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稀土永磁材料（论文） 功能材料论文 稀土永磁材料专 业 ： 班 级 ： 学 号 ： 姓 名 ： 稀土永磁材料摘 要永磁材料是一种重要的磁性功能材料，应用日益广泛,人类的生活中已经离不开他们了。本文主要介绍稀土永磁材料的性能、原理、分类、应用和发展前景。稀土永磁材料以其高剩磁、高矫顽力、高磁能积等优异的综合磁性能在通信交通医疗航空航天等领域得到了广泛应用。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响，研究稀土永磁材料已经成为一个相当具有战略性的课题。关键词 稀土；永磁材料；微电子目 录6第1章 磁材料的原理1第2章 稀土永磁材料分类22.1 规范和规范和法国 稀土钴永磁材料22.2 稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料22.3 RE-Fe-N系RE-Fe-C系3第3章 稀土永磁材料制备工艺分类3第4章 稀土永磁材料的主要应用34.1 微特电机44.2 汽车工业44.3 电动汽车5第5章 我国稀土永磁材料的展望5参 考 文 献6第1章 磁材料的原理物质的磁性类型主要有顺磁性、反磁性和铁磁性等。物质分子中含有未成对电子时表现为顺磁性，顺磁性物质在外磁场中能产生一个附加的磁场，表现出较强的磁性，如铁氰化钾（赤血盐）K3Fe（CN）6、硫酸亚铁（FeSO4H2O）等。而一些不含有未成对电子的物质，在外磁场作用下，产生一个与外磁场反向的小磁矩，故称为反磁性，如食盐（NaCl）、氧化钙（CaO）、亚铁氰化钾（黄血盐）K4Fe（CN）6等。还有一类物质，它们通常是金属或合金，属于铁磁性物质。铁磁性物质在磁场作用下，原子的磁矩趋于平行排列，产生一个大的磁矩，在物质内部形成一个很强的磁场，这类物质称为铁磁性物质。最熟悉的例子有铁、钴、镍以及它们的合金等。永磁材料，就是指经过磁化以后，具有长期保持磁性的物质。1932年发现的钴铁氧体、钡铁氧体、锶铁氧体是最早使用的永磁材料。它们是以氧化铁为主要成分的复合氧化物。（MFe2O4，MCO2+、Ba2+、Sr2+、Mg2+），这些铁氧体在无外加磁场时，不显示磁性，但当外加磁场时，铁氧体被磁化，产生很强的磁性，在移去外磁场后，磁性仍可保留，故称永久磁铁，如Co0.75Fe2.25O4等。稀土原子具有比铁、钴、镍更多的未成对自旋电子，电子自旋产生的磁矩与电子轨道运动产生的磁矩加和起来，使稀土原子具有很高的原子磁矩，这些原子磁铁在晶体中还可以构成无数个小区域，在外磁场作用下，在这些小区域内原子按磁矩方向排列起来，形成磁畴。这便大大加强了稀土合金材料的磁性。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。第2章 稀土永磁材料分类2.1 稀土钴永磁材料稀土钴永磁材料，包括稀土钴（1-5型）永磁材料SmCo5和稀土钴（2-17型）永磁材料Sm2Co17两大类。1968年研制出了一类稀土钴永磁材料，其中以SmCo5、Sm2Co17等钐钴磁体磁性最佳。一块火柴盒大小的稀土永磁体SmCo5可以吸起一个成年人重量的铁物体。用这种磁体制造的电子器件，不仅体积小、重量轻，而且还大大降低了成本，故在现代电子通讯技术中有着广泛的应用。例如可用于制造人造卫星、雷达所用的行波管和环行器，用于制造原子钟、微型电机、微型扬声器、电子手表，用于办公室自动化设备，如制造软盘和硬盘驱动装置，以及医疗磁片等。钐钴磁体虽然具有磁能积高、居里温度（物质呈现铁磁性的最高温度）高（727）等优点，但钐是比较短缺的稀土元素，在原料供应上没有牢靠的保证。因此稀土铁氧体磁体仍有发展潜力。2.2 稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料。钕铁硼（Nd2Fe14B）磁性材料是由日本住友特种金属公司（SSMC）于1983年推出的一种新型高磁能积磁性材料。如以兆高奥为最大磁能积单位，则铁氧体为3.7、钐钴为21.0，而烧结Nd2Fe14B的额定值为37.0（实验室获得的数据为50.6）。钕铁硼磁体的拉伸和弯曲强度是钐钴磁体的2倍，易于车削和处理，烧结产品的密度低，故能将磁路设计得小巧轻便。原料价格比铁氧体高，但比量设备，10用于音频扬声器，其余的15用于医学上使用的磁共振成像系统以及其他各种应用领域。有人分析，随着汽车工业的发展，钕铁硼磁体的需求量将会进一步增加，这是因为一辆新型小汽车需平均安装约40个马达，要求使用许多的小巧而磁能积高的稀土永磁体。钐钴低，因此被称之为“磁铁王”，具有极好的发展前景。据统计，1986年在世界生产的磁体中，日本占42，美国为28，西欧国家为20，其他为10。