黏結Nd-Fe-B永磁材料及其應用與發展★

李慧張敏剛張雪山

（太原科技大學，山西太原030024）

黏結Nd-Fe-B永磁材料及其應用與發展★

李慧張敏剛張雪山

（太原科技大學，山西太原030024）

主要介紹了黏結Nd-Fe-B永磁材料制備工藝及其在高科技應用領域的不斷發展、拓展，同時，綜述了黏結Nd-Fe-B永磁材料的發展動態和生產狀況，并指出黏結Nd-Fe-B永磁材料作為一種新型材料在現代科學技術中的地位，說明其擁有著良好的應用與發展前景。

黏結Nd-Fe-B永磁材料制備工藝應用前景

現代社會是一個以科技為主導的社會，新材料的研究與應用成為了社會文明的標志。稀土永磁材料的發展為現代生活提供了極大方便，應用范圍非常廣泛。釹鐵硼永磁材料是稀土永磁材料中磁性能最高的材料，以其優異的性能而被廣泛應用，其中不乏最新科技領域。而黏結釹鐵硼磁體是將磁粉和黏結劑(環氧樹脂、尼龍或橡膠等材料)混合，采用模壓、注塑、擠壓等方法將其制備成最終尺寸及形狀，經固化后得到黏結磁體［1］。黏結Nd-Fe-B磁體的開發與應用始于20世紀80年代末，作為一種新型材料已成為稀土永磁材料大家族中的重要一員，有著優異的使用性能。其應用領域可以概括為家用電器、電氣、儀器儀表、通訊、電力、信息、能源、生物工程、空間研究、海洋研究、軍事以及科學研究等方面。因此，這種新型的永磁材料引起了各國的廣泛關注，僅問世以來十多年時間就取得了長足的發展。

1 制備工藝

1.1 工藝介紹

釹鐵硼磁體從工藝上大體可分為燒結磁體和黏結磁體，但是燒結磁體在應用中尺寸上很難精確制定。現在社會需要的尺寸越來越小、精度越來越高、形狀越來越復雜的磁體。黏結Nd-Fe-B磁體正是具有了這一優點，可制備各種所需形狀的磁體，并靈活應用于各領域，特別是中小功率永磁電機中均用黏結Nd-Fe-B做磁源器件。

黏結Nd-Fe-B材料之所以能在各個領域得到廣泛應用與其制備工藝有著緊密的聯系，為了提高黏結Nd-Fe-B永磁材料的使用性能，人們不斷的改進制備工藝，并取得了優異的研究成果。從其整個制備過程來看，可大體分為制粉和黏結兩個階段。黏結Nd-Fe-B永磁材料用的磁粉制造方法主要有快淬法(MS)［2,3］、氣體霧化法(GA)［4,5］、機械合金化法(MA)［6,7］等。黏結階段主要是將Nd-Fe-B永磁材料粉末與黏結劑和其他添加劑按照一定比例均勻混合后用壓制、擠出、壓延或注射成型等方法，按用戶需求直接成型為各種形狀的永磁材料。不同成型方法對黏結磁體性能有著不同程度的影響，影響程度具體情況見表1。

表1 黏結永磁體的制備工藝比較［8］

黏結磁體的制備方法簡單，工藝精度高，可望在大批量連續生產中推廣使用，但黏結磁體抗氧化性能差，需要進一步研究，提高其穩定性［9］。在黏結Nd-Fe-B磁體生產中壓制成型和擠出成型所占的比例越來越大，它們的工藝流程見下頁圖1，其黏結工藝工序簡單，成型精確，不需后加工。

圖1 黏結NdFeB永磁體制備工藝流程［10］

目前，國內在注射成型黏結Nd-Fe-B磁體方面的研究報道很少，其原因可能是一方面要克服稀土磁粉在混煉和注射成型過程中的氧化、流動性差等問題；另一方面須減輕磁粉粉末對導料桿和模腔磨損［11］。但是人們正在研究分析該問題，將會不久解決該方面的問題。

