一、稀土永磁材料
稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬(如鈷、鐵等)組成的合金,用
粉末冶金方法壓型燒結(jié),經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。
稀土永磁分釤鈷(SmCo)永磁體和釹鐵硼(NdFeB)系永磁體,其中SmCo磁體的磁能積在15~30MGOe之間,NdFeB系永磁體的磁能積在27~50MGOe之間,被稱為“永磁王”,是目前磁性*高的永磁材料。釤鈷永磁體,盡管其磁性能優(yōu)異,但含有儲量稀少的稀土金屬釤和稀缺、昂貴的戰(zhàn)略金屬鈷,因此,它的發(fā)展受到了很大限制。我國稀土永磁行業(yè)的發(fā)展始于60年代末,當(dāng)時的主導(dǎo)產(chǎn)品是釤-鈷永磁,目前釤-鈷永磁體世界銷售量為630噸,我國為90.5噸(包括SmCo磁粉),主要用于軍工技術(shù)。
隨著計算機、通訊等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,稀土永磁特別是NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。
稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能*高的一種永磁材料,它比十九世紀(jì)使用的磁鋼的磁性能高100多倍,比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多,比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。由于稀土永磁材料的使用,不僅促進(jìn)了永磁器件向小型化發(fā)展,提高了產(chǎn)品的性能,而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生,所以稀土永磁材料一出現(xiàn),立即引起各國的極大重視,發(fā)展極為迅速。我國研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材料的性能已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。
現(xiàn)在稀土永磁材料已成為電子技術(shù)通訊中的重要材料,用在人造衛(wèi)星,雷達(dá)等方面的行波管、環(huán)行器中以及微型電機、微型錄音機、航空儀器、電子手表、地震儀和其它一些電子儀器上。目前稀土永磁應(yīng)用已滲透到汽車、家用電器、電子儀表、核磁共振成像儀、音響設(shè)備、微特電機、移動電話等方面。在醫(yī)療方面,運用稀土永磁材料進(jìn)行“磁穴療法”,使得療效大為提高,從而促進(jìn)了“磁穴療法”的迅速推廣。在應(yīng)用稀土的各個領(lǐng)域中,稀土永磁材料是發(fā)展速度*快的一個。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的推動力,也對許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響。
二、稀土永磁材料分類
1.稀土鈷永磁材料,包括稀土鈷(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土鈷(2-17型)永磁材料Sm2Co17兩大類。
2.稀土釹永磁材料,NdFeB永磁材料。
3.稀土鐵氮(RE-Fe-N系)或稀土鐵碳(RE-Fe-C系)永磁材料。
三、稀土永磁材料制備工藝分類
1.粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體;
2.還原擴散制粉或氫碎處理粉末及粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體;
3.快速凝固制粉或氫碎制粉(HDDR),粉末模壓粘結(jié)工藝制備的粘結(jié)磁體;
4.快速凝固制粉或氫碎(HDDR)粉末的注射工藝制備的注射磁體;
5.快速凝固制粉或氫碎(HDDR)粉末的熱壓法制備的熱壓磁體;
6.用熱壓磁體再進(jìn)行熱變形壓工藝制備的各向異性熱變形壓磁體;
7.將熱變形壓磁體磨制成粉,再采用模壓或注射等方法制備成各向異性粘結(jié)磁體。
四、稀土永磁材料的主要應(yīng)用
永磁體*基本的作用是在某一特定的空間產(chǎn)生一恒定的磁場,維持此磁場并不需要任何外部電源。標(biāo)志永磁材料好壞的參數(shù)有許多,*重要的是*大磁能積(BH)max ,磁能積越大,材料每單位體積所產(chǎn)生外磁場的能量就越大。目前商品NdFeB永磁材料的*大磁能積已達(dá)到:50MGOe。由于稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力等優(yōu)異的特性,已給永磁應(yīng)用帶來革命性的變化,稀土永磁材料主要應(yīng)用在以下幾個方面:
1.機電類
稀土永磁體的出現(xiàn),意味著電機領(lǐng)域?qū)⒁鸶锩缘淖兓。這是因為稀土永磁體沒有激磁損耗,不發(fā)熱,用它制造的電機優(yōu)點很多。因稀土永磁電機沒有激磁線圈與鐵心,磁體體積較原來磁場極所占空間小,沒有損耗,不發(fā)熱,因此為得到同樣輸出功率整機的體積,重量可減小30%以上,或者同樣體積、重量,輸出功率大50%以上。
永磁電機,尤其是微電機,每年世界產(chǎn)量約幾億臺之多,主要用在汽車、辦公自動化設(shè)備和家用電器中。所使用的多為高性能的鐵氧體和稀土永磁體。
今后稀土永磁電機的*大市場之一將是汽車工業(yè)。釹鐵硼永磁材料性能優(yōu)異,用于制造電機,可以實現(xiàn)汽車電機“釹鐵硼化”。在汽車方面,只有用小馬達(dá),才能降低汽車重量,增加舒適感,提高安全性,降低尾氣排放,提高汽車的整體性能,目前用量*大的是啟動電機。電機是汽車中不可缺少的部件,汽車上電機數(shù)量在逐年增加。一般汽車上有8~18臺,*轎車多達(dá)40~50臺,隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車電機的需求是巨大的。高磁能積的稀土永磁體體積小,卻能較鐵氧體產(chǎn)生大得多的動力,因此提高了電效率。通過使用稀土磁體減少重量和尺寸,可以節(jié)約更多的燃料和增加設(shè)計的靈活性。
2.稀土永磁材料在醫(yī)療中的應(yīng)用
3.磁選機
一般的磁選機有永磁式和電磁式兩種,以前,永磁式磁選機的磁體多用鐵氧體。稀土永磁出現(xiàn)后,設(shè)計并制造了各種型號和類型的永磁磁選機,尤其是在中高磁場磁選機中,必須用稀土永磁體。
4.計算機及外圍設(shè)備
在計算機中使用的稀土永磁材料*多的器件是磁盤驅(qū)動電機(VCM),另一種是數(shù)據(jù)輸出打印機電機。
5.各種儀表
使用永磁體的儀表種類很多,如磁電式儀表、計數(shù)器等。
6.揚聲器和耳機
揚聲器和耳機是永磁體傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。揚聲器有外磁式和內(nèi)磁式二種,稀土永磁出現(xiàn)后在同樣輸出功率與音質(zhì)下,揚聲器被做得非常小,目前稀土永磁揚聲器和耳機已應(yīng)用到*隨身聽。
7.微波器件
在微波領(lǐng)域中,微波管、毫波管發(fā)生器或放大器需要穩(wěn)定磁場。稀土永磁體在此中主要起電子運動的聚集作用。
五、稀土永磁材料現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
近年來稀土永磁材料在國內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展很快,目前已應(yīng)用于一般電機、大電機如磁力泵、磁選設(shè)備、永磁吊車和家用電器等方面。但與西方國家相比,我國生產(chǎn)的釹鐵硼磁體,包括出口,用得*多的是音響器件(中國是全球*大的揚聲器生產(chǎn)者,國產(chǎn)釹鐵硼有近一半用于制造揚聲器),其次是電機和油井除蠟器。而在音圈馬達(dá)等國外用量*多的領(lǐng)域,我國的應(yīng)用還很少。其原因在于這兩個應(yīng)用領(lǐng)域所用的磁體,不僅要求磁性能高,均勻性、一致性好,而且要求加工精度高,鍍層質(zhì)量好,國內(nèi)大多數(shù)廠家的產(chǎn)品難于滿足上述使用要求。