稀土永磁材料.docVIP

稀土永磁材料李世东 材卓121 1209010103摘要：稀土永磁材料具有高的磁能积、良好的稳定性、不易受温度、外界磁场和冲击的影响，它广泛用于雷达、航天技术、卫星通信、计算机、自动控制，旋转机械设备、交通运输、磁分离、石油化工、医疗卫生、电动玩具、办公设备、以及各种仪器仪表等方面。稀土钕铁硼永磁材料产业本身是个新兴产业，新的应用领域在不断涌现，特别是以信息产业为代表的知识经济发展，给稀上永磁等功能材料不断带来新的用途。除了在上述等方面的广泛应用外，汽车中的发电机、电动机和音响系统、风力发电、节能电梯、变频空调等应用已经开始，这将极大地带动钕铁硼永磁材料产业的发展。关键词：稀土永磁材料 制备 特性 分类 应用Abstract: Rare earth permanent magnetic material with high magnetic energy product, good stability, less susceptible to temperature, the influence of external magnetic field and impact. It is widely used in radar, space technology, satellite communication, computer, automatic control, rotation machinery and equipment, transportation, magnetic separation, petroleum chemical industry, medical and health, electric toys, office equipment, and a variety of instrumentation, such as aspects. Rare earth neodymium iron boron permanent magnetic material industry is a new industry, new application areas are emerging, especially in the information industry as the representative of the knowledge economy development, to dilute the permanent magnet and other functional materials continue to bring new uses. In addition to a wide range of applications in the automotive, motor and audio systems, electric motors and sound systems, wind power, energy saving, energy saving, such as the application has begun, which will greatly promote the development of the permanent magnet material industry.Key word: Rare earth permanent magnetic material Preparation Characteristic Classification 您是不是要找:gang应用Application引言：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、航天等领域，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.定义稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）永磁体。其中SmCo磁体的磁能积在15-30MGOe之间，NdFeB系磁体的磁能积在27-50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土金属钐和钴稀缺、昂贵的战略金属钴，因此，它的发展受到了很大的限制。我国稀土永磁行业的发展始于60年代末，当时的主导产品是钐-钴永磁，钐-钴永磁体世界销售量为630吨，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉），主要用于军工技术。2.制备方法2.1 晶界扩散法晶界扩散法是在烧结磁体表面覆盖Dy、Tb 等重稀土的氟化物、氧化物或者合金化合物等，再经低于烧结温度的热处理使得重稀土沿着晶界的液相进行扩散，这样在液相中扩散的重稀土Dy、Tb置换主相晶粒表层中原有的Nd 而形成R2Fe14B 的固溶体（R 为Nd 和Dy 或Tb），主相晶粒中央并没有受到太多影响1，因此在增强晶粒表层的磁晶各向异性场的同时，对整个磁体的内禀特性并没有产生太大影响2。