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永磁材料行業(yè)基本情況和特點
編輯：曾婉甜 來源：思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中科磁業(yè)    2023-03-29

磁性是物質(zhì)的基本屬性之一，物質(zhì)的磁性源于原子磁矩。按照原子磁矩的排列方式不同，可將物質(zhì)的磁性分為順磁性、抗磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和螺旋磁性等。通常意義上所說的磁性材料一般是指鐵磁性、亞鐵磁性或螺旋磁性材料，這些材料具有自發(fā)磁化的特點。磁性材料按功能可分為硬磁材料、軟磁材料、功能磁性材料（磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁制冷材料等）三類，其中硬磁材料又稱為永磁材料，是磁性材料中應用最廣泛的材料之一。

物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人類認識和應用。我國早在戰(zhàn)國時期就有關于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載，并在11世紀發(fā)明了制造人工永磁材料的方法，是世界上最早發(fā)現(xiàn)物質(zhì)磁性現(xiàn)象和應用磁性材料的國家。

我國最早發(fā)明的指南器（司南）便是古人利用磁鐵礦制成的。人類最先大量使用的具有永磁性能的材料是馬氏體鋼，隨后逐漸被磁性能更高的永磁材料取代。20世紀以來，人類開始大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)永磁材料，在過去近一個世紀的歷史時期里，人造永磁材料經(jīng)歷了高速的發(fā)展和變革。

誕生年代永磁材料種類定位20世紀30年代末鋁鎳鈷（AlNiCo）永磁材料第一代永磁材料20世紀50年代永磁鐵氧體磁體第二代永磁材料20世紀60年代初稀土永磁材料第三代永磁材料1967年釤鈷永磁體SmCo5第一代稀土永磁材料1977年釤鈷永磁體Sm2Co17第二代稀土永磁材料1983年釹鐵硼（Nd2Fe14B）永磁材料第三代稀土永磁材料

稀土鐵氮永磁體具有優(yōu)良的熱力學穩(wěn)定性、抗氧化性和耐腐蝕性，該材料目前尚處于研發(fā)階段，制備工藝上亦存在技術難題，若未來技術取得重大突破，則有望成為第四代稀土永磁材料。

（1）永磁材料的特點和標準

永磁材料具有一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性，具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁的特點，其基本功能是不需要消耗電能便可提供穩(wěn)定持久的磁通量，同時可簡化機械設備結(jié)構(gòu)，降低維護成本，對環(huán)境影響較小，有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢。永磁材料產(chǎn)品的性能與品質(zhì)主要參考指標為主要磁性能（Principal MagneticProperties）、輔助磁性能（Additional Magnetic Properties）、尺寸精度、產(chǎn)品一致性等。

主要磁性能為衡量材料磁性能高低最重要的依據(jù)，其包含四個重要指標：剩磁Br、磁極化強度矯頑力（即內(nèi)稟矯頑力）Hcj、磁感應強度矯頑力Hcb、最大磁能積（BH）max。輔助磁性能主要包括相對回復磁導率μrec、剩磁溫度系數(shù)α（Br）、磁極化強度矯頑力溫度系數(shù)α（Hcj）、居里溫度Tc、飽和磁化強度Ms等。剩磁、矯頑力和最大磁能積等除了與材料的內(nèi)稟性能有關，還受材料的微觀結(jié)構(gòu)和制備工藝的影響，稱為結(jié)構(gòu)敏感參量；居里溫度和飽和磁化強度等主要由材料本身的化學成分決定，而與材料的微觀結(jié)構(gòu)和制備工藝關系不大，稱為非結(jié)構(gòu)敏感參量。

（2）鋁鎳鈷永磁材料介紹

鋁鎳鈷永磁材料是由鋁、鎳、鈷、鐵和其它微量金屬元素構(gòu)成的一種合金，堅硬易脆，采用鑄造或者燒結(jié)工藝處理制成，具有極高的居里溫度，在20世紀70年代以前在磁性能方面長期處于永磁材料領先地位，其磁性能主要取決于調(diào)幅分解所形成的微觀組織結(jié)構(gòu)，即弱磁相和強磁相的相互搭配。鋁鎳鈷永磁材料的居里溫度高達890攝氏度，具有非常高的溫度穩(wěn)定性。但隨著高性能稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模應用，鋁鎳鈷永磁材料逐步被替代，市場份額逐漸下降，目前憑借著其獨特的磁性能在儀器儀表、電機電器及航空航天器件等對溫度穩(wěn)定要求高的領域內(nèi)依然得到了一定應用。

（3）永磁鐵氧體磁體介紹

永磁鐵氧體磁體是以BaFe12O19、SrFe12O19及其固溶體為基礎的永磁材料，只需外部提供一次充磁能量，就能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，從而向外部持續(xù)提供磁能。

