前景。据统计，1986年在世界生产的磁体中，日本占42%，美 国为28%，西欧国家为20%，其他为10%。钕铁硼磁体约60%用于制造诸如电 子计算机磁盘驱动器、办公自动化设备的小型马达、视频照相机和录像机等音像 设备及汽车电子设备上用的马达，15%用于制造计

8、量设备，10%用于音频扬声 器，其余的15%用于医学上使用的磁共振成像系统以及其他各种应用领域。有 人分析，随着汽车工业的发展，钕铁硼磁体的需求量将会进一步增加，这是因为 一辆新型小汽车需平均安装约40个马达，要求使用许多的小巧而磁能积高的稀 土永磁体。稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（RE-Fe-C系）永磁材 料。判断永磁材料性能优劣的一个综合指标是最大磁能积（BH）max，现有商用的 稀土粘结永磁材料是快淬钕铁硼磁粉，最大磁能积是1018兆高奥，稀土铁氮 磁粉最大磁能积是2040兆高奥。稀土铁氮磁粉具有较强的技术优势。稀土铁氮新材料与市场现有磁性材料钕铁硼相比成本较低，主要原因是磁粉

9、 中稀土相对含量少，同时无需掺杂钻等价格昂贵的金属。另外，稀土铁氮新材料 中的稀土成分可以是钕，也可以是钐，市场上钐的价格远低于钕。三、稀土永磁材料制备工艺分类粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体；还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁 体；3 .快速凝固制粉或氢碎制粉（HDDR ），粉末模压粘结工艺制备的粘结 磁体；快速凝固制粉或氢碎（HDDR ）粉末的注射工艺制备的注射磁体；5 .快速凝固制粉或氢碎（HDDR ）粉末的热压法制备的热压磁体；用热压磁体再进行热变形压工艺制备的各向异性热变形压磁体；将热变形压磁体磨制成粉，再采用模压或注射等方法制备成各向 异性粘结磁体。四、稀土永磁

10、材料的主要应用永磁体最基本的作用是在某一特定的空间产生一恒定的磁场，维 持此磁场并不需要任何外部电源。标志永磁材料好坏的参数有许多， 最重要的是最大磁能积（BH）max ，磁能积越大，材料每单位体积所产 生外磁场的能量就越大。目前商品NdFeB永磁材料的最大磁能积已达 到：50MGOe。由于稀土永磁材料的高磁能积和高矫顽力等优异的特性， 已给永磁应用带来革命性的变化，稀土永磁材料主要应用在以下几个 方面：机电类稀土永磁体的出现，意味着电机领域将引起革命性的变化。这 是因为稀土永磁体没有激磁损耗，不发热，用它制造的电机优点很多。 因稀土永磁电机没有激磁线圈与铁心，磁体体积较原来磁场极所占空 间小

11、，没有损耗，不发热，因此为得到同样输出功率整机的体积，重 量可减小30%以上，或者同样体积、重量，输出功率大50%以上。永磁电机，尤其是微电机，每年世界产量约几亿台之多，主要 用在汽车、办公自动化设备和家用电器中。所使用的多为高性能的铁 氧体和稀土永磁体。今后稀土永磁电机的最大市场之一将是汽车工业。钕铁硼永磁 材料性能优异，用于制造电机，可以实现汽车电机“钕铁硼化”。在 汽车方面，只有用小马达，才能降低汽车重量，增加舒适感，提高安 全性，降低尾气排放，提高汽车的整体性能，目前用量最大的是启动 电机。电机是汽车中不可缺少的部件，汽车上电机数量在逐年增加。 一般汽车上有818台，高级轿车多达405

12、0台，随着汽车工业的 发展，汽车电机的需求是巨大的。高磁能积的稀土永磁体体积小，却 能较铁氧体产生大得多的动力，因此提高了电效率。通过使用稀土磁 体减少重量和尺寸，可以节约更多的燃料和增加设计的灵活性。稀土永磁材料在医疗中的应用磁选机一般的磁选机有永磁式和电磁式两种，以前，永磁式磁选机的磁 体多用铁氧体。稀土永磁出现后，设计并制造了各种型号和类型的永 磁磁选机，尤其是在中高磁场磁选机中，必须用稀土永磁体。计算机及外围设备在计算机中使用的稀土永磁材料最多的器件是磁盘驱动电机（VCM ）， 另一种是数据输出打印机电机。各种仪表使用永磁体的仪表种类很多，如磁电式仪表、计数器等。扬声器和耳机扬声器和耳

13、机是永磁体传统应用领域。扬声器有外磁式和内磁式 二种，稀土永磁出现后在同样输出功率与音质下，扬声器被做得非常 小，目前稀土永磁扬声器和耳机已应用到高级随身听。微波器件在微波领域中，微波管、毫波管发生器或放大器需要稳定磁场。 稀土永磁体在此中主要起电子运动的聚集作用。五、稀土永磁材料现状及未来发展趋势近年来稀土永磁材料在国内的应用发展很快，目前已应用于一般 电机、大电机如磁力泵、磁选设备、永磁吊车和家用电器等方面。但 与西方国家相比，我国生产的钕铁硼磁体，包括出口，用得最多的是 音响器件（中国是全球最大的扬声器生产者，国产钕铁硼有近一半用 于制造扬声器），其次是电机和油井除蜡器。而在音圈马达等国外用 量最多的领域，我国的应用还很少。其原因在于这两个应用领域所用 的磁体，不仅要求磁性能高，均匀性、一致性好，而且要求加工精度 高，镀层质量好，国内大多数厂家的产品难于满足上述使用要求。参考文献：rnat K.Olson J C.Hofer G Coe