钕铁硼磁体约60用于制造诸如电子计算机磁盘驱动器、办公自动化设备的小型马达、视频照相机和录像机等音像设备及汽车电子设备上用的马达， 15用于制造计2.3 RE-Fe-N系RE-Fe-C系稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（RE-Fe-C系）永磁材料。判断永磁材料性能优劣的一个综合指标是最大磁能积(BH)max，现有商用的稀土粘结永磁材料是快淬钕铁硼磁粉，最大磁能积是1018兆高奥，稀土铁氮磁粉最大磁能积是2040兆高奥。稀土铁氮磁粉具有较强的技术优势。稀土铁氮新材料与市场现有磁性材料钕铁硼相比成本较低，主要原因是磁粉中稀土相对含量少，同时无需掺杂钴等价格昂贵的金属。另外，稀土铁氮新材料中的稀土成分可以是钕，也可以是钐，市场上钐的价格远低于钕。第3章 稀土永磁材料制备工艺分类(1) 粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； (2)还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； (3)快速凝固制粉或氢碎制粉（HDDR），粉末模压粘结工艺制备的粘结磁体； (4)快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的注射工艺制备的注射磁体；(5)快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的热压法制备的热压磁体； (6)用热压磁体再进行热变形压工艺制备的各向异性热变形压磁体；(7)将热变形压磁体磨制成粉，再采用模压或注射等方法制备成各向异性粘结磁体。第4章 稀土永磁材料的主要应用永磁体最基本的作用是在某一特定的空间产生一恒定的磁场，维持此磁场并不需要任何外部电源。标志永磁材料好坏的参数有许多，最重要的是最大磁能积(BH)max ，磁能积越大，材料每单位体积所产生外磁场的能量就越大。目前商品NdFeB永磁材料的最大磁能积已达到：50MGOe。由于稀土永磁材料的高磁能积和高矫顽力等优异的特性，已给永磁应用带来革命性的变化，稀土永磁材料主要应用在以下几个方面：4.1 微特电机在美国、日本和西欧等发达国家，稀土永磁材料在电机中的应用已占稀土永磁总销售额的60%以上。各国国情不同，稀土永磁在电机中的应用情况不尽相同。日本在VCM中的应用量占稀土永磁的50%左右，美国则在航空、航天、军工、汽车和机床等领域电机中的用量最大，欧洲则在数控机床中应用最多。2006年，我国生产稀土永磁电机3700余万台，其中大中型节能电机5万台。 4.2 汽车工业 据有关市场研究机构的最新调查报告显示，2004年全球轿车和轻型车总产量达到5490万辆，至2005年，将达到6000万辆大关，创历史最高纪录。 1997年中国汽车产量为158.3万辆，2001年达到234.2万辆，其中轿车产量为69.5万辆。轿车在全部汽车产量中所占的比例不到30%，2002年是中国加入世界贸易组织后的第一年，当年中国汽车产量一举超过300万辆大关，达到325.1万辆，增长38.3%，轿车产量更是增长了52.84%，首次突破百万辆大关，达到106.924万辆，轿车比重达到32.7%。进入2003年，这一行情得以持续，当年生产各类汽车444万辆，销量439万辆，分别增长75.28%，在世界的排名由2002年第5位上升至2003年的第4们。2004年，中国汽车总产量为507万辆，增长14.2%左右，其中轿车240万辆，增长16%左右。2005年，中国汽车总产量在571万辆，其中轿车比重达到48.49%。2006年，中国汽车总产量达728万辆，跃居世界第三位，其中轿车比重已经达到53.15%左右。 由于汽车工业已经成为中国国民经济发展的第五大支柱产业，它的发展必将带动一系列的产业，包括磁性材料行业。稀土永磁电机的最大应用潜力市场之一将是汽车工业。汽车工业是钕铁硼永磁应用最多的领域之一。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。4.3 电动汽车 当前世界各国对电动汽车的关注热情愈发高涨，一些国家投入大量经费用于研制和开发，其中电机和传动系统是电动汽车的心脏，稀土永磁电机以其体积小、效率高、性能优异而成为各国研制新一代电动汽车的首选方案。中国第一汽车集团公司与丰田汽车公司就推动混合动力汽车在中国市场的发展与普及进行合作，2005年已将丰田目前最先进的“绿色环保节能车”“先驱”（PRIUS）混合动力汽车在中国进行生产，目前已小批量投入市场。“先驱”（PRIUS）混合动力汽车在日本的产量为10000台/月左右。最近。日本丰田推出了雷克萨斯LS600h混合动力高档汽车，V8引擎加上一个高效的电机，整个系统输出功率430马力，堪称混合动力的领先杰作。2008年福特翼虎混合动力SUV，155马力，油耗为78升/100km，只有同功率汽油发动机的一半。 可以预见，在不远的将来，混合动力电动汽车将大量进入普通家庭，成为一种大众消费。