相比传统的合金方法或者元素添加方法，对于获得相同矫顽力水平的磁体，晶界扩散法可节省Dy、Tb 重稀土用量。2.2 双合金工艺北京工业大学岳明等人提出了高各向异性粉末包覆法3-4。他们采用物理气相沉积的方法制备重稀土Dy、Tb 或其氢化物的纳米颗粒，将其掺入至主相合金粉中，而后进行取向、压制和烧结。利用该方法，不仅有效提高了磁体的矫顽力，而且降低了重稀土Dy，Tb 的使用量。2.3 晶粒细化方法细化晶粒被认为是提高磁体矫顽力的另一种重要途径。日本业界在细化晶粒方面做了很多工作。包括在SC 工序中缩短片层间距（Nd-Fe-B 的SC 合金片上柱状富Nd 相在主相Nd2Fe14B 之间以间隔方式出现，该间隔被称为片层间距）以及在气流磨工序中减小磁粉粒径。3.特性 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。4.分类稀土永磁材料现分为第一代（RECo5）、第二代（RE2TM17）和第三代稀土永磁材料（NdFeB）。新的稀土过渡金属系和稀土铁氮系永磁合金材料正在开发研制中，有可能成为新一代稀土永磁合金5。第一代： l：5稀土钴永磁是最早开发的RC05型永磁合金(R代表稀土)，以SmC05为代表的永磁合金既有优异的磁性能，其后又发展了PrC05、(Sm，Pr)C05、MMC05(MM为混合稀土)和Ce(Co、Cu、Fe)5等永磁合金。SmC05合金的特点是：磁晶各向异性高(K1=1519x103kJm3，Kl为磁晶各向异性常数)，各向异性场高(HA=31840kAm)，温度系数较低(和稀土铁基永磁合金比)，居里点高(T。=720 0C，Tc为居里点或叫居里温度，SmC05的瓦比Ndl5Fev7Bs的瓦高一倍多，Ndl5Fe77Bs的To=3 12)。SmC05的理论最大磁能积(引叻。x-2449 kJm(3 IMGOe)6。第二代：2：17型稀土钴永磁合金(R2C017)。其特点是居里温度最高T。=850(和SmC05、Nd-FeB系相比其瓦最高)，内禀饱和磁感强度比RC05高，理论最大磁能积比RC05高，(B忉嗍=5254 ldm3(66MGOe)。第三代：NdFeB永磁是20世纪80年代研究开发出来的一种新型优异的稀土永磁材料，它以剩磁高、矫顽力高、磁性能高、价格便宜等优点深受人们的喜爱，目前商品NdFeB永磁材料的最大磁能积己达到400kJm3(50MGOe)以上。NdFeB稀土铁基系列永磁合金(RFeB系)，其特点是：具有创记录的磁能积；原材料资源丰富、廉价(以资源丰富的Fe取代了第一、二代永磁合金中的资源较少的钴，以廉价、资源丰富的Nd取代了第一、二代稀土永磁合金中的价贵，资源比Nd少的Sm)，因而从磁特性及磁体的价格上远优于第一、二代稀土永磁材料。5.应用钕铁硼永磁材料产业本身是个新兴产业，新的应用领域在不断涌现，特别是以信息产业为代表的知识经济发展，给稀土永磁等功能材料不断带来新的用途。除了在传统领域的广泛应用外，汽车中的发电机、电动机和音响系统、风力发电、节能电梯、变频空调等应用已经开始，这将极大地带动钕铁硼永磁材料产业的发展。51汽车工业稀土永磁电机的最大应用潜力市场之一将是汽车工业。在每辆汽车中，一般可以有几十个部位要使用永磁电机，如电动座椅、电动后视镜、电动天窗、电动门窗、电动雨刮、空调器等随着汽车电子技术要求的不断提高，其使用电机的数量将越来越多。52计算机工业随着信息时代的到来，已经形成计算机进入家庭的热潮。计算机的发展带动了相关配套元件的发展，硬、软磁盘、光盘驱动头是使用钕铁硼较多的一个方面，每年用于计算机驱动器的钕铁硼磁体，占钕铁硼永磁销量的50。现在HDD正向大容量化、高速数据传输和节省空间等方向发展。53核磁共振成像工业核磁共振成像仪是80年代应用的新技术新设备，它可对人体内部组织拍摄各种不同角度的相片，因此能构成立体图象，确定病变的性质与形态，对确定初期肿瘤病变很有帮助。过去是用超导磁体，缺点是造价高、运转费用高。如果用铁氧体永磁来做，一台核磁共振仪需铁氧体永磁100吨，而如果改用钕铁硼永磁来做，每台只用05吨，若今后全世界的市场年需求l万台的话，年需磁体5000吨，美国通用电器和德国西门子在中国均有核磁共振成像仪设备生产基地。54 CDROM、DVDROM光盘产业随着多媒体技术的快速发展及应用软件的大型化趋势，需要高容量高速度的存储媒体来取代软盘。光盘驱动器是一种新型的激光信息存储装置。具有容量大、高可靠、抗干扰性好、可以恶劣环境下使用，介质寿命长等特点。主要配套于CD-ROM、DVDROM中的微型直流主轴电机的需求量将在大幅度增加。该电机为外转子结构，转子磁钢采用粘结钕铁硼一次成形。55机床工业当前，在美、欧工业化国家，汽车行业中由于大量、大批生产自动化，已充分实现追求中、小批量多品种柔性化生产，采用NC机床不断增多。各国的汽车、飞行行业也朝此方向发展。