永磁鐵氧體磁體按工藝可分為燒結(jié)永磁鐵氧體磁體和粘結(jié)永磁鐵氧體磁體，其中燒結(jié)永磁鐵氧體可分為干壓成型與濕壓成型兩類，粘結(jié)永磁鐵氧體磁體可分為擠出型、注射型與壓延成型三類。

永磁鐵氧體磁體通常指燒結(jié)永磁鐵氧體磁體，是以SrO或BaO及FeO為原料，通過陶瓷工藝（預燒、破碎、制粉、壓制成型、燒結(jié)和磨加工）制造而成，可提供穩(wěn)定持久的磁通量，不需要消耗電能，是節(jié)約能源的重要手段之一，是典型的高效、節(jié)能低碳工業(yè)產(chǎn)品。雖然永磁鐵氧體磁體的綜合磁性能相對燒結(jié)釹鐵硼永磁材料較弱，但其電阻率高、物理特性穩(wěn)定、環(huán)境耐受力強，同時由于其制備原料豐富，工藝成熟簡單，性價比高，因此在需要大量永磁電機的節(jié)能家電與汽車工業(yè)領域和需要大量電聲器件的消費電子領域得到了廣泛應用。

（4）稀土永磁材料介紹

稀土永磁材料是一類以稀土金屬元素（RE，即Rare Earth，包括釤Sm、釹Nd、鐠Pr等17種元素）與過渡族金屬元素（TM，即Transition Metals，包括鐵Fe、鈷Co等）所形成的金屬間化合物為基礎的永磁材料，亦稱為稀土金屬間化合物永磁。

第一代、第二代稀土永磁材料釤鈷永磁體，具有高矯頑力、高磁能積、高居里溫度等優(yōu)點，采用粉末冶金工藝制備，主要原料為釤、鈷，由于價格昂貴且鈷屬于戰(zhàn)略資源，因此釤鈷永磁體量產(chǎn)和大規(guī)模使用受到了限制，并未得到廣泛應用，目前主要應用于航空航天及國防工業(yè)領域，占比40%以上，5G和高速軌道交通是釤鈷永磁體新的應用增長點。

稀土永磁材料中目前應用最為廣泛的為第三代稀土永磁材料，即釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁材料是以金屬間化合物NdFeB為基礎的第三代稀土永磁材料，其主要成分為鐵（63.9-68.7%）、稀土元素釹（29-32.5%）及硼（1.1-1.2%）。為了獲得不同性能，材料中的釹可用部分鏑（Dy）、鐠（Pr）等其他稀土金屬替代，鐵可被鈷（Co）、鋁（Al）等其他金屬部分替代。NdFeB化合物具有四方晶體結(jié)構(gòu)，具有高的飽和磁化強度和單軸各向異性場，是釹鐵硼永磁材料永磁特性的主要來源。

釹鐵硼永磁材料不僅具有質(zhì)量輕、體積小、高磁能積等優(yōu)異性能，而且相對于釤鈷永磁體，其機械性能較好，加工方便，成品率高，可在裝配后充磁，同時在成分上以價格相對低廉、儲量豐富的鐵和釹取代了昂貴的戰(zhàn)略物資鈷和資源稀缺的釤，質(zhì)優(yōu)價廉的特點決定了其巨大的生產(chǎn)潛力和廣闊的應用前景，是迄今為止性價比最高的磁體，在磁學界被譽為“磁王”。但釹鐵硼永磁材料尚存在居里溫度相對較低、熱穩(wěn)定性不佳、抗腐蝕性較差等缺點，這在一定程度上限制了釹鐵硼永磁材料的應用場景。釹鐵硼永磁材料視生產(chǎn)工藝不同，可分為燒結(jié)、粘結(jié)和熱壓三類，其中燒結(jié)釹鐵硼市場份額超過90%，三者在磁性能及應用領域等方面存在的差異情況如下：

根據(jù)中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會于2017年10月14日發(fā)布的國家標準《燒結(jié)釹鐵硼永磁材料》（GB/T 13560-2017），燒結(jié)釹鐵硼永磁材料按內(nèi)稟矯頑力大小分為低矯頑力N、中等矯頑力M、高矯頑力H、特高矯頑力SH、超高矯頑力UH、極高矯頑力EH、至高矯頑力TH七類品種。

以速凝甩帶法制成，Hcj（KOe）+（BH）max（MGOe）＞60，用于制做中、小、微型特殊用途的永磁電機、傳感器、磁共振儀、高級音像設備等的燒結(jié)釹鐵硼永磁材料被收錄于《中國高新技術產(chǎn)品目錄2006》之“6-新材料”之“60100-金屬材料”中，編號6010066。行業(yè)內(nèi)通常認為內(nèi)稟矯頑力和最大磁能積之和大于60的燒結(jié)釹鐵硼永磁材料屬于高性能釹鐵硼永磁材料。