稀土永磁材料

稀土永磁材料
摘要：本文简要介绍了稀土永磁材料的分类及各类各代稀土永磁材料的组成，稀土永磁材料的性能特点，重点介绍了稀土永磁材料的应用。

关键词：稀土永磁；分类；性能；应用；
一、前言
稀土永磁材料是稀土元素与过渡族金属Fe,Co,Cu,Zr等或非金属元素B,C,N等组成的金属间化合物，其永磁性来源于稀土与3d过渡族金属所形成的某些特殊金属间化合物。

它是重要的金属功能材料，利用其能量转换动能和磁的各种物理效应可以制成多种形式的功能器件。

永磁材料无所不在，小到手表、照相机、录音机、CD机、VCD机、计算机硬盘，大到发动机、汽车、医疗器械等都用到永磁材料，正是稀土永磁材料的发展，才使得电子产品尺寸进一步缩小，性能进一步改善，从而适应了当今轻、薄、小的发展趋势。

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二、稀土永磁材料的分类
稀土永磁材料是20世纪60年代出现的新型金属永磁材料，至今，已经具有规模生产和使用价值的稀土永磁材料已有两大类、三代产品。

第一大类是稀土—钴合金系（即RE-Co永磁），它又包括两代产品。

第一代稀土永磁体1：5型合金，即SmCo5；第二代稀土永磁材料是2：17型SmCo合金，即Sm2Co17，它们均是以钴为基的稀土永磁合金；第二大类是RE-Fe-B系永磁，或称铁基稀土永磁材料；第三代稀土永磁，是以NdFeB合金为代表的Fe基稀土永磁材料。

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⑴第一代稀土永磁SmCo5第一代稀土永磁是1：5型RE-Co永磁，于1967
年问世，是一种二元金属间化合物，由稀土金属（用RE表示）原子与其
它金属原子（用TM表示）按1：5的比例组成的1：5型RE-Co永磁，化
学成分为Sm34%（或37%）、Co66%（或63%）。

Sm的熔点为1350°。

其中
又分为单相和多相两种。

单相是指从磁学原理上为单一化合物的RECo5
永磁体，如SmCo5、（SmPr）Co5烧结永磁体等，它属于第一代稀土永磁
材料。

多相的1：5型RE-Co永磁材料是指以1：5相为基体、有少量的
2：17型沉淀相的1：5型永磁材料。

⑵第二代稀土永磁Sm2Co17 第二代稀土永磁是2：17型RE-Co永磁材
料，于1979年问世，是一种二元金属间化合物，是由稀土金属原子与过
渡族金属原子按2：17的比例组成的2：17型永磁体。

化学成分为Sm18
~22%（或24%）、Co48~50%（或76%）。

Sm2Co17的熔点是1220°。

其中
又分为单相和多相两种。

单相是指以2：17型单一化合物组成的稀土永
磁体。

多相是指以2：17相为基体、有少量1：5型沉淀相的永磁体。

2：
17型永磁体是第二代的稀土永磁材料。

⑶第三代稀土永磁NdFeB 第三代稀土永磁是Nd-Fe-B系永磁，或称铁基
稀土永磁材料。

它由主相Nd2Fe14B和少量富Nd相、少量富B相所组成，
是一种三元金属间化合物。

化学成分为Nd36%、Fe63%、B约1%。

Nd2Fe14B
的熔点为1170°。

目前磁性能最高的是RE-Fe-B永磁材料，它被称为“磁
王”。

此外，近年来，科学家们还研究成功第四代稀土永磁材料RE-Fe-N，这
是一种三元金属间化合物，很可能成为继Nd-Fe-B后，又一代实用的新
型永磁体。

但是现在，Sm-Fe-N仍然处于试验开发阶段，尚未实现规模
化生产。

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三、稀土永磁材料的性能特点
稀土永磁材料一般具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积特征；其退磁曲线基本为直线，恢复线与退磁曲线重合，可逆磁导率接近1.0；它能耐比较高的温度，烧结钴基永磁体的居里温度可达850℃，其工作温度可达300℃；其温度稳定性较好，钴基稀土永磁体的剩磁感应强度可逆温度系数可达到0.03%，其水平接近铝镍钴永磁体。

稀土永磁材料不需外部提供固定或不固定能量就能产生一定磁化能，是以稀土金属原子与过渡金属原子所构成金属间合金化合物为基体的永磁材料，是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料。

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四、稀土永磁材料的应用
⑴在电机工程中的应用
由于稀土永磁体没有激磁损耗，不发热，因此用它做成的电机——稀土永磁电机无需激磁线圈和铁芯，磁体体积较原来磁场极所占空间小，可使永磁电机的体积和质量大大减小，并可提高电极效率和达到较大的力矩。

为得到同样输出功率，整机的体积，质量可减小30%以上，或者同样体积、质量，输出功率大50%以上。

稀土永磁材料产量的1/3左右用来制造各种永磁电机。

⑵在计算机中的应用
代表当今磁体最高性能、被誉为“永磁王”的钕铁硼在20世纪80年代初问世时，正好赶上计算机产业的微型化，故该磁体立即成为诸如磁盘驱动器等的关键材料。

