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(yīng)用和發(fā)展前景。稀土 永磁材料以其高剩磁、高矯頑力、高磁能積等優(yōu)異的綜合磁性能在通信交通醫(yī)療 航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用稀土的各個領(lǐng)域中，稀土永磁材 料是發(fā)展速度最快的一個。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的推動 力，也對許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響，研究稀土永磁材料已經(jīng) 成為一個相當(dāng)具有戰(zhàn)略性的課題。關(guān)鍵詞：稀土、永磁材料、微電子引言：稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它 比十九世紀(jì)使用的磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁竦鉆性能 優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鉆合金的磁性能還高一倍。由于稀土永磁材料 的使用

2、，不僅促進(jìn)了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而 且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起各 國的極大重視，發(fā)展極為迅速。我國研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材料的 性能已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。現(xiàn)在稀土永磁材料已成為電子技術(shù)通訊中的重要材料，用在人 造衛(wèi)星，雷達(dá)等方面的行波管、環(huán)行器中以及微型電機(jī)、微型錄音機(jī)、 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(yīng)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(shè) 備、微特電機(jī)、移動電話等方面。在醫(yī)療方面，運(yùn)用稀土永磁材料進(jìn) 行“磁穴療法”，使得療效大為提高，從而促進(jìn)了 “磁穴療法”的迅 速推廣。在應(yīng)用稀土的

3、各個領(lǐng)域中，稀土永磁材料是發(fā)展速度最快的 一個。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的推動力，也對許多相關(guān)產(chǎn) 業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響。一、磁材料的原理物質(zhì)的磁性類型主要有順磁性、反磁性和鐵磁性等。物質(zhì)分子中含有未成對 電子時表現(xiàn)為順磁性，順磁性物質(zhì)在外磁場中能產(chǎn)生一個附加的磁場，表現(xiàn)出較 強(qiáng)的磁性，如鐵氤化鉀（赤血鹽）KFe （CN）、硫酸亞鐵（FeSO HO）等。 而一些不含有未成對電子的物質(zhì)，在外磁場作用下，產(chǎn)生一個與外磁場反向的小 磁矩，故稱為反磁性，如食鹽（NaCl）、氧化鈣（CaO）、亞鐵氤化鉀（黃血鹽） KFe （CN）等。還有一類物質(zhì)，它們通常是金屬或合金，屬于鐵磁性物質(zhì)。 鐵磁性物質(zhì)在

4、磁場作用下，原子的磁矩趨于平行排列，產(chǎn)生一個大的磁矩，在物 質(zhì)內(nèi)部形成一個很強(qiáng)的磁場，這類物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。最熟悉的例子有鐵、鉆、 竦以及它們的合金等。永磁材料，就是指經(jīng)過磁化以后，具有長期保持磁性的物質(zhì)。1932年發(fā)現(xiàn)的鉆 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 分的復(fù)合氧化物。（MFe O , M=CO2+、Ba2+、Sr2+、Mg2+），這些鐵氧體在無外加磁場時，不顯示 磁性，但當(dāng)外加磁場時，鐵氧體被磁化，產(chǎn)生很強(qiáng)的磁性，在移去外磁場后，磁 性仍可保留，故稱永久磁鐵，如Co Fe O等。稀土原子具有比鐵、鉆、竦更 多的未成對自旋電子，電子自旋產(chǎn)生的磁矩4

5、與電子軌道運(yùn)動產(chǎn)生的磁矩加和起 來，使稀土原子具有很高的原子磁矩，這些原子磁鐵在品體中還可以構(gòu)成無數(shù)個 小區(qū)域，在外磁場作用下，在這些小區(qū)域內(nèi)原子按磁矩方向排列起來，形成磁疇。 這便大大加強(qiáng)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，用粉末冶金方法壓型燒結(jié)，經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁 性材料。二、稀土永磁材料分類稀土鉆永磁材料，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、SmCo等釤鉆磁體磁性最佳。一塊火柴盒大小的稀 土永磁體SmCo可以吸起

6、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(xiàn)代電子通訊技術(shù)中有著廣 泛的應(yīng)用。例如可用于制造人造衛(wèi)星、雷達(dá)所用的行波管和環(huán)行器，用于制造原 子鐘、微型電機(jī)、微型揚(yáng)聲器、電子手表，用于辦公室自動化設(shè)備，如制造軟盤 和硬盤驅(qū)動裝置，以及醫(yī)療磁片等。釤鉆磁體雖然具有磁能積高、居里溫度（物 質(zhì)呈現(xiàn)鐵磁性的最高溫度）高（727C ）等優(yōu)點(diǎn)，但釤是比較短缺的稀土元素， 在原料供應(yīng)上沒有牢靠的保證。因此稀土鐵氧體磁體仍有發(fā)展?jié)摿?。稀土釹永磁材料，NdFeB永磁材料。釹鐵硼（Nd Fe B）磁性材 料是由日本住友特種金屬公司（SSMC）于1983年推出的

7、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(jié) NdFe B的額定值為37.0 （實(shí)驗(yàn)室獲得的數(shù)據(jù)為50.6）。釹鐵硼磁體的拉伸和彎 曲強(qiáng)度是釤鉆磁體的2倍，易于車削和處理，燒結(jié)產(chǎn)品的密度低，故能將磁路設(shè) 計(jì)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(fā)展前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1986年在世界生產(chǎn)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(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動器、辦公自動化設(shè)備的小型馬達(dá)、視頻照相機(jī)和錄像機(jī)等音像 設(shè)備及汽車電子設(shè)備上用的馬達(dá)，15%用于制造計(jì)

