稀土永磁材料的发展与应用研究

稀土永磁材料的发展与应用研究

摘要：稀土永磁材料在国民经济中占有重要的地位。本文从稀土永磁材料特点出发，介绍了稀土永磁材料发的相关发展应用，并进行了钕铁硼永磁体的粘结研究。

关键词：稀土永磁；粘结

0引言

稀土永磁材料作为一种重要的功能材料，已被广泛应用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域，深入国民经济的方方面面，其产量与用量已成为衡量一个国家综合国力与国民经济发展水平的重要标志。

稀土永磁的出现是永磁材料领域中的一个巨大进步，尤其是NdFeB稀土永磁材料的高性能使得高新技术产业中的磁器件高效化，小型化，轻型化成为可能。相信随着稀土永磁材料应用的扩展，定会迎来一个稀土永磁高新技术应用的新时代。

1 稀土永磁材料的概要介绍

稀土永磁材料是不同的稀土元素和过渡金属（F e，C o，N i等）组成的金属间化合物，是近二十年来得到迅速发展的一种新颖永磁材料。

稀土永磁材料发展十分迅速，现已经在许多领域里得到了广泛的应用，成为当代新技术的重要物资基础。自80年代以来利用钐钴合金做稀土永磁电机。产品类型包括伺服电动机、驱动电动机、汽车启动机、地面军用电机、航空电机等，部分产品出口。

稀土永磁体不仅具有很高的剩磁感应强度，很高的磁能积，而且具有很高的矫顽力，这一点是当今任何永磁材料所无法相比的。目前，采用烧结法制造的钴基稀土永磁体的矫顽力可达800KA/m；铁基烧结稀土永磁体的矫顽力可做到850kA/m。

综上可见稀土永磁体具有如下优点：

（1）高的磁特性：具有很高的剩磁感应强度B，很高的磁能积（B.H）和很高的矫顽力（特别是高的内禀矫顽力）。目前采用的烧结钴基稀土永磁体的剩磁感应强度可大 1.2T,接近铝镍钴永磁体的最高水平,而其矫顽力则可做到800kA/m，约为铁氧体永磁的三倍。

（2）直线退磁特性：它们的退磁曲线基本为直线，恢复线与退磁曲线相重合，可逆磁导率接近于1.0。

（3）耐温高：烧结钴基稀土永磁体的居里温度可达850摄氏度，因此可适应高温环境工作，钴基稀土永磁体的工作温度可达300摄氏度。

（4）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做到0.03%，其水平接近铝镍钴永磁体。

2 十七种稀土元素

稀土被人们称为新材料的“宝库”，是各国科学家，尤其是材料专家最关注的一组元素。

根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义，稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素，镧系中的镧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，再加上与其电子结构和化学性质相近的钪Sc、和钇Y，共计17个元素。除钪与钇外，其余15个元素往往共生。

稀土元素的应用蓬勃发展，已扩展到科学技术的各个方面，尤其现代一些新型功能性材料的研制和应用，稀土元素已成为不可缺少的原料。

在农业领域目前发展有稀土农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生毒理学和稀土微量分析学等学科。稀土在冶金工业中应用量很大，约占稀土总用量的1/3。稀土可以用于石油裂化工业中的稀土分子筛裂化催化剂。

在高新技术产业中应用，可以用作显示器的发光材料、磁性材料、储氢材料、激光材料、精密陶瓷、催化剂、高温超导材料。

3 钕铁硼NdFeB

钕铁硼是具有高矫顽力和高磁能积的高性能的稀土材料，而且近年来对该材料的不断完善，提高了使用温度和降低了材料的成本。将钕铁硼稀土永磁材料应用于各种电机的开发上可以明显的减轻电机的质量，减小电机的外型尺寸，又可以获得高效的节能效果和提高电机的性能，再结合电力电子新技术，使得稀土永磁材料在电机中的应用可实现产品机电一体化，各种用途的新型稀土永磁电机将进入了一个崭新的发展阶段。

稀土永磁电机是钕铁硼磁体最大的应用领域，约占磁体总量的70％，计算机硬盘配套的音圈电机(VCM)占40％-50％，所以计算机产业是永磁电机的最大用户。

采用稀土永磁电机可以明显减轻电机的重量，如10kW普通发电机，重量为220kg，而稀永磁发电机为92kg。稀土永磁电机高效节能，平均节电率高达10％，某些专用电机节电率高达15％-20％，性价比高。德国西门子研制的1095kW、230rpm六极永磁同步电动机，与过去使用的直流电动机相比，体积减少60％左右，总损耗降低20％。

由于钕铁硼具有很高的性能价格比，因此成为制造高效能、体积小、重量轻的磁性功能器件的理想材料，有望对许多应用领域产生革命性的影响。除了在计算机、打印机、移动电话、家用电器、医疗器等方面的广泛应用外，汽车中的发电机、电动机和音响系统的应用已经日趋成熟，这将极大地带动钕铁硼产业的发展。

将来一个国家或一个家庭使用钕铁硼永磁的多少将标志着现代化的水平。具体而言，应用在以下一些方面：计算机和微电脑的音圈电机(VCM)与软盘驱动器、汽车、BP 机与手机、核磁共振成象、电动车辆、VCD 与DVD主轴驱动、复印机、传真机、电动工具、空调机、冰箱、洗衣机、机床数控系统、电梯驱动及各类新型节能电机；选矿机、除铁设备，各类磁水器、磁化器；高性能微波管，鱼雷电推进，陀螺、激光制导，Alpha 磁谱议等尖端装置；磁传动，磁吸盘，磁起重装置等。在中国和东南亚还有一个很大的磁疗市场，如背背佳英姿带、磁饰、减脂肪运动机、五行针等。其它还应用于防雾尾灯、磁卡门锁、礼品盒开关等等。可以说，钕铁硼永磁材料的应用已逐步渗透到各处领域。

4日美等国的相关发展状况和我国稀土永磁材料发展展望

4.1 日美等国的相关发展状况

目前，日本，美国在钕铁硼主永磁方面的研究，生产，应用上居世界领先地位，也是最主要的市场。

日本是粘结钕铁硼磁体生产量最大的国家，下表列出了日本粘结钕铁硼磁体的主

从上表可以看出，粘结钕铁硼最大的应用领域是电机。美国曾规定，到2000年汽车平均耗油为40英里/加仑，就要求轻型化汽车本身，首先要采用轻而小的电机。日本汽车制造商瞄准此市场，开发新的高磁能积各向异性钕铁硼无刷电机。假如在汽车中粘结钕铁硼磁体占50％，每辆汽车就需要102克，全球汽车产量5540万辆，需要粘结各向异性钕铁硼体约5650吨。以每公斤磁体价格为100美元计，这个新的市场就增加粘结钕铁硼产值5亿多美元。

4.2 我国稀土永磁材料发展及展望

永磁材料的发展先后经历了铁氧体阶段（磁能积4.6MGOe），AINiCo合金阶段（磁能积11.5MGOe），SmCo阶段（磁能积31.0MGOe），NdFeB阶段（磁能积43MGOe）。钛铁硼稀土永磁材料的研制成功，使耳机、扬声器、步进电机、无芯电机等实现了超小型化。

我国进行稀土永磁的应用研究和推广