永磁材料发展现状及技术工艺的立项报告

第一节  永磁材料的简介

永磁材料，又称“硬磁材料”，指的是一经磁化即能保持恒定磁性的材料。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料等。磁性材料是一种古老而年轻的用途广泛的基础功能材料在长期的发展过程中其应用已经渗透到了国民经济和国防的各个方面磁性材料本身也得到了很大的发展。（立项报告）

第二节 永磁材料的发展现状

整体发展

随着社会的发展，磁铁的应用也越来越广泛，从高科技产品到最简单的包装磁，目前应用最为广泛的还是钕铁硼强磁和铁氧体磁铁。

从永磁材料的发展历史来看，十九世纪末使用的碳钢，磁能积（BH）max(衡量永磁体储存磁能密度的物理量)不足1MGOe(兆高奥)，而国外批量生产的Nd-Fe-B永磁材料，磁能积已达50MGOe以上。这一个世纪以来，材料的剩磁Br提高甚小，能积的提高要归功于矫顽力Hc的提高。而矫顽力的提高，主要得益于对其本质的认识和高磁晶各向异性化合物的发现，以及制备技术的进步。

二十世纪初，人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。二十世纪三十年代末，AlNiCo永磁材料开发成功，才使永磁材料的大规模应用成为可能。五十年代，钡铁氧体的出现，既降低了永磁体成本，又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。到六十年代，稀土钴永磁的出现，则为永磁体的应用开辟了一个新时代。

1967年，美国Dayton大学的Strnat等，用粉末粘结法成功地制成SmCo5永磁体，标志着稀土永磁时代的到来。迄今为止，稀土永磁已经历第一代SmCo5，第二代沉淀硬化型Sm2Co17，发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。

此外，在历史上被用作永磁材料的还有Cu-Ni-Fe、Fe-Co-Mo、Fe-Co-V、MnBi、A1MnC合金等。这些合金由于性能不高、成本不低，在大多数场合已很少采用。而AlNiCo、FeCrCo、PtCo等合金在一些特殊场合还得到应用。目前Ba、Sr铁氧体仍然是用量最大的永磁材料，但其许多应用正在逐渐被Nd-Fe-B类材料取代。并且，当前稀土类永磁材料的产值已大大超过铁氧体永磁材料，稀土永磁材料的生产已发展成一大产业  。

总之，永磁材料的发展先后经历了几个发展阶段20世纪50年代前为金属永磁的一统天下50-80年代为永磁铁氧体的黄金时代90年代以来纳米结构磁性材料的崛起成为铁氧体有力的竞争者当前寻找性能更好的下一代永磁材料仍是磁学界关注的焦点纳米晶交换耦合永磁材料是目前最有前途的材料超导永磁体则是在低温下使用超强永磁体的另一种可能的选择  。

稀土永磁材料

磁性是物质的基本属性之一，约在三千年前就已经被人所认知。磁性材料可分为硬磁材料和软磁材料，其中，硬磁材料指材料在外部磁场中磁化到饱和，而在去掉外磁场后，仍然能够保持高剩磁，并提供稳定的磁场的磁性材料，也叫永磁材料。利用此特性，永磁材料大规模应用于能源、信息通讯、交通、计算机、医疗器械等诸多行业。在空气污染日趋严峻的今天，尤其是在雾霾天气成为常态的趋势下，发展低碳经济已成为人类的共识。近年来，永磁材料在节能家电、混合动力汽车/纯电动汽车和风力与水力发电等领域所体现出优越性能，引起人们越来越多的关注。

永磁材料的应用与研究开始于十九世纪末。随着人们对物质磁性研究的深入以及各种制造工艺水平的提高，永磁材料的研究主要包括金属合金磁体、铁氧体磁性材料和稀土永磁材料三个阶段。其中，金属合金磁体和铁氧体磁性材料虽然具有成本低廉，原材料丰富的优势，但是其最大磁能积(BH)max一般小于10MGOe，磁性较差，因而逐渐被稀土永磁材料所取代。