1.2 影響磁性能的因素

影響黏結Nd-Fe-B磁體性能的因素有很多，基本上是磁粉粒度配比和形狀，其他因素有添加劑的選擇及用量、壓制過程中的模壓壓力和保壓時間、固化時間和溫度、測量速度等。其中磁粉的粒度搭配、黏結劑用量、成型壓力等是影響磁性能的重要參數。

在磁體的制備過程中，磁粉的工藝因素是至關重要的［12］，具體來說，小顆粒磁粉的加入使黏結磁體的密度有所提高，適量小顆粒的加入有利于提高磁性能指標，但隨著加入量的增多，性能明顯降低［13］。同時磁粉的形貌對黏結磁體的物理性能也有著較大的影響，球形磁粉混煉性能很好，但是磁體的力學性能低于不規則形狀的磁粉制成磁體的力學性能［14］。在黏結劑方面，為了最大限度地提高磁體的磁性能，黏結劑的用量應盡可能少，黏結Nd-Fe-B永磁材料組織由鱗片狀的Nd-Fe-B磁粉與黏結劑組成［15］，通過實驗得到黏結劑優化量為磁粉總量的3.2%(質量分數)［16］。同時壓制過程中壓力增大可以增加磁體的密度，提高磁性能。但壓力過大，會引起磁性能的顯著惡化，對磁粉進行包覆處理時，要及時充分攪拌，以保證溶劑充分揮發，避免磁粉團聚，從而提高磁體性能［17］。為了提高黏結磁體的性能，很多研究人員從各因素著手，不斷改進制備工藝，制備出了性能優異的磁體。

2 應用與發展

2.1 Nd-Fe-B黏結磁體的生產狀況及動態

近十幾年來我國黏結Nd-Fe-B材料的產量快速增長。2007年，我國黏結釹鐵硼產量達到了3 000 t，占全球產量的59%。1997—2007年，平均年增長率超過32%。全球黏結Nd-Fe-B材料雖然處于低勢發展，但在我國該材料的快速發展下仍呈上升趨勢，表2為各國黏結Nd-Fe-B材料的生產狀況［18］。

表2 全球黏結Nd-Fe-B永磁材料的發展狀況t

作為一種重要的磁性材料，黏結Nd-Fe-B材料從誕生以來，人們對其晶體結構、微觀組織、磁疇形態和內外稟磁性等方面都已做了大量研究工作并取得了可喜的成果［19］。新型稀土系永磁材料的研究日益深入和廣泛，在Nd-Fe-B黏結磁體的基礎上進一步研究發展，并取得優異的研究成果。其主要動態體現在：各向同性Nd2Fe2B系黏結磁體，目前市場上出售的各向同性Nd2Fe2B系黏結磁體用的磁體合金粉末，都是利用熔體快淬(快速凝固)工藝制造的各向同性Nd2Fe14B型合金粉末；各向異性Nd2Fe2B系黏結磁體，目前市場上出售的各向異性Nd2Fe2B系黏結磁體是用HDDR［氫化—歧化（分解）—脫氫—再結合］法制得的Nd2Fe14B型磁體粉末制作的；SmFe7Nx+α2Fe系納米復合磁體，這種磁體實際上是由硬磁性相SmFe7Nx和軟磁性相α-Fe組成的一類交換彈簧磁體；向異性Sm2Fe17N3黏結磁體，采用還原擴散(R/D)工藝先制取Sm2Fe17合金然后氮化，成功制成高磁性能的Sm2Fe17N3磁體粉末四個方面。最近研究人員還研究出了納米復合釹鐵硼磁體的矯頑力模型及并分析了影響因素［20］。加強永磁材料的研究開發以及與應用器件的密切合作，這對于合理正確使用稀土永磁材料，特別是黏結釹鐵硼永磁材料，發揮黏結釹鐵硼永磁材料高性能的優勢，彌補其缺點具有重要的意義［21］。

