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稀土永磁材料NdFeB的研究进展

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2013年10月

摘要

本文论述了NdFeB稀土永磁材料的分类，介绍了NdFeB稀土永磁材料的应用，并根据现状对永磁材料的应用前景进行了展望。

关键词：NdFeB 稀土永磁材料；烧结NdFeB 稀土永磁材料；粘结NdFeB 稀土永磁材料；NdFeB 稀土永磁材料薄膜

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目录

摘要……………………………………………………………………………….II 第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1)

1.2稀土元素简介 (1)

1.3永磁材料简介 (1)

1.4稀土永磁材料发展历程 (1)

1.5 NdFeB 稀土永磁材料概述 (2)

第2章烧结NdFeB 稀土永磁材料概述

2.1 烧结NdFeB稀土永磁材料的性能特点 (3)

2.2烧结NdFeB稀土永磁材料的制备 (3)

2.3烧结NdFeB稀土永磁材料的制备工艺 (4)

2.4添加合金元素对烧结NdFeB稀土永磁材料的影响 (6)

2.5烧结NdFeB稀土永磁材料的应用 (8)

第3章粘结NdFeB 稀土永磁材料

3.1粘结NdFeB稀土永磁材料制备和性能特点 (9)

3.2粘结NdFeB稀土永磁材料的应用 (9)

第4章 NdFeB 稀土永磁材料薄膜 (10)

结论 (11)

参考文献 (11)

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第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

通过对稀土永磁材料NdFeB的研究进展的探索，灵活运用所学内容，了解该材料的制备原理，并通过其应用前景加深对稀土化学课程内容的理解探究和窥探整个化学行业的发展。

1.2 稀土元素简介

稀土元素指的是化学元素周期表中镧系元素——镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。

1.3永磁材料简介

永磁材料又称硬磁材料，是一类经过外加磁场磁化以后能长时间保留磁性的、并能经受不太强的外加磁场和其他环境因素（如振动和温度等）的干扰的强磁材料，因这类材料能长期保留其剩磁，故称永磁材料[1]。永磁材料一般具有较高的矫顽力和磁各向异性，磁化线面积和磁化到技术需要的磁化场都比较大。此外，永磁对外加干扰磁场和振动、温度等非磁性因素变化的稳定性较高[2]

1.4稀土永磁材料简介

稀土永磁材料是众多磁功能器件的物质基础，已成为电子技术通讯中的重要材料，其应用程度是一个国家和地区科学研究水平和应用技术高低的一个重要标志。如图1所示[3]，稀土永磁材料按开发应用时间可分为第一代钐钴( SmCo5) 、第二代钐钴( Sm2Co17) 和第三代钕铁硼( Nd2Fe14B) 稀土永磁材料，近年来又研究发现了SmFeN系稀土永磁材料和由Nd2Fe14B /－Fe、Sm2Co17 /FeCo等构成的纳米双相交换耦合永磁材料等。[4]

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图1 稀土永磁材料发展历程

1.5 NdFeB稀土永磁材料概述

NdFeB永磁材料以高的磁能积（如图2所示）、高的饱和磁化强度以及低廉的价格等优势逐渐成为目前应用最广泛的一类稀土永磁材料。[5]迄今为止，实验室中NdFeB磁体的最大磁能积已经能到达460 kJ/m3。[6]NdFeB永磁材料主要分为烧结NdFeB永磁材料、粘结NdFeB永磁材料以及NdFeB永磁材料薄膜三大类，接下来本文主要介绍它们的制备及应用。

图2 20世纪不同永磁材料磁能积的发展

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第2章烧结NdFeB永磁材料

2.1 烧结NdFeB 磁体性能特点

烧结NdFeB永磁材料：烧结NdFeB以Nd2Fe14B化合物为基体制备而来，[7]它是现在以及将来一定时段内最重要的永磁材料。该类材料的主要性能特点主要有两点。

1）成本较低:烧结NdFeB永磁材料的能量密度在384kJ·m一3到170kJ·m一3之间[8],故相同的成本可以购买的焦耳能量是最多的。而且烧结NdFeB 永磁材料的原材料非常丰富，我国稀土资源工业储量约4 800 万t，远景储量约12 000 万t，占世界稀土量的70%~80%；而且以铁取代昂贵的战略金属Co 和Ni 等［9］。所以综上烧结NdFeB永磁材料最便宜。

2）磁性能高。由表1通过与其他永磁性能的比较表明[10]，烧结NdFeB永磁材料

(BH)m比Sm

2Co

17

,:高约50%,分别为铁氧体和AIN记。的10和4倍;剩磁Br比AlNiC。高

15%,是铁氧体的3倍;Hc是Sm

2Co

17

的2倍,铁氧体的5倍。由此可见,烧结NdFeB永磁材

料与其他永磁材料相比,具有高剩磁、高磁能积、高矫顽力的特点,是目前世界上发现的永磁材料中磁性能最强的一种。同时,其机械性能好,加工方便,成品率高,

可装配后充磁。烧结NdFeB永磁材料的缺陷是其Br温度系数比Sm

2Co

17

和AlNiCo高,

但比铁氧体低。

表一烧结NdFeB稀土永磁材料和其他永磁材料的性能比较

2.2烧结NdFeB永磁材料的制备

烧结NdFeB系稀土永磁材料由主相Nd

2Fe

14

B、富Nd相、富B相以及稀土氧化物

组成,其中只有主相是磁性相,其余均是非磁性相。因此,烧结NdFeB系稀土永磁材料的磁能积主要由主相的体积分数和晶体的取向度决定。主相体积分数取决于合金的成分设计,取向度取决于磁体的制备过程。其制作流程如下图3。[11]