淺議稀土永磁釹鐵硼的未來發展及應用

孫允成

摘 要：作為稀土最重要的應用領域之一，稀土永磁釹鐵硼材料是支撐現代社會的重要基礎材料，近年來憑借其高剩磁、高矯頑力以及高磁能積且具有良好的動態回復特性等優點，迅速在世界范圍內掀起一股開發研究熱潮。文章從分析稀土永磁釹鐵硼的發展現狀出發，指出了稀土永磁釹鐵硼的發展趨勢，進而從多個角度闡述了其廣闊的應用前景

關鍵詞：釹鐵硼 發展現狀 趨勢分析 前景展望

中圖分類號：F270.7 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2016）05-294-02

一、引言

自1983年日本助友金屬公司首次發明以來，釹鐵硼永磁憑借其高剩磁、高矯頑力以及高磁能積且具有良好的動態回復特性等優點，迅速在世界范圍內掀起一股開發研究熱潮。特別是美國、日本等近年來在該領域內投入大量的人力、物力和財力，使得釹鐵硼永磁的開發和應用得到了超常規的發展。歐洲共同體撥?？钛兄柒S鐵硼永磁材料，在釹鐵硼的生產制造工藝上，不斷取得新的突破。目前，釹鐵硼永磁的應用，已涉及國民經濟的各個領域，特別是在永磁除鐵器、計算機工業、信息工業、汽車工業、核磁共振成像工業、CD-ROM、DVD音像工業及磁性分離器等方面有著廣泛的應用前景。釹鐵硼永磁的開發和應用，已成為一項上升為國家高度的戰略性新興產業。

二、稀土永磁釹鐵硼的發展現狀

我國釹鐵硼磁體的產量上已經超過日本，是生產大國。近年來，先后涌現出近10家產銷超億元的企業集團以及10多家電子元件百強企業、20多家出口創匯超百萬美元的企業，國內外訂單充裕，銷售市場廣闊，顯示出這個行業發展正駛入“快車道”。

目前，稀土永磁材料在核磁共振成像儀、電機、音響、磁選機、電度表、磁化器、傳感器等器件上的應用有擴大之外，在高新技術、國防軍工、工農業和家用電器等領域的應用取得了很大的進步。近年來在地震檢波器、永磁除鐵設備、磁滲藥品、電動車、汽車等新應用發展較快。目前我國燒結釹鐵硼在各個領域應用比例為：電聲音響占32%，磁化器占21%，電機和傳感器占31%，磁聯軸及磁選機占9%，音圈馬達及電度表占5%，其他為2%。

粘結釹鐵硼永磁材料的生產及應用開發較晚，應用面不廣，用量較小，主要用于辦公室自動化設備、電裝機械、視聽設備、儀器儀表、小型馬達和計量機械方面。近年我國粘結釹鐵硼永磁材料的應用比例為：計算機占62%，電子工業占7%，辦公室自動化設備占8%，汽車占7%，器具占7%，其他占9%。

釹鐵硼磁體可廣泛應用于電動機、發動機、音圈馬達、磁共振成像儀、通信、控制儀表、音響設備等方面。其最主要的應用領域是VCM（音圈馬達），目前國外生產的燒結釹鐵硼磁體約有一半用于VCM。除VCM以外，應用較多的領域是電動機和發電機，隨著汽車工業的發展，今后這一領域對釹鐵硼磁體的需求量將有較大增長。稀土永磁電機市場潛力大，是國內尚未充分開發的巨大領域。目前稀土永磁電機約有200萬kW，只相當于各類電機總容量4億kW的0.5%。若用稀土高效節電機替代老式J-JO及J2-JO2系列電機的50%，即1億kW，則約需高性能燒結釹鐵硼磁體5萬噸。使用稀土永磁高效電機可節能15%-20%，減輕電機重量20%以上。稀土永磁高效電機已列為科技部“稀土應用工程”重點項目。

三、稀土永磁釹鐵硼發展趨勢分析

（一）開發高磁能積和高性能的各向異性稀土粘結磁體，突破技術瓶頸

1.要開發高磁能積粘結磁體。目前，稀土永磁材料的主導產品是釹鐵硼，但從當前技術發展的需求來看，釹鐵硼也存在一定的局限性。一般來說，磁體分為兩類：燒結磁體和粘結磁體。釹鐵硼燒結磁體是各向異性的，并且是全密度磁體，應用日益廣泛。而釹鐵硼粘結磁體是各向同性的，釹鐵硼粘結磁體的不足不斷凸顯出來，首先，其磁粉是各向同性的，最大磁能積不過16MGOe；其次，成型工藝也有一定的局限性：釹鐵硼快淬磁粉主要用于制作壓縮粘結磁體，其產量僅占總粘結磁體產量的3%。隨著電器小型化發展趨勢的要求，開發高磁能積的粘結磁體成為市場新的需求方向。