在上世纪六十年代初面世以来，经过几十年的发展，形成了具有使用价值的三代稀土永磁材料：第一代稀土永磁材料（SmCo5），第二代稀土永磁材料（Sm2Co17）和第三代稀土永磁材料（Nd2Fe14B）。

第三节 永磁材料的应用范围

永磁材料包括铁氧体永磁、稀土永磁（稀土钴、钕铁硼等）、铝镍钴、铁铬钴、铝铁等材料，其中最常用、用量最大的是铁氧体永磁、钕铁硼稀土永磁。

铁氧体永磁在永磁材料中，尽管综合磁性能较低，但与金属永磁相比，电阻率高，稳定性好，耐环境变化强，原料来源丰富、性能价格比较高、工艺成熟，又不存在氧化问题，故在永磁材料的诸多应用领域，仍是最理想的首选永磁材料。铁氧体永磁自50年代批量生产以来，其发展势头十分迅猛，目前产值约为稀土永磁的1.5倍，预计今后较长一段时间内，它仍将是应用最广、需求量最大的永磁材料。

同时，铁氧体永磁及其应用产品还是典型的节能、节材、节汇和出口创汇产品。无论从资源利用角度，还是从能源和应用的角度来看，其发展前景都十分广阔。发展铁氧体永磁对发展中国汽车、摩托车、电子信息等国民经济支柱产业及出口创汇具有重大意义，符合国家产业政策与规划，随着电子信息技术迅速发展，国内外对高性能铁氧体永磁的市场需求越来越大。因此，研究开发和生产高性能铁氧体永磁材料既十分必要，又大有可为。

第四节 永磁材料的技术工艺

永磁材料又称“硬磁材料”。一经磁化即能保持恒定磁性的材料。具有宽磁滞回线、高矫顽力和

高剩磁。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料，现在分别简述如下：

（1）铝镍钴系永磁合金

以铁、镍、铝元素为主要成分，还含有铜、钴、钛等元素。具有高剩磁和低温度系数，磁性稳定。分铸造合金和粉末烧结合金两种。20世纪30～60年代应用较多，现多用于仪表工业中制造磁电系仪表、流量计、微特电机、继电器等。

（2）铁铬钴系永磁合金

以铁、铬、钴元素为主要成分，还含有钼和少量的钛、硅元素。其加工性能好，可进行冷热塑性变形，磁性类似于铝镍钴系永磁合金，并可通过塑性变形和热处理提高磁性能。用于制造各种截面小、形状复杂的小型磁体元件。

（3）永磁铁氧体

主要有钡铁氧体和锶铁氧体，其电阻率高、矫顽力大，能有效地应用在大气隙磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁铁氧体不含贵金属镍、钴等，原材料来源丰富，工艺简单，成本低，可代替铝镍钴永磁体制造磁分离器、磁推轴承、扬声器、微波器件等。但其最大磁能积较低，温度稳定性差，质地较脆、易碎，不耐冲击振动，不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。

（4）稀土材料

主要是稀土钴永磁材料和钕铁硼永磁材料。前者是稀土元素铈、镨、镧、钕等和钴形成的金属间化合物，其磁能积可达碳钢的150倍、铝镍钴永磁材料的3～5倍 ，永磁铁氧体的8～10倍，温度系数低，磁性稳定，矫顽力高达800千安/米。主要用于低速转矩电动机、启动电动机、传感器、磁推轴承等的磁系统。钕铁硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矫顽力和最大磁能积比前者高，不易碎，有较好的机械性能，合金密度低，有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性温度系数较高，限制了它的应用。

（5）复合材料

由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。由于其含有一定比例的粘结剂，故其磁性能比相应的没有粘结剂的磁性材料显著降低。除金属复合永磁材料外，其他复合永磁材料由于受粘结剂耐热性所限，使用温度较低，一般不超过150℃ 。但复合永磁材料尺寸精度高，机械性能好，磁体各部分性能均匀性好，易于进行磁体径向取向和多极充磁。主要用于制造仪器仪表、通信设备、旋转机械、磁疗器械及体育用品等  。

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