NC机床所占机床总拥有量比重约为133，若按每台NC机床平均25坐标计制，则坐标数为50万个，80采用直流永磁电机控制，而交流电机是无法满足体积小的要求，这无疑对钕铁硼永磁开辟了一个广阔的应用市场，特别是粘结钕铁硼永磁，更是NC机床用电机的理想磁材。因为NC机床应用环境温度不高，其它条件良好，粘结钕铁硼永磁薄壁环状，为轴向取向，可多极充磁，不论是注射成型还是压缩成型，都可以使尺寸准确，取向磁场均匀。56微特电机稀土永磁电机是一种高效节能产品，平均节电率高达lO以上，应用高性能钕铁硼永磁材料的稀土永磁电机的节电率可高达15-20。57扬声器、耳机等电声元件及磁选随着电声器材技术向高保真和小型化发展，要求使用性能更高的磁体，在这个领域，钕铁硼永磁材料已经开始得到广泛应用。58磁悬浮列车其原理是利用车载磁体与轨道磁体间产生的排斥力和吸引力共同作用，从而产生向上悬浮力，使列车脱离轨道运行，所用磁体为钕铁硼永磁材料。59节能变频空调空调压缩机性能和体积的限制，使用高性能钕铁硼永磁材料作为压缩机磁体的比例将越来越大。节能变频空调将逐步选用我国生产的高性能钕铁硼永磁材料作为原材料。510节能电梯稀士永磁同步曳引机出现后以体积小、损耗低、节能高效等优点，得到了迅速推广，目前己发展成为新型曳引机的主流机型。在未来的几年里，节能电梯曳引制造行业在未来的几年里将随着国家对新能源、节能减排工作的重视程度不断提高而迅速发展，从而对高性能钕铁硼永磁材料的需求将迅速增长。51l风力发电直驱永磁型发电机省去了齿轮箱，具有可靠性高、效率高、维护工作少等诸多优点，是风力发电领域未来最有发展前景的机型。使用永磁材料，能使发电机的效率提高到85以上。同时，采用永磁发电机，还可做到风力机与发电机的直接耦合，省去变速箱，从而提高可靠性，减小系统噪声，降低维护成本7。6.发展在我国稀土永磁材料发展形势很好的情况下，从全方位的局势来看，目前还存在一些问题要加以克服及解决。因此，提出了下列的建议：(1)做好稀土永磁材料发展规划，更快更好的促进永磁业的健康进步；(2)控制生产总量，防止供大于求；(3)加速生产技术及装备的创新，提高和完善，以提高大型化现代化的生产水平；(4)建立全国稀土永磁材料集团公司统一营销，有序发展，稳定价格，保护企业效益；(5)加强应用新研发，提高应用范围，增加国内用量；(6)加速增加高档永磁品供应量，推动高端技术应用的发展；(7)重点提高磁性能，扩大国际销售市场；(8)提高市场竞争力，占领国际市场，增加创汇效益；(9)尽快采取对应措施，停止稀土永磁品的进口。参考文献：1 Hirota K, Nakamura H, T. Minowa, et al. Coercivityenhancement by the grain boundary diffusion process toNd-Fe-B sintered magnets J. IEEE Trans Magn, 2006,42(10): 2909-2911.2 Hu B P, Niu E, Zhao Y G, et al. Study of sinteredNd-Fe-B magnet with high performance of Hcj (kOe) +(BH) max (MGOe) 75 J. AIP Advances, 2013, 3(4):0421363 菅志刚, 刘卫强, 曹爱利, 等. 铽纳米颗粒掺杂烧结高性能NdFeB 永磁的研究J. 稀有金属, 2009；33(195):821-8244 Yue M, Liu W Q, Zhang D T, et al. Tb nanoparticlesdoped Nd-Fe-B sintered permanent magnet withenhanced coercivity J. Appl Phys Lett, 2009, 94:0925015易健宏，彭元东稀有金属材料与工程33(2004)：3373426 林河成中国稀土永磁材料的发展现状J矿业快报，2006，(10)：14；(11)：147 林河成我国稀土永磁材料的新进展J世界有色金属，2005，(5)：2833课程的心得体会随着人类社会的发展，历史证明：材料是人类生存和发展的物质基础，是人类文明的重要支柱。远古时代，人类使用石器作为主要工具，并在此过程中认识了矿石，在陶瓷生产中开始了冶金术，这里的金即是指金属，公元前5000年，人类进入了青铜时代，前1200年，人类进入了铁器时代，并引起了之后钢铁制造工业的迅速发展，成为了在18世纪产业革命的物质基础以及重要内容。当今国际社会有共同的认识，材料、能源和信息技术是现代文明的三大支柱。材料对于社会、经济的影响面大，带动作用强，作为支撑国民经济发展的基础，是社会文明的重要标志。时代在发展，材料作为现代文明的三大支柱之一，日益显得重要，时代需要更新，材料也需要创新，新材料概论作为一门前沿的科学，带领我们领略我们科学材料的最前沿，对我们开拓新知识提供很大的帮助，所以具有前瞻性。对于该课程，我觉得我有以下几点感想：先从其好的方面来说，新材料概论脱离了传统的教学模式，让学生从“以教为主”转变为“以学为主”的学习模式，同时，通