这对于稀土永磁电机及其钕铁硼永磁材料的带动作用是相当可观的。 第5章 我国稀土永磁材料的展望目前中国已经成为全球最大的稀土永磁生产基地，同时也是潜在稀土永磁应用市场，由于我国丰富的稀土资源，较低的人工成本和广阔的市场，从而国外的钕铁硼制造业逐步向中国转移的态势势不可挡，中国必将成为世界一流的稀土永磁材料供应基地。国外先进的钕铁硼永磁材料制造商进入中国，一方面会对中国稀土永磁企业带来挑战，另一方面也会将先进的技术、管理经验带入中国，从而进一步推动中国稀土永磁产业的发展。为了保护和合理利用我国稀土矿产资源，在国家宏观调控政策强有力执行下，规范和整顿了矿山开采秩序，稀土行业进行了全面整顿。2005年以来，稀土价格持续攀升，造成了稀土钕和镨的供应紧张。由于稀土永磁电机需求增加，特别是环保绿色的混合动力电动汽车带动，电机用高工作温度烧结钕铁硼使用量急剧增加，给重稀土Tb、Dy的供应造成了一定的压力。稀土原材料价格大幅上涨，人民币升值对国内钕铁硼行业带来了较大的负面影响，特别是对于生产低端产品的工厂，正面临较大的挑战。 面对这些问题，一方面，我国要继续加强新型稀土磁性材料的探索、加强高档稀土磁性材料的开发、使我国稀土磁性材料能持续发展。另一方面，我国的稀土磁性企业要加强自身的整合，不断提高管理和技术水平，在稀土产业向中国转移的过程中保持主动地位；通过与国外先进稀土磁性企业加强合作，互助互利，使稀土磁性产业更好地扎根于中国，以便中国的稀土磁性产业更好地服务于全球。参 考 文 献（1）陈 荣，李 屹，吴 兵。稀土材料的应用现状及发展前景【J】化学工程与装备，2011，（10）（2）郑子樵，李红英稀士功能材料【M】北京：化学工业 出版社，2003（3）Sung M H，Kim J S，et a1J Crystal Growth2002： 235-529（4）Karl AGschneidner【J】Industrial Applications of Rare Earth Elements，1981 （5）Esther FEickerl ing G，Herdtweek E，Anwander ROrganometal l ies。2003(22)（6）李建宇稀土发光材料及其应用【M】|E京：化学工业出版社，200392一142（7）李晓丽，张忠义稀土发光材料产业现状分析【J】稀土，20lO。3l(2)：5559（8）葛杏心。孙艳辉，刘聪，等稀土蓝色光致发光材料研究进展【J】稀土。2009，30(1)：80_85（9）花景田，陈宝玖孙佳石，等稀土掺杂材料的上转换发光【J】中国光学与应用光学，2010，3(4)：30l一309（10）rnat K.Olson J C.Hofer G Coercivity of mischmetal-cobalt alloy powders 1968(1)（11）易宏.彭元东2:17型SmCo稀土永磁材料的研究现状与趋势期刊论文 -稀有金属材料与工程2004(4)（12）潘树明 稀土永磁材料的发展与前景期刊论文 新材料产业2006（6）（13）李晨松.金生.董丽平 我国稀土永磁产业发展与现状期刊论文 -稀土2005(1)（14）Auzel F. Upconversion and anti-stokes processes with f and d ions in solids. Chem Rev, 2004, 104(1):139173.（15）Zhang P, Rogelj S, Nguyen K, Wheeler D. Design of a highly sensitive and specific nucleotide sensor based on photon upconverting particles. J Am Chem Soc, 2006, 128(38):1241012411.（16）Yi GS, Chow GM. Water-soluble NaYF4:Yb,Er(Tm)/NaYF4/polymer core/shell/shell nanoparticles with significant enhancement of upconversion fluorescence. Chem Mater, 2007, 19(3):341343. （17） Chen ZG, Chen HL, Hu H, Yu MX, Li FY, Zhang Q, et al. Versatile synthesis strategy for carboxylic acid-functionalized upconverting nanophosphors as biological labels. J Am Chem Soc, 2008, 130(10):30233029.（18） Naccache R, Vetrone F, Mahalingam V, Cuccia LA, Cap