1、稀土永磁材料摘要：本文主要介紹稀土永磁材料的性能、原理、分類、應用和發展前景。稀土 永磁材料以其高剩磁、 高矯頑力、 高磁能積等優異的綜合磁性能在通信交通醫療 航空航天等領域得到了廣泛應用。在 應 用 稀 土 的 各 個 領 域 中 ，稀 土 永 磁 材 料是發 展速 度最 快的 一 個。它 不僅 給稀 土產 業的 發展 帶來 巨大 的 推動 力 ，也 對許 多相 關產 業產 生相 當深 遠的 影 響，研 究稀 土 永磁材 料 已經 成為一個相當具有戰略性的課題。關鍵詞：稀土、永磁材料、微電子引言：稀 土永磁材料是現在已知的綜合性能最高的一種永磁材料 ，它 比十九世紀使用的磁鋼的磁性能高 10

2、0 多倍，比鐵氧體、鋁 鎳鈷性能 優越得 多 ，比 昂 貴的 鉑鈷 合金 的磁 性能 還 高一 倍。由 于稀 土永 磁 材料 的使用，不 僅促進了永磁器件向小型化發展，提高了產品的性能，而 且促使某些特殊器件的產生，所以稀土永磁材料一出現 ，立即引起各 國的極大重視，發 展極為迅速。我國研制生產的各種稀土永磁材料的 性能已接近或達到國際先進水平。現在稀土永磁材料已成為電子技術通訊中的重要材料，用在人 造衛星，雷達等方面的行 波管、環行器中以及微型電機、微型錄音機、 航空儀器、電子手表、地 震儀和其它一些電子儀器上。目 前稀土永磁 應用已滲透到汽車、家用電器、電 子儀表、核磁共振成像儀、音 響設

3、 備 、微 特 電 機 、移 動 電 話 等 方 面 。在 醫 療 方 面 ，運 用 稀 土 永 磁 材 料 進 行“磁 穴療法 ”，使得療效大為提高，從而促進了“磁穴療 法”的迅 速推廣。在 應用稀土的各個領域中，稀土永磁材料是發展速度最快的 一 個 。它 不 僅 給 稀 土 產 業 的 發 展 帶 來 巨 大 的 推 動 力 ，也 對 許 多 相 關 產 業產生相當深遠的影響。一、磁材料的原理物質的磁性類型主要有順磁性、 反磁性和鐵磁性等。 物質分子中含有未成對 電子時表現為順磁性， 順磁性物質在外磁場中能產生一個附加的磁場， 表現出較 強的磁性，如鐵氰化鉀（赤血鹽）&Fe （CN

4、 6、硫酸亞鐵（FeSQ HO等。 而一些不含有未成對電子的物質， 在外磁場作用下， 產生一個與外磁場反向的小 磁矩，故稱為反磁性，如食鹽（NaCI）、氧化鈣（CaO、亞鐵氰化鉀（黃血鹽） K4Fe（ CN 6等。還有一類物質，它們通常是金屬或合金，屬于鐵磁性物質。 鐵磁性物質在磁場作用下， 原子的磁矩趨于平行排列， 產生一個大的磁矩， 在物 質內部形成一個很強的磁場， 這類物質稱為鐵磁性物質。 最熟悉的例子有鐵、 鈷、 鎳以及它們的合金等。永磁材料， 就是指經過磁化以后， 具有長期保持磁性的物質。 1932年發現的鈷 鐵氧體、鋇鐵氧體、 鍶鐵氧體是最早使用的永磁材料。 它們是以氧化鐵為主要成

5、 分的復合氧化物。（MFeO, M= CO+、Bf、Sr2+、Mg+），這些鐵氧體在無外加磁場時，不顯示 磁性，但當外加磁場時，鐵氧體被磁化，產生很強的磁性，在移去外磁場后，磁 性仍可保留，故稱永久磁鐵，如 Co0.75Fe2.25Q等。稀土原子具有比鐵、鉆、鎳更 多的未成對自旋電子，電子自旋產生的磁矩與電子軌道運動產生的磁矩加和起 來，使稀土原子具有很高的原子磁矩， 這些原子磁鐵在晶體中還可以構成無數個 小區域，在外磁場作用下， 在這些小區域內原子按磁矩方向排列起來， 形成磁疇。 這便大大加強了稀土合金材料的磁性。稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬（ 如 鉆、鐵等） 組成的合金，用

