淺議稀土永磁釹鐵硼的未來(lái)發(fā)展及應(yīng)用

孫允成

摘 要：作為稀土最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，稀土永磁釹鐵硼材料是支撐現(xiàn)代社會(huì)的重要基礎(chǔ)材料，近年來(lái)憑借其高剩磁、高矯頑力以及高磁能積且具有良好的動(dòng)態(tài)回復(fù)特性等優(yōu)點(diǎn)，迅速在世界范圍內(nèi)掀起一股開(kāi)發(fā)研究熱潮。文章從分析稀土永磁釹鐵硼的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，指出了稀土永磁釹鐵硼的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而從多個(gè)角度闡述了其廣闊的應(yīng)用前景

關(guān)鍵詞：釹鐵硼 發(fā)展現(xiàn)狀 趨勢(shì)分析 前景展望

中圖分類號(hào)：F270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2016）05-294-02

一、引言

自1983年日本助友金屬公司首次發(fā)明以來(lái)，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(dòng)態(tài)回復(fù)特性等優(yōu)點(diǎn)，迅速在世界范圍內(nèi)掀起一股開(kāi)發(fā)研究熱潮。特別是美國(guó)、日本等近年來(lái)在該領(lǐng)域內(nèi)投入大量的人力、物力和財(cái)力，使得釹鐵硼永磁的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得到了超常規(guī)的發(fā)展。歐洲共同體撥專款研制釹鐵硼永磁材料，在釹鐵硼的生產(chǎn)制造工藝上，不斷取得新的突破。目前，釹鐵硼永磁的應(yīng)用，已涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在永磁除鐵器、計(jì)算機(jī)工業(yè)、信息工業(yè)、汽車工業(yè)、核磁共振成像工業(yè)、CD-ROM、DVD音像工業(yè)及磁性分離器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。釹鐵硼永磁的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，已成為一項(xiàng)上升為國(guó)家高度的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

二、稀土永磁釹鐵硼的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)釹鐵硼磁體的產(chǎn)量上已經(jīng)超過(guò)日本，是生產(chǎn)大國(guó)。近年來(lái)，先后涌現(xiàn)出近10家產(chǎn)銷超億元的企業(yè)集團(tuán)以及10多家電子元件百?gòu)?qiáng)企業(yè)、20多家出口創(chuàng)匯超百萬(wàn)美元的企業(yè)，國(guó)內(nèi)外訂單充裕，銷售市場(chǎng)廣闊，顯示出這個(gè)行業(yè)發(fā)展正駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?/p>

目前，稀土永磁材料在核磁共振成像儀、電機(jī)、音響、磁選機(jī)、電度表、磁化器、傳感器等器件上的應(yīng)用有擴(kuò)大之外，在高新技術(shù)、國(guó)防軍工、工農(nóng)業(yè)和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用取得了很大的進(jìn)步。近年來(lái)在地震檢波器、永磁除鐵設(shè)備、磁滲藥品、電動(dòng)車、汽車等新應(yīng)用發(fā)展較快。目前我國(guó)燒結(jié)釹鐵硼在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用比例為：電聲音響占32%，磁化器占21%，電機(jī)和傳感器占31%，磁聯(lián)軸及磁選機(jī)占9%，音圈馬達(dá)及電度表占5%，其他為2%。

粘結(jié)釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)較晚，應(yīng)用面不廣，用量較小，主要用于辦公室自動(dòng)化設(shè)備、電裝機(jī)械、視聽(tīng)設(shè)備、儀器儀表、小型馬達(dá)和計(jì)量機(jī)械方面。近年我國(guó)粘結(jié)釹鐵硼永磁材料的應(yīng)用比例為：計(jì)算機(jī)占62%，電子工業(yè)占7%，辦公室自動(dòng)化設(shè)備占8%，汽車占7%，器具占7%，其他占9%。

