第11章 新型稀土永磁材料

早期生产和使用的永磁材料是以碳钢为代表的淬火马氏体钢。它们的矫顽力很低，最大磁能积也不高。从1931年铁镍铝合金问世以后，经过工艺成分调整、磁场热处理和定向浇铸技术的应用，逐步形成高性能的铝镍钴系永磁合金。由于具有高剩磁、高矫顽力、高的最大磁能积和高的温度稳定性，使这种材料在很长一段时间内在永磁材料中占有统治地位。由于含有稀缺物资镍和钴，成本较高，造成近年来产量不断下降，但是即使到今天，它的温度稳定性指标仍然是所有永磁材料中最好的，因此在精密仪表等应用场合仍然是唯一可以选用的材料。在铝镍钴系永磁合金发展的同时，为了克服一般永磁材料硬而脆的缺点，允许加工成片、带、板、线以满足特殊的需要，在20世纪50年代后，属于铁氧体永磁材料的钡铁氧体和银钙铁氧体先后投入工业化生产，由于价廉、工艺较简单，加上性能也不错，它们的发展夺走了大部分铝镍钴永磁原先占有的市场，特别是在电声器件方面。由于价廉的优势和不断地改进工艺，使性能稳步提高，在永磁材料中它们的产值一直高居60％左右。

20世纪70年代以来，以铁钴合金和钕铁硼合金为代表的稀土永磁合金的先后诞生，在全世界掀起了研究和探索新型永磁材料的高潮，促进了材料的飞速发展，这类材料以及用它们和塑料、橡胶等混合制成的粘结磁体具有很大的经济效益和应用潜力，由此引发了一场永磁材料发展史上最大的专利大战和激烈的市场竞争。

1.三代稀土永磁材料

稀土永磁材料指的是由稀土元素和过渡族元素铁、钴等所组成的金属间化合物永磁材料。稀土元素大部分都含有未被电子填满4f 电子壳层，由此人们早就预言它们也应具有强磁性。后来的研究证实了这一点。只是因为它们的居里温度普遍低于室温才导致室温下只呈现弱磁性。直到1967年，在稀土—过渡族金属间化合物磁性的研究上才取得重大突破。两年之后，它的最大磁能积被极大地提高，几乎是普通铝镍钴永磁合金的3倍多，这就是第一代稀土永磁材料。1975年，这种永磁材料正式投入生产。1972年，成分为Sm2Co17的第二代稀土永磁材料问世，1982年前后投入大规模生产。由于第二代稀土永磁材料在性能上优于第一代，且通过添加铜、铁、铬等元素取代部分钴，降低了成本，因此它的实际应用程度已超过第一代稀土永磁材料。

1983年底，高性能的第三代稀土永磁材料诞生。

这年11月，日本住友特殊金属公司在国际学术会议上突然宣布他们已用传统的粉末烧结工艺制成了最大磁能积高达303千焦/立方米的钕铁硼永磁合金，轰动了全世界。

2.第四代稀土永磁材料

高性能钕铁硼磁体的研究和生产目前已遍及世界各国。近年来，为了改进工艺，降低磁体的成本和进一步改善永磁性能，采用了许多独特的方法，引进了一些先进的工艺设备。例如，德国戈德施密特公司采用还原扩散工艺，直接用氧化钕为原材料，混入适量铁粉、氧化铁粉、铁硼合金粉及钙粉后，于1100～1200℃在真空中处理4小时，然后再用漂流法除去氧化钙，即可生成钕铁硼永磁粉。1986年该公司已建成年产100吨的生产线，这种工艺设备简单、成本低廉，最大磁能积也可达327千焦/立方米。又如，氢爆制粉工艺，可提高制粉效率，这是利用钕铁硼铸锭置于压力为105帕的氢气下能大量吸收氢气这一特点。吸氢后的铸锭于800℃左右在氢气中加热2小时（称为歧化），可使产物成为晶体或微晶，最后通过抽真空在同一温度下加热1小时冷却到室温即可脱去所含的氢，形成极细的微晶粉末。这种粉末矫顽力高，适于制作粘结磁体。

3.粘结稀土永磁材料

粘结稀土永磁材料是指将稀土永磁粉末和一些胶粘剂如橡胶、热可塑树脂或热硬化树脂等混合再经成型和固化得到的磁体。它们的制造工艺简单，原材料利用率高，性能一致性好，成型后即可得到精确的产品尺寸，可以做成形状复杂和薄壁带有径向取向的环状产品，而且机械强度高并耐冲击。如果改变稀土永磁粉末和胶粘剂的比例，所得到的磁体性能可在较大范围内调整，因此应用范围广，发展极为迅速。1995年全世界粘结钕铁硼永磁体年产量达2千吨，产值1.5亿美元，2000年产量达1万吨，相当于烧结钕铁硼磁体的产量，产值超过了5亿美元。