6、粉末冶金方法壓型燒結，經磁場充磁后制得的一種磁 性材料。、 稀土永磁材料分類1. 稀土鉆永磁材料，包括稀土鉆（1-5型）永磁材料SmCo5和 稀土鉆（2-17型）永 磁材料Sm2Co17兩大類。1968年研制出了一類稀土 鉆永磁材料，其中以SmCo SmCo7等釤鉆磁體磁性最佳。一塊火柴盒大小的稀 土永磁體SmC50可以吸起一個成年人重量的鐵物體。用這種磁體制造的電子器件， 不僅體積小、 重量輕， 而且還大大降低了成本， 故在現代電子通訊技術中有著廣 泛的應用。 例如可用于制造人造衛星、 雷達所用的行波管和環行器， 用于制造原 子鐘、微型電機、微型揚聲器、電子手表，用于辦公室自動化設備，如制造

7、軟盤 和硬盤驅動裝置，以及醫療磁片等。釤鉆磁體雖然具有磁能積高、居里溫度（物 質呈現鐵磁性的最高溫度）高（727C）等優點，但釤是比較短缺的稀土元素， 在原料供應上沒有牢靠的保證。因此稀土鐵氧體磁體仍有發展潛力。2 .稀土釹永磁材料，NdFeB永磁材料。釹鐵硼（NdFeB）磁性材 料是由日本住友特種金屬公司（ SSM）C 于 1983年推出的一種新型高磁能積磁性 材料。如以兆高奧為最大磁能積單位，則鐵氧體為3.7、釤鉆為 21.0 ，而燒結Nc2Fei4B的額定值為37.0 （實驗室獲得的數據為50.6）。釹鐵硼磁體的拉伸和彎 曲強度是釤鉆磁體的 2 倍，易于車削和處理， 燒結產品的密度低，

8、故能將磁路設 計得小巧輕便。原料價格比鐵氧體高，但比釤鉆低，因此被稱之為“磁鐵王”， 具有極好的發展前景。據統計， 1986年在世界生產的磁體中，日本占 42，美 國為 28，西歐國家為 20，其他為 10。釹鐵硼磁體約 60用于制造諸如電 子計算機磁盤驅動器、 辦公自動化設備的小型馬達、 視頻照相機和錄像機等音像 設備及汽車電子設備上用的馬達， 15用于制造計量設備， 10用于音頻揚聲 器，其余的 15用于醫學上使用的磁共振成像系統以及其他各種應用領域。有 人分析，隨著汽車工業的發展， 釹鐵硼磁體的需求量將會進一步增加， 這是因為 一輛新型小汽車需平均安裝約 40個馬達，要求使用許多的小巧而

9、磁能積高的稀 土永磁體。3. 稀土鐵氮（ RE-Fe-N 系） 或稀土鐵碳（ RE-Fe-C 系） 永磁材 料。判斷永磁材料性能優劣的一個綜合指標是最大磁能積 （BH）max,現有商用的 稀土粘結永磁材料是快淬釹鐵硼磁粉，最大磁能積是 1018兆高奧，稀土鐵氮 磁粉最大磁能積是2040兆高奧。稀土鐵氮磁粉具有較強的技術優勢。稀土鐵氮新材料與市場現有磁性材料釹鐵硼相比成本較低， 主要原因是磁粉 中稀土相對含量少， 同時無需摻雜鈷等價格昂貴的金屬。 另外， 稀土鐵氮新材料 中的稀土成分可以是釹，也可以是釤，市場上釤的價格遠低于釹。三、稀土永磁材料制備工藝分類1粉末冶金燒結工藝制備的燒結磁體；2 還

10、原 擴 散 制 粉 或 氫 碎 處 理 粉 末 及 粉 末 冶 金 燒 結 工 藝 制 備的 燒 結 磁 體；3快速凝固制粉或氫碎制粉（HDDR,粉末模壓粘結工藝制備的粘結 磁體；4快速凝固制粉或氫碎（HDDR粉末的注射工藝制備的注射磁體； 5快速凝固制粉或氫碎（HDDR粉末的熱壓法制備的熱壓磁體； 6 用熱 壓 磁 體 再 進 行 熱變 形 壓 工 藝 制 備 的 各向 異 性 熱變 形壓 磁 體 ； 7 將熱 變 形 壓 磁 體 磨 制 成 粉 , 再 采 用 模 壓 或 注 射 等 方 法 制 備 成 各 向 異性粘結磁體。四 、稀 土 永 磁 材 料 的 主 要應 用永 磁 體 最基

11、本 的 作 用是 在 某 一特 定 的 空間 產 生 一恒 定 的 磁 場 ,維 持 此磁 場 并 不需 要 任 何 外部 電 源 。標 志 永 磁 材 料 好 壞的 參 數 有 許 多 , 最 重要 的 是 最大 磁 能 積 （BH）max ,磁 能積 越 大 ,材料 每 單 位體 積 所 產 生 外磁 場 的 能量 就 越 大 。目 前 商品 NdFeB 永 磁 材 料的 最 大 磁能 積 已 達 到：50MGOe由于稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力等優異的特性， 已 給永 磁 應 用帶 來 革 命 性 的 變 化 ,稀 土 永 磁 材 料 主要 應 用 在以 下 幾 個 方面：1機電類稀