8、量設(shè)備，10%用于音頻揚(yáng)聲 器，其余的15%用于醫(yī)學(xué)上使用的磁共振成像系統(tǒng)以及其他各種應(yīng)用領(lǐng)域。有 人分析，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，釹鐵硼磁體的需求量將會進(jìn)一步增加，這是因?yàn)?一輛新型小汽車需平均安裝約40個馬達(dá)，要求使用許多的小巧而磁能積高的稀 土永磁體。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(yōu)劣的一個綜合指標(biāo)是最大磁能積（BH）max，現(xiàn)有商用的 稀土粘結(jié)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(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。稀土鐵氮新材料與市場現(xiàn)有磁性材料釹鐵硼相比成本較低，主要原因是磁粉

9、 中稀土相對含量少，同時無需摻雜鉆等價格昂貴的金屬。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(yuǎn)低于釹。三、稀土永磁材料制備工藝分類粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體；還原擴(kuò)散制粉或氫碎處理粉末及粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁 體；3 .快速凝固制粉或氫碎制粉（HDDR ），粉末模壓粘結(jié)工藝制備的粘結(jié) 磁體；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；用熱壓磁體再進(jìn)行熱變形壓工藝制備的各向異性熱變形壓磁體；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(jié)磁體。四、稀土永磁

10、材料的主要應(yīng)用永磁體最基本的作用是在某一特定的空間產(chǎn)生一恒定的磁場，維 持此磁場并不需要任何外部電源。標(biāo)志永磁材料好壞的參數(shù)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(chǎn) 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(dá) 到：50MGOe。由于稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力等優(yōu)異的特性， 已給永磁應(yīng)用帶來革命性的變化，稀土永磁材料主要應(yīng)用在以下幾個 方面：機(jī)電類稀土永磁體的出現(xiàn)，意味著電機(jī)領(lǐng)域?qū)⒁鸶锩缘淖兓?。這 是因?yàn)橄⊥劣来朋w沒有激磁損耗，不發(fā)熱，用它制造的電機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多。 因稀土永磁電機(jī)沒有激磁線圈與鐵心，磁體體積較原來磁場極所占空 間小

11、，沒有損耗，不發(fā)熱，因此為得到同樣輸出功率整機(jī)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(jī)，尤其是微電機(jī)，每年世界產(chǎn)量約幾億臺之多，主要 用在汽車、辦公自動化設(shè)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(jī)的最大市場之一將是汽車工業(yè)。釹鐵硼永磁 材料性能優(yōu)異，用于制造電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)汽車電機(jī)“釹鐵硼化”。在 汽車方面，只有用小馬達(dá)，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(jī)。電機(jī)是汽車中不可缺少的部件，汽車上電機(jī)數(shù)量在逐年增加。 一般汽車上有818臺，高級轎車多達(dá)405

12、0臺，隨著汽車工業(yè)的 發(fā)展，汽車電機(jī)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(chǎn)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(jié)約更多的燃料和增加設(shè)計(jì)的靈活性。稀土永磁材料在醫(yī)療中的應(yīng)用磁選機(jī)一般的磁選機(jī)有永磁式和電磁式兩種，以前，永磁式磁選機(jī)的磁 體多用鐵氧體。稀土永磁出現(xiàn)后，設(shè)計(jì)并制造了各種型號和類型的永 磁磁選機(jī)，尤其是在中高磁場磁選機(jī)中，必須用稀土永磁體。計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備在計(jì)算機(jī)中使用的稀土永磁材料最多的器件是磁盤驅(qū)動電機(jī)（VCM ）， 另一種是數(shù)據(jù)輸出打印機(jī)電機(jī)。各種儀表使用永磁體的儀表種類很多，如磁電式儀表、計(jì)數(shù)器等。揚(yáng)聲器和耳機(jī)揚(yáng)聲器和耳

13、機(jī)是永磁體傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。揚(yáng)聲器有外磁式和內(nèi)磁式 二種，稀土永磁出現(xiàn)后在同樣輸出功率與音質(zhì)下，揚(yáng)聲器被做得非常 小，目前稀土永磁揚(yáng)聲器和耳機(jī)已應(yīng)用到高級隨身聽。微波器件在微波領(lǐng)域中，微波管、毫波管發(fā)生器或放大器需要穩(wěn)定磁場。 稀土永磁體在此中主要起電子運(yùn)動的聚集作用。五、稀土永磁材料現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢近年來稀土永磁材料在國內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展很快，目前已應(yīng)用于一般 電機(jī)、大電機(jī)如磁力泵、磁選設(shè)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(chǎn)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(yáng)聲器生產(chǎn)者，國產(chǎn)釹鐵硼有近一半用 于制造揚(yáng)聲器），其次是電機(jī)和油井除蠟器。而在音圈馬達(dá)等國外用 量最多的領(lǐng)域，我國的應(yīng)用還很少。其原因在于這兩個應(yīng)用領(lǐng)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(zhì)量好，國內(nèi)大多數(shù)廠家的產(chǎn)品難于滿足上述使用要求。參考文獻(xiàn)：rnat K.Olson J C.Hofer G Coe