2.要開發和生產高性能的各向異性稀土粘結磁體。為了滿足低碳經濟的發展要求，開發和生產高性能的各向異性稀土粘結磁體成為當前世界永磁材料領域前沿的尖端課題。國際上開發新型各向異性稀土粘結磁體有兩個途徑：（1）開發新材料，研究稀土鐵氮新型永磁材料，制造單晶顆粒各向異性磁粉；（2）開發新工藝，制造具有織構的釹鐵硼各向異性磁粉，包括制備釹鐵硼HDDR（即吸氫—歧化—脫氫—再復合）各向異性磁粉和熱擠壓各向異性磁粉。

（二）保持輻照穩定性，實現在航空航天領域實現普遍應用

隨著稀土永磁材料的不斷發展，具有較高矯頑力和磁能積的高性能稀土磁體廣泛應用于磁約束受控熱核聚變、同步輻射裝置、粒子加速器、波蕩器、自由電子激光系統及核武器沖擊系統和第四代光源的插入件等領域。隨著我國航空航天技術的高速發展，神舟系列飛船的上天和嫦娥探月工程的啟動等等，稀土永磁材料在這些領域的應用越來越多，對其進行輻照穩定性的研究顯得格外迫切。SmCo磁體的輻照抗性比NdFeB的要強，這與它們的矯頑力機制有關，SmCo磁體的矯頑力為釘扎場機制，而NdFeB是成核場機制，這兩種不同的矯頑力機制對其輻照穩定性有一定影響。通過摻雜提高磁體矯頑力，增大磁體長徑比提高磁體工作點，通過涂覆或外加保護箱阻隔高能射線的射入等方法來提高磁體輻照抗性。

（三）研究開發納米稀土永磁材料，實現技術飛躍

將稀土材料與納米技術相結合，通過將納米材料所具備的小尺寸效應、量子效應（含宏觀量子隧道效應）、表面效應和界面效應等四大效應與稀土元素獨特的電子層結構特點相結合，采用新型加工工藝制備納米晶NdFeB磁粉，可大大降低燒結溫度，而且所得到的磁體磁能積更高，磁體形狀自由度好、尺寸精度高，因而成為各大NdFeB永磁體生產公司的研究熱點，有著廣闊的市場前景。德國學者Kneller和Hawig提出了納米晶交換耦合永磁體的物理思想，認為軟磁材料的飽和磁化強度（Ms）高但矯頑力（Hcj）小，而永磁材料的矯頑力（Hcj）大但飽和磁化強度（Ms）較低，因此，若能將這兩種材料通過一定工藝復合在一起，通過兩相晶粒間鐵磁耦合且各相的線度在納米范圍內則可構成整體的高性能永磁材料，即納米晶交換耦合永磁材料，它被認為是開發第四代稀土的永磁體。

四、稀土永磁釹鐵硼應用前景展望

目前中國已經成為全球最大的稀土永磁生產基地，同時也是潛在稀土永磁的應用市場，由于我國豐富的稀土資源，較低的人工成本和廣闊的市場，從而國外的釹鐵硼制造業逐步向中國轉移的態勢勢不可擋，中國必將成為世界一流的稀土永磁材料供應基地。我國要繼續加強新型稀土磁性材料的探索、加強高檔稀土磁性材料的開發、使我國稀土磁性材料能持續發展。同時要加強稀土行業自身的整合，不斷提高管理和技術水平，在稀土產業向中國轉移的過程中保持主動地位?？偟膩碚f，稀土永磁釹鐵硼面臨著較好的應用前景。

（一）行業快速發展基本可期

在國家新材料政策扶持和新能源、電子信息、節能電器及高科技領域等行業帶動下，作為應用量最大的稀土功能材料——稀土永磁材料未來5年將實現穩定快速發展，預計在“十二五”我國稀土永磁材料市場增速保持20%以上基礎上，“十三五”期間仍將保持高速增長勢頭。