釹鐵硼磁體可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、音圈馬達(dá)、磁共振成像儀、通信、控制儀表、音響設(shè)備等方面。其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是VCM（音圈馬達(dá)），目前國(guó)外生產(chǎn)的燒結(jié)釹鐵硼磁體約有一半用于VCM。除VCM以外，應(yīng)用較多的領(lǐng)域是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，今后這一領(lǐng)域?qū)︹S鐵硼磁體的需求量將有較大增長(zhǎng)。稀土永磁電機(jī)市場(chǎng)潛力大，是國(guó)內(nèi)尚未充分開(kāi)發(fā)的巨大領(lǐng)域。目前稀土永磁電機(jī)約有200萬(wàn)kW，只相當(dāng)于各類電機(jī)總?cè)萘?億kW的0.5%。若用稀土高效節(jié)電機(jī)替代老式J-JO及J2-JO2系列電機(jī)的50%，即1億kW，則約需高性能燒結(jié)釹鐵硼磁體5萬(wàn)噸。使用稀土永磁高效電機(jī)可節(jié)能15%-20%，減輕電機(jī)重量20%以上。稀土永磁高效電機(jī)已列為科技部“稀土應(yīng)用工程”重點(diǎn)項(xiàng)目。

三、稀土永磁釹鐵硼發(fā)展趨勢(shì)分析

（一）開(kāi)發(fā)高磁能積和高性能的各向異性稀土粘結(jié)磁體，突破技術(shù)瓶頸

1.要開(kāi)發(fā)高磁能積粘結(jié)磁體。目前，稀土永磁材料的主導(dǎo)產(chǎn)品是釹鐵硼，但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需求來(lái)看，釹鐵硼也存在一定的局限性。一般來(lái)說(shuō)，磁體分為兩類：燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體。釹鐵硼燒結(jié)磁體是各向異性的，并且是全密度磁體，應(yīng)用日益廣泛。而釹鐵硼粘結(jié)磁體是各向同性的，釹鐵硼粘結(jié)磁體的不足不斷凸顯出來(lái)，首先，其磁粉是各向同性的，最大磁能積不過(guò)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(jié)磁體，其產(chǎn)量?jī)H占總粘結(jié)磁體產(chǎn)量的3%。隨著電器小型化發(fā)展趨勢(shì)的要求，開(kāi)發(fā)高磁能積的粘結(jié)磁體成為市場(chǎng)新的需求方向。

2.要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高性能的各向異性稀土粘結(jié)磁體。為了滿足低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高性能的各向異性稀土粘結(jié)磁體成為當(dāng)前世界永磁材料領(lǐng)域前沿的尖端課題。國(guó)際上開(kāi)發(fā)新型各向異性稀土粘結(jié)磁體有兩個(gè)途徑：（1）開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā)新工藝，制造具有織構(gòu)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?gòu)?fù)合）各向異性磁粉和熱擠壓各向異性磁粉。

（二）保持輻照穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)普遍應(yīng)用

隨著稀土永磁材料的不斷發(fā)展，具有較高矯頑力和磁能積的高性能稀土磁體廣泛應(yīng)用于磁約束受控?zé)岷司圩儭⑼捷椛溲b置、粒子加速器、波蕩器、自由電子激光系統(tǒng)及核武器沖擊系統(tǒng)和第四代光源的插入件等領(lǐng)域。隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的高速發(fā)展，神舟系列飛船的上天和嫦娥探月工程的啟動(dòng)等等，稀土永磁材料在這些領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)其進(jìn)行輻照穩(wěn)定性的研究顯得格外迫切。SmCo磁體的輻照抗性比NdFeB的要強(qiáng)，這與它們的矯頑力機(jī)制有關(guān)，SmCo磁體的矯頑力為釘扎場(chǎng)機(jī)制，而NdFeB是成核場(chǎng)機(jī)制，這兩種不同的矯頑力機(jī)制對(duì)其輻照穩(wěn)定性有一定影響。通過(guò)摻雜提高磁體矯頑力，增大磁體長(zhǎng)徑比提高磁體工作點(diǎn)，通過(guò)涂覆或外加保護(hù)箱阻隔高能射線的射入等方法來(lái)提高磁體輻照抗性。