12、 土 永 磁 體 的 出 現 ， 意 味 著 電 機 領域 將 引 起革 命 性 的 變 化 。 這 是 因為 稀 土 永 磁 體 沒 有 激磁 損 耗 ，不發 熱 ，用 它 制 造 的 電機 優 點 很 多 。 因 稀 土 永 磁 電機 沒 有 激 磁 線 圈 與 鐵心 ，磁 體 體 積 較原 來 磁 場極 所 占 空 間 小，沒 有 損耗 ，不 發 熱 ，因 此 為 得 到 同 樣 輸 出 功 率整 機 的 體 積 ，重 量 可減 小 30%以 上 ， 或 者 同 樣 體 積 、 重 量 ， 輸 出 功 率大 50%以 上。永 磁 電 機 ， 尤其 是 微 電 機 ， 每 年 世界 產 量

13、 約幾 億 臺 之多 ， 主 要 用 在汽 車 、辦 公 自動 化 設 備 和 家 用 電器 中 。所 使 用的 多 為 高 性 能 的 鐵 氧體和稀土永磁體。今 后稀 土 永 磁 電 機 的 最 大 市 場 之 一將 是 汽 車工 業 。 釹鐵 硼 永 磁 材 料 性 能 優 異 ，用 于 制 造 電 機 ，可 以 實 現 汽 車 電 機 “ 釹 鐵 硼 化 ” 。在 汽 車方 面 ，只 有 用 小 馬達 ，才 能 降 低汽 車 重 量 ，增 加舒 適 感 ，提 高 安 全 性 ，降 低 尾 氣 排 放 ，提 高 汽 車 的 整體 性 能 ，目 前用 量 最 大的 是 啟 動 電 機。 電

14、機 是汽 車 中 不 可缺 少 的 部件 ， 汽 車上 電 機 數量 在 逐 年 增 加 。 一般汽車上有818臺，高級轎車多達4050臺，隨著汽車工業的 發 展，汽 車 電 機 的 需 求 是 巨 大 的 。高 磁 能 積 的 稀 土 永 磁 體 體 積 小 ，卻能較鐵氧體產生大得多的動力，因 此提高了電效率。通過使用稀土磁體減少重量和尺寸，可以節約更多的燃料和增加設計的靈活性。2 稀 土 永 磁 材 料 在 醫 療 中 的 應 用3 磁 選 機一 般 的 磁 選 機 有 永 磁 式 和 電 磁 式 兩 種 ，以 前 ，永 磁 式 磁 選 機 的 磁 體多用鐵氧體。稀 土永磁出現后，設計并制

15、造了各種型號和類型的永 磁磁選機，尤其是在中高磁場磁選機中，必須用稀土永磁體。4計算機及外圍設備在計算 機中 使用 的稀 土 永磁 材料 最多 的器 件是 磁盤 驅動 電機 （ VCM）， 另一種是數據輸出打印機電機。5 各種 儀表使用永磁體的儀表種類很多，如磁電式儀表、計數器等。6 揚 聲 器 和 耳 機揚 聲 器 和 耳 機 是 永 磁 體 傳 統 應 用 領 域 。揚 聲 器 有 外 磁 式 和 內 磁 式 二 種 ，稀 土 永 磁 出 現 后 在 同 樣 輸 出 功 率 與 音 質 下 ，揚 聲 器 被 做 得 非 常 小，目前稀土永磁揚聲器和耳機已應用到高級隨身聽。7 微波 器件在微

16、波領域中，微波管、毫波管發生器或放大器需要穩定磁場。 稀土永磁體在此中主要起電子運動的聚集作用。五、稀土永磁材料現狀及未來發展趨勢近 年 來 稀 土 永 磁 材 料 在 國 內 的 應 用 發 展 很 快 ，目 前 已 應 用 于 一 般 電 機 、大 電 機 如 磁 力 泵 、磁 選 設 備 、永 磁 吊 車 和 家 用 電 器 等 方 面 。但 與西方國家相比，我國生產的釹鐵硼磁體，包括出口，用 得最多的是 音響器件（ 中國是全球最大的揚聲器生產者，國產釹鐵硼有近一半用 于 制 造 揚 聲 器 ）， 其 次 是 電 機 和 油 井 除 蠟 器 。 而 在 音 圈 馬 達 等 國 外 用 量最多的領域，我 國的應用還很少。其原因在于這兩個應用領域所用 的磁體，不 僅要求磁性能高，均勻性、一 致性好，而且要求加工精度 高，鍍層質量好，國內大多數廠家的產品難于滿足上述使用要求。參考文獻：1.rn