2.2 黏結Nd-Fe-B材料的應用及前景

在國際市場上黏結磁體占有很重要的位置，且應用比例不斷增加，黏結Nd-Fe-B磁體是重要的功能材料，并已廣泛應用于各科技領域，由于黏結Nd-Fe-B材料具有優異的磁性能、力學性能、耐腐蝕性以及易成型等優點，其需求量飛速增加，黏結Nd-Fe-B材料的應用領域見表3。最近個人電腦正不斷在辦公室和家庭中得到普及，PC機的增長速度正不斷加快［22］，汽車儀表上過去多用溫度特性好的鋁鎳鈷(Al-Ni-Co)磁體，現在幾乎都用黏結磁體，特別是在速度表和轉數表上已使用各向同性Nd-Fe-B系黏結磁體，這些都說明Nd-Fe-B黏結磁體擁有著廣泛的應用領域。目前，Nd-Fe-B黏結磁體的制造工藝、性能、生產設備的改進、系列化產品的研制以及應用領域的進一步擴大仍在進行。

表3 黏結NdFeB永磁材料的應用領域

這是20世紀時該材料的適用范圍，而進入新世紀后隨著科技的進步，其使用范圍越來越廣泛。在“節能、環保”的理念下，很多新興領域逐漸采用了釹鐵硼永磁材料，如計算機、手機、風力發電、節能家電、混合動力汽車、工業節能電機等，Nd－Fe－B永磁材料已經顯示出很強的發展潛力，而且要發展國內需求市場。目前國內共有5家企業獲得了該專利許可權，主要包括中科三環、北京京磁、銀鈉金科、寧波韻升和安泰科技。由此看來，占領世界市場仍然是我國稀土永磁的重要發展方向。

現代科學技術與信息產業正在向集成化、小型化、超小型化、輕量化、智能化方向發展，而具有超高能密度的Nd-Fe-B永磁材料的出現有力地促進了現代科學技術與信息產業的發展。正在發展的磁懸浮列車和自動化高速公路也需要大量的永磁材料。如果黏結Nd-Fe-B磁體通過性能改進能應用到這些領域，未來生產量會大幅提高。目前黏結Nd-Fe-B磁體仍處在發展中，改善其磁性能的研究十分活躍，隨著合金成分和工藝的不斷改進，磁性能更加優異的黏結Nd-Fe-B磁體將不斷涌現。

3 結語

近些年來，隨著科學技術的進步功能材料的種類越來越多，這些材料帶給人類的方便也越來越多。黏結Nd-Fe-B材料作為功能材料之一得到了迅速的發展和應用，通過國內及國外在該領域的不斷創新，使得黏結Nd-Fe-B材料在制備工藝和應用方面都達到了最前沿水平，尤其是應用領域上不斷得到拓展，黏結Nd-Fe-B材料在稀土材料中的位置越來越顯著，在現代社會中的作用越來越大，占據著材料行業的重要地位，由此可以看出黏結Nd-Fe-B材料的未來前景是非常可觀的。而隨著我國經濟建設的不斷發展和綜合國力的日益增強，利用我國的稀土資源優勢，我國黏結Nd-Fe-B磁體的開發與應用前景將更為廣闊。

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（編輯：苗運平）

Abstract：This thesis focuses on the improvement of fabrication and development of bonded NdFeB-

type permanent magnets.The production and application of NdFeB-type magnets has seen incredible growth in recent years.Bonded NdFeB-type magnets are important functional materials and have been widely used in various applications.However,the market is expected to grow into new elds like electric motor applications in the near future.

Key words:bonded NdFeB-type permanent magnets，permanent magnets，magnet fabrication，

application

Production and Application of Bonded NdFeB-type Permanent Magnets

LI Hui ZHANG Mingang ZHANG Xueshan
（Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024，China）

TG132.2+7

A

2010-12-31

山西省科技攻關計劃項目（2007032031）

李慧（1984-），女，現在太原科技大學材料科學與工程學院讀碩士研究生，研究方向為功能材料及其物理特性。Tel:15035122976，E-mail：am_lab@yeah.net

張敏剛，教授，博士生導師。Tel:0351－8560790，E-mail：am_lab@yeah.net

1672-1152（2011）01-0005-03