新型稀土永磁材料發(fā)展歷程

長(zhǎng)沙鐠信磁材 新型稀土永磁材料

我們生活的地球是一個(gè)大磁場(chǎng)。磁，在我們的生產(chǎn)生活中有許多神奇的作用，其中之一便是永磁材料。它們一旦在磁場(chǎng)中被充磁后，如撤去外磁，材料可以保留很強(qiáng)的磁性，而且不易被退磁。這樣，這些永磁材料做成永磁體后，它們的外部空間又形成一恒定的工作磁場(chǎng)，可以用來進(jìn)行粒子加速、自動(dòng)控制、核磁共振……利用永磁體的磁場(chǎng)方便地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，豈不是“無本萬利”?

　　新型稀土永磁材料

但世上沒有無本的生意，永磁材料之本在于其三大特殊性能：高剩磁，高矯頑力和最大磁能積。早期生產(chǎn)和使用的以碳鋼為代表的淬火馬氏體鋼，矯頑力和最大磁能積都很低，不能令人滿意。30年代以后，鋁鎳鈷系永磁合金以其優(yōu)異的性能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在永磁材料中占了統(tǒng)治地位。但由于含有稀缺物質(zhì)鎳和鈷，成本很高。50年代，鐵氧體永磁材料投人工業(yè)生產(chǎn)。70年代以來，以釤鈷合金和釹鐵硼合金為代表的稀土永磁合金的先后誕生在全世界掀起了研究和探索新型永磁材料的高潮，促進(jìn)了材料的飛速發(fā)展。這類材料以及用它們和橡膠、塑料等混合制成的粘結(jié)磁體具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用潛力，“微本萬利”為時(shí)不遠(yuǎn)。

稀土永磁材料指的是山稀土元素鈰、鍺、釹、釤等和過渡族元素鐵、鈷等組成的金屬間化合物材料。第一代和第二代稀土永磁材料屬于釤鈷系稀土永磁材料，出于原料缺乏，價(jià)格昂貴。1983年日本住友特殊金屬公司和美國(guó)通用汽車公司幾乎同時(shí)宣布，研制成功一種磁性能最強(qiáng)的新型永磁材料--釹鐵硼合金，第三代稀土永磁材料剛一問世便轟動(dòng)了世界。其突出優(yōu)點(diǎn)在于最大磁能積高達(dá)303千焦/米3，相當(dāng)于鋁鎳鈷系永磁合金的5～6倍。這種新材料被廣泛用于制造汽車電機(jī)、傳感器、磁推軸承、核磁共振成像儀、電子鐘表和磁選機(jī)等。目前，科學(xué)家們正在積極探索，繼續(xù)尋找第四代新型稀土永磁材料，以期進(jìn)一步降低成本，提高性能。主要探索對(duì)象是在稀土鐵合金中添加第三種或第四種元素。

世上并無一本萬利、十全十美之事，性能和成本似乎永遠(yuǎn)處在不可調(diào)和的矛盾之中。但是，人類不會(huì)滿足于這種安排，繼續(xù)尋找“物美價(jià)廉”新材料的理想不斷推動(dòng)著技術(shù)文明的進(jìn)步。

近年來，可持續(xù)發(fā)展的大勢(shì)席卷全球，對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展再生能源、提高能效、節(jié)能減排、倡導(dǎo)低碳生活等方面提出了全新的要求，風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、節(jié)能家電、工業(yè)智能化等低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為稀土永磁材料提供了廣闊的市場(chǎng)空間，同時(shí)對(duì)稀土永磁產(chǎn)業(yè)本身來講也面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)這種發(fā)展，幫助我國(guó)廣大的稀土永磁工作者在供給側(cè)著力，研發(fā)、制備和提供滿足市場(chǎng)需求的稀土永磁新產(chǎn)品，系統(tǒng)地梳理和總結(jié)五十年以來稀土永磁材料的研發(fā)成果和制備技術(shù)勢(shì)在必行，《稀土永磁材料》一書也應(yīng)運(yùn)而生。

《稀土永磁材料》一書入選“十三五”國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目，并獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金的資助出版。中國(guó)工程院院士王震西先生為本書作序。

本書簡(jiǎn)要回顧了永磁材料的發(fā)展歷史，對(duì)過去五十年來國(guó)內(nèi)外稀土永磁材料相關(guān)的研究開發(fā)工作和磁體制備技術(shù)進(jìn)行了梳理。全書分上下兩冊(cè)，共9章，從稀土永磁材料的理論基礎(chǔ)到制備技術(shù)，從稀土過渡族合金的相圖、晶體結(jié)構(gòu)到稀土永磁材料的內(nèi)稟磁性、永磁性及它們之間的關(guān)系，均進(jìn)行了全面的介紹和深入的討論。

上冊(cè)內(nèi)容：第1章對(duì)永磁材料作一般介紹，包括稀土永磁材料的發(fā)展簡(jiǎn)史，稀土元素和稀土金屬的結(jié)構(gòu)和特性，以及稀土資源的概況；第2章和第3章介紹了稀土永磁材料相關(guān)的合金相圖和晶體結(jié)構(gòu)；第4章著重論述了稀土永磁材料的內(nèi)稟磁性，并采用雙晶格模型、交換和晶場(chǎng)模型深入分析討論了3d電子和4f電子的磁性、磁晶各向異性；第5章介紹了主要稀土永磁材料的永磁性能，分析討論了實(shí)際應(yīng)用條件同永磁性參數(shù)的關(guān)聯(lián)。

下冊(cè)內(nèi)容：第6章介紹了稀土永磁材料的其他物理化學(xué)性能；第7章介紹了主要稀土永磁材料的磁化和反磁化行為，特別是利用微磁學(xué)理論并結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)、磁疇觀察和磁性測(cè)量等大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)地闡述了在稀土永磁材料中的矯頑力機(jī)制；在前幾章的基礎(chǔ)上，第8章全面深入地介紹了主要稀土永磁材料的制備工藝及其同永磁參數(shù)與顯微結(jié)構(gòu)之間的密切關(guān)系，尤其注重討論了高性能磁體、特殊應(yīng)用磁體和各種稀土添加磁體的制備原理和技術(shù)；最后，第9章簡(jiǎn)要介紹了稀土永磁材料的應(yīng)用和磁路設(shè)計(jì)。

本書適合從事稀土永磁材料科研、生產(chǎn)與應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的科技人員、管理人員和銷售人員閱讀，也可作為大專院校材料科學(xué)與工程專業(yè)師生的教學(xué)參考書。希望這本《稀土永磁材料》能夠?yàn)橥苿?dòng)我國(guó)稀土永磁材料的進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。