（三）研究開(kāi)發(fā)納米稀土永磁材料，實(shí)現(xiàn)技術(shù)飛躍

將稀土材料與納米技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)將納米材料所具備的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)（含宏觀量子隧道效應(yīng)）、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)等四大效應(yīng)與稀土元素獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相結(jié)合，采用新型加工工藝制備納米晶NdFeB磁粉，可大大降低燒結(jié)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(chǎn)公司的研究熱點(diǎn)，有著廣闊的市場(chǎng)前景。德國(guó)學(xué)者Kneller和Hawig提出了納米晶交換耦合永磁體的物理思想，認(rèn)為軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)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(qiáng)度（Ms）較低，因此，若能將這兩種材料通過(guò)一定工藝復(fù)合在一起，通過(guò)兩相晶粒間鐵磁耦合且各相的線度在納米范圍內(nèi)則可構(gòu)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(rèn)為是開(kāi)發(fā)第四代稀土的永磁體。

四、稀土永磁釹鐵硼應(yīng)用前景展望

目前中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的稀土永磁生產(chǎn)基地，同時(shí)也是潛在稀土永磁的應(yīng)用市場(chǎng)，由于我國(guó)豐富的稀土資源，較低的人工成本和廣闊的市場(chǎng)，從而國(guó)外的釹鐵硼制造業(yè)逐步向中國(guó)轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)勢(shì)不可擋，中國(guó)必將成為世界一流的稀土永磁材料供應(yīng)基地。我國(guó)要繼續(xù)加強(qiáng)新型稀土磁性材料的探索、加強(qiáng)高檔稀土磁性材料的開(kāi)發(fā)、使我國(guó)稀土磁性材料能持續(xù)發(fā)展。同時(shí)要加強(qiáng)稀土行業(yè)自身的整合，不斷提高管理和技術(shù)水平，在稀土產(chǎn)業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移的過(guò)程中保持主動(dòng)地位。總的來(lái)說(shuō)，稀土永磁釹鐵硼面臨著較好的應(yīng)用前景。

（一）行業(yè)快速發(fā)展基本可期

在國(guó)家新材料政策扶持和新能源、電子信息、節(jié)能電器及高科技領(lǐng)域等行業(yè)帶動(dòng)下，作為應(yīng)用量最大的稀土功能材料——稀土永磁材料未來(lái)5年將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速發(fā)展，預(yù)計(jì)在“十二五”我國(guó)稀土永磁材料市場(chǎng)增速保持20%以上基礎(chǔ)上，“十三五”期間仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。

在新能源風(fēng)電領(lǐng)域，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)因效率高、體積小、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的首選。到2015年，我國(guó)風(fēng)電實(shí)現(xiàn)了1億千瓦裝機(jī)容量，按照每臺(tái)1兆瓦級(jí)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)需用釹鐵硼0.6～1.5噸計(jì)算，約消耗釹鐵硼6萬(wàn)～15萬(wàn)噸，釹鐵硼永磁材料市場(chǎng)潛力巨大；在電子信息領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器年全球產(chǎn)量將超過(guò)5億只，DVDROM和刻錄機(jī)全球的年產(chǎn)量超過(guò)12億只，全球在該領(lǐng)域釹鐵硼磁性材料年需要量約2萬(wàn)噸；此外，在節(jié)能電機(jī)、電器等行業(yè)也將為釹鐵硼永磁巨大的消費(fèi)市場(chǎng)。

在新能源汽車領(lǐng)域，目前混合動(dòng)力車型是新能源汽車的主流。近年來(lái)混合動(dòng)力車型得到了越來(lái)越多消費(fèi)者的認(rèn)可。在這股產(chǎn)業(yè)化浪潮中，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)也正在向國(guó)際接軌。從最初合資企業(yè)一汽豐田引進(jìn)普銳斯混合動(dòng)力轎車到如今包括一汽、上汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪的群雄逐鹿，混合動(dòng)力汽車在我國(guó)已進(jìn)入科研轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期。混合動(dòng)力車的發(fā)電機(jī)采用稀土永磁同步電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)需使用燒結(jié)釹鐵硼磁體1～3千克。該稀土永磁同步電機(jī)是混合動(dòng)力車的心臟。若按年增長(zhǎng)率20%粗略估算，在2011-2015年期間，累計(jì)新增混合動(dòng)力車將超過(guò)800萬(wàn)輛。假設(shè)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(dòng)力車對(duì)高性能釹鐵硼磁體的需求量約為1.2～2.4萬(wàn)噸，而“十三五”期間的需求量勢(shì)必更大。