至今，在计算机中使用稀土永磁材料最多的器件是磁盘驱动电机，也称之为音圈电机（VCM）。

各种计算机硬盘和软盘驱动器中的读写磁头的移动都是由VCM驱动的。

此外，稀土永磁材料还用于计算机的数据输出的打印机中。

⑶在电声器件中的应用
稀土永磁材料约有15%用于制造各类音响、影像等电声器件中。

稀土永磁材料在音响中的应用主要包括扬声器、耳机等。

应用稀土钕铁硼代替铁氧体时，可使扬声器小型化、薄型化和轻型化，并且灵敏度提高。

⑷在微波通讯技术中的应用
在雷达、卫星通讯、遥控遥测、电子跟踪、电子对抗等技术中，需要用到磁控电子管、磁控行波管、阴极射线管、微波隔离器、环形器等。

所有上述器件都要用到永磁体，以产生一个恒定的磁场，以控制电子束流的运动，以实现高频或超高频震荡、微波信号（电流、电压或功率）的放大、接受与显示的目的。

磁控行波管主要起微波信号放大的作用。

它由电子枪、周期场聚焦磁铁管和集电极集成，周期场聚焦磁铁管则是由十几到二十几个稀土永磁圆环形磁铁来组成，由于使用温度较高，一般使用Sm-Co系稀土永磁体。

⑸在仪器仪表与计时装置中的应用
据统计，永磁材料的10%-15%用于制造各种磁电式仪器仪表和各种计时装置。

主要包括各种磁电、电磁式仪器仪表，如电流表、电压表、电度表、速度及加速度表等常规测量仪表、计时装置及计数器等。

在各种磁电式仪器仪表中的核心部件是永久磁铁。

永磁材料的磁积能较高，由于稀土永磁SmCo5特别是Nd-Fe-B 磁体的出现，使得仪表实现了高精度、微型化。

⑹在磁分离技术中的应用
中高磁场磁选机，必须用稀土永磁材料，其磁场强度较强。

磁分离主要是指利用稀土永磁体形成一定磁路，对金属或非金属矿及各种原材料进行分离。

稀土永磁的出现使磁分离设备的分离能力和效率大为增强、体积缩小。

⑺在磁化技术中的应用
利用磁场对物质进行磁化作用，改变被磁化物质的原子、电子组态或化学键状态，促进物质的化学反应，促进燃料燃烧；或改变物质的结晶形态或凝固点，这一技术成为磁化技术。

燃油在燃烧前从磁化减烟节油器的磁场中通过，然后进行燃烧，可提高其燃烧效率。

我国石油中含有较多的蜡，在石油开采过程中，由于石油所受压力、温度等环境的变化，原油中含的蜡在油井壁及输送管道中析出，因此每年由于清蜡（用热水冲洗）而停产造成巨大的经济损失。

将稀土永磁体在一个管中形成磁路（即做成磁化防蜡器），原油经过时受磁场的作用而有效防止了蜡的析出，并降低了原油的黏度，大大促进了油井原油的开发。

⑻在磁力机械方面的应用
磁力机械式稀土永磁出现后而逐渐发展起来的一个新的应用领域。

它包括磁力传动器或磁性“齿轮”、磁制动器、磁夹具、磁轴承、磁力泵、磁性阀、磁封门和磁性锁等。

磁力机械的种类是多种多样的，但其原理是相同的，即利用磁体同极性的排斥力或异极性的吸引力。

磁力轴承主要用于人造卫星、宇航器、高速飞行器的陀螺仪、超高速离心机、纺织机的涡轮机、电量计、特殊用途电话、精密仪器和电度表等。

人造卫星或航天器一般在真空条件下工作，在真空条件下机械轴承面临严重的润滑和磨损的问题，它决定了人造卫星与高速飞机的寿命，而稀土磁性轴承没有摩擦，不需要润滑剂，因而可长期使用。

⑼在交通运输工程中的应用
磁悬浮列车是利用同磁极相互排斥的原理而制造的。

永磁体与永磁体之间的排斥力与永磁体的内禀磁能积或它们的磁化强度的乘积成正比。

SmCo5和Nd2Fe14B永磁体的磁化强度分别比铁氧体的高2倍和4倍。

在相同条件下，SmCo5和Nd2Fe14B永磁体各自的同级排斥力分别是铁氧体的4倍和16倍。

因此钕铁硼永磁体是磁悬浮列车选用的最理想的永磁材料。

⑽在医疗与健身器械方面的应用
稀土永磁，尤其是Nd-Fe-B永磁体在医疗器械中的应用范围也很广，从大型的核磁共振成像仪（MRI）到小型的外科手术器械、磁按摩器、磁疗片及多种磁疗保健器。

稀土永磁的出现，使核磁共振成像仪中的核心部分——磁体小型化、轻量化成为可能。

稀土永磁材料还被广泛应用于磁场疗法，即通常所说的“磁疗”——利用磁场作用于人体组织或一定穴位进行治疗疾病的理疗方法。

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五、结语
稀土永磁材料在能源、交通、机械、电子、计算机、医疗及医疗器械方面等
领域都得到广泛的应用，大力开发新型稀土永磁材料将有利于将我国的资源优势转为产业优势，带动高新技术产业的发展，为国民经济带来新的增长点。

参考文献：
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4刘光华. 稀土材料与应用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005：240-246 5金钊、敖卫东、张智轶、甘剑锋. 2009年中国电机工程学会年会论文集 . 天津，2009。