在新能源風電領域，永磁風力發電機因效率高、體積小、可靠性高、結構簡單等特點，成為風力發電機的首選。到2015年，我國風電實現了1億千瓦裝機容量，按照每臺1兆瓦級永磁風力發電機需用釹鐵硼0.6～1.5噸計算，約消耗釹鐵硼6萬～15萬噸，釹鐵硼永磁材料市場潛力巨大；在電子信息領域，計算機硬盤驅動器年全球產量將超過5億只，DVDROM和刻錄機全球的年產量超過12億只，全球在該領域釹鐵硼磁性材料年需要量約2萬噸；此外，在節能電機、電器等行業也將為釹鐵硼永磁巨大的消費市場。

在新能源汽車領域，目前混合動力車型是新能源汽車的主流。近年來混合動力車型得到了越來越多消費者的認可。在這股產業化浪潮中，國內汽車企業也正在向國際接軌。從最初合資企業一汽豐田引進普銳斯混合動力轎車到如今包括一汽、上汽、東風、長安、奇瑞、比亞迪的群雄逐鹿，混合動力汽車在我國已進入科研轉向產業化的關鍵時期?；旌蟿恿嚨陌l電機采用稀土永磁同步電機，每臺電機需使用燒結釹鐵硼磁體1～3千克。該稀土永磁同步電機是混合動力車的心臟。若按年增長率20%粗略估算，在2011-2015年期間，累計新增混合動力車將超過800萬輛。假設每輛車使用1.5-3.0kg釹鐵硼磁體，則“十二五”期間，全球混合動力車對高性能釹鐵硼磁體的需求量約為1.2～2.4萬噸，而“十三五”期間的需求量勢必更大。

在信息產品領域，硬盤和光盤驅動器是都需要高性能燒結和粘結永磁材料，隨著技術水平的提高，記錄密度也不斷攀升，如超過1TB的硬盤、藍光DVD等，因而對磁性材料的性能要求也越來越高。2011年，由于泰國水災造成硬盤生產受到影響，全球硬盤驅動器產量比2010年下降3.7%，達到6.261億只，使用燒結釹鐵硼磁體約6260噸。由于我們處在信息時代，每年硬盤驅動器具有較穩定的市場需求，2011-2015年期間，預計年增長率已經達到8%，累計硬盤驅動器產量達36.7億只，使用約3.67萬噸燒結釹鐵硼磁體?！笆濉睍r期，隨著國家各領域信息技術的大量應用，對信息產品的需求量勢必更大，那么對燒結釹鐵硼磁體的需求也勢必更大。

“十三五”期間，稀土市場價格將有望繼續高位運行，很難回到低價時代，這進一步刺激國際稀土礦山的勘探和開采，稀土價格最終將趨于合理，同時伴隨著釹鐵硼價格提升成本向下游轉移，稀土永磁材料釹鐵硼生產企業稀土原料成本壓力會最終化解，從而實現行業經濟穩步增長。

（二）行業出口前景一致看好

近年來，由于中國較豐富的稀土資源，稀土永磁材料產業的發展也較為迅速。稀土永磁的生產廠家由1983年的不足10家發展到2013年的百余多家，年生產能力不斷提升，出口額不斷增長。

稀土永磁材料的應用領域較多，在微特電機、汽車工業、電動汽車、電動自行車、現代醫療設備、揚聲器和耳機等電子元件以及磁懸浮列車等方面均有用途，稀土永磁材料在國際上的需求較大。我國系統永磁材料行業起步較晚，生產技術較日本、歐美等國家較為落后，但是近年來，隨著歐美國家的稀土永磁的生產逐步向中國轉移，使得中國稀土永磁材料行業的技術水平不斷提升，產品性能不斷加強，在國際市場上的需求空間增大。

同時，由于我國近年來開始限制稀土的出口，使得國內的稀土永磁材料生產企業有了更大的發展空間，而原材料的缺乏必然會使得國外市場加大對中國產品的需求。因此，從長期來看，我國的稀土永磁材料行業出口前景較好。

參考文獻：

[1] 尤勇.釹鐵硼永磁的發展現狀與應用[J].煤， 2003，12（3）：32-33

[2] 胡伯平.釹鐵硼稀土磁體產業發展及市場前景[J]. 磁性材料及器件，2012，（12）

（作者單位：寧波思創磁鐵有限公司 浙江寧波 315000）

（責編：趙毅）