在信息產(chǎn)品領(lǐng)域，硬盤(pán)和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是都需要高性能燒結(jié)和粘結(jié)永磁材料，隨著技術(shù)水平的提高，記錄密度也不斷攀升，如超過(guò)1TB的硬盤(pán)、藍(lán)光DVD等，因而對(duì)磁性材料的性能要求也越來(lái)越高。2011年，由于泰國(guó)水災(zāi)造成硬盤(pán)生產(chǎn)受到影響，全球硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)量比2010年下降3.7%，達(dá)到6.261億只，使用燒結(jié)釹鐵硼磁體約6260噸。由于我們處在信息時(shí)代，每年硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器具有較穩(wěn)定的市場(chǎng)需求，2011-2015年期間，預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率已經(jīng)達(dá)到8%，累計(jì)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)量達(dá)36.7億只，使用約3.67萬(wàn)噸燒結(jié)釹鐵硼磁體。“十三五”時(shí)期，隨著國(guó)家各領(lǐng)域信息技術(shù)的大量應(yīng)用，對(duì)信息產(chǎn)品的需求量勢(shì)必更大，那么對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體的需求也勢(shì)必更大。

“十三五”期間，稀土市場(chǎng)價(jià)格將有望繼續(xù)高位運(yùn)行，很難回到低價(jià)時(shí)代，這進(jìn)一步刺激國(guó)際稀土礦山的勘探和開(kāi)采，稀土價(jià)格最終將趨于合理，同時(shí)伴隨著釹鐵硼價(jià)格提升成本向下游轉(zhuǎn)移，稀土永磁材料釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)稀土原料成本壓力會(huì)最終化解，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。

（二）行業(yè)出口前景一致看好

近年來(lái)，由于中國(guó)較豐富的稀土資源，稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也較為迅速。稀土永磁的生產(chǎn)廠家由1983年的不足10家發(fā)展到2013年的百余多家，年生產(chǎn)能力不斷提升，出口額不斷增長(zhǎng)。

稀土永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域較多，在微特電機(jī)、汽車工業(yè)、電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備、揚(yáng)聲器和耳機(jī)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(guó)際上的需求較大。我國(guó)系統(tǒng)永磁材料行業(yè)起步較晚，生產(chǎn)技術(shù)較日本、歐美等國(guó)家較為落后，但是近年來(lái)，隨著歐美國(guó)家的稀土永磁的生產(chǎn)逐步向中國(guó)轉(zhuǎn)移，使得中國(guó)稀土永磁材料行業(yè)的技術(shù)水平不斷提升，產(chǎn)品性能不斷加強(qiáng)，在國(guó)際市場(chǎng)上的需求空間增大。

同時(shí)，由于我國(guó)近年來(lái)開(kāi)始限制稀土的出口，使得國(guó)內(nèi)的稀土永磁材料生產(chǎn)企業(yè)有了更大的發(fā)展空間，而原材料的缺乏必然會(huì)使得國(guó)外市場(chǎng)加大對(duì)中國(guó)產(chǎn)品的需求。因此，從長(zhǎng)期來(lái)看，我國(guó)的稀土永磁材料行業(yè)出口前景較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尤勇.釹鐵硼永磁的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].煤， 2003，12（3）：32-33

[2] 胡伯平.釹鐵硼稀土磁體產(chǎn)業(yè)發(fā)展及市場(chǎng)前景[J]. 磁性材料及器件，2012，（12）

（作者單位：寧波思創(chuàng)磁鐵有限公司 浙江寧波 315000）

（責(zé)編：趙毅）