稀土永磁材料分类及其主要应用
一、 稀土永磁材料分类
1.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。
2.稀土钕永磁材料,NdFeB永磁材料。
3.稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。
二、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。
三、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:
1.机电类
稀土永磁体的出现,意味着电机领域将引起革命性的变化。这是因为稀土永磁体没有激磁损耗,不发热,用它制造的电机优点很多。因稀土永磁电机没有激磁线圈与铁心,磁体体积较原来磁场极所占空间小,没有损耗,不发热,因此为得到同样输出功率整机的体积,重量可减小30%以上,或者同样体积、重量,输出功率大50%以上。
永磁电机,尤其是微电机,每年世界产量约几亿台之多,主要用在汽车、办公自动化设备和家用电器中。所使用的多为高性能的铁氧体和稀土永磁体。
今后稀土永磁电机的最大市场之一将是汽车工业。钕铁硼永磁材料性能优异,用于制造电机,可以实现汽车电机“钕铁硼化”。在汽车方面,只有用小马达,才能降低汽车重量,增加舒适感,提高安全性,降低尾气排放,提高汽车的整体性能,目前用量最大的是启动电机。电机是汽车中不可缺少的部件,汽车上电机数量在逐年增加。一般汽车上有8~18台,高级轿车多达40~50台,随着汽车工业的发展,汽车电机的需求是巨大的。高磁能积的稀土永磁体体积小,却能较铁氧体产生大得多的动力,因此提高了电效率。通过使用稀土磁体减少重量和尺寸,可以节约更多的燃料和增加设计的灵活性。
2.稀土永磁材料在医疗中的应用
3.磁选机
一般的磁选机有永磁式和电磁式两种,以前,永磁式磁选机的磁体多用铁氧体。稀土永磁出现后,设计并制造了各种型号和类型的永磁磁选机,尤其是在中高磁场磁选机中,必须用稀土永磁体。
4.计算机及外围设备
在计算机中使用的稀土永磁材料最多的器件是磁盘驱动电机(VCM),另一种是数据输出打印机电机。
5.各种仪表
使用永磁体的仪表种类很多,如磁电式仪表、计数器等。
6.扬声器和耳机
扬声器和耳机是永磁体传统应用领域。扬声器有外磁式和内磁式二种,稀土永磁出现后在同样输出功率与音质下,扬声器被做得非常小,目前稀土永磁扬声器和耳机已应用到高级随身听。
7.微波器件
在微波领域中,微波管、毫波管发生器或放大器需要稳定磁场。稀土永磁体在此中主要起电子运动的聚集作用。
稀土永磁材料现状及未来发展趋势
近年来稀土永磁材料在国内的应用发展很快,目前已应用于一般电机、大电机如磁力泵、磁选设备、永磁吊车和家用电器等方面。但与西方国家相比,我国生产的钕铁硼磁体,包括出口,用得最多的是音响器件(中国是全球最大的扬声器生产者,国产钕铁硼有近一半用于制造扬声器),其次是电机和油井除蜡器。而在音圈马达等国外用量最多的领域,我国的应用还很少。其原因在于这两个应用领域所用的磁体,不仅要求磁性能高,均匀性、一致性好,而且要求加工精度高,镀层质量好,国内大多数厂家的产品难于满足上述使用要求。因此,一般只能生产中、低档产品,满足一般的使用要求,磁体的售价也远低于国际市场的钕铁硼价格。
在日本烧结稀土磁体主要用于计算机硬盘驱动装置上的音圈马达(VCM)中,其次是稀土粘结磁体在计算机方面,如光盘只读存贮器(CD-ROM)的主轴马达等,
1994年这种磁体在计算机方面的用量约占总用量的一半。
日本NdFeB生产是仅有几个大厂支撑的,而我国70%的生产量是由不到年产30吨的钕铁硼厂提供的,因而我国一般只能提供磁能积为 28~40MGOe的NdFeB,而日本商品牌号NdFeB可到50 MGOe水平。到本世纪末磁能积55MGOe的NdFeB将进行商品化生产,因而销售价格相差可高达8倍。使我国NdFeB生产产品高档化,应是 NdFeB生产的当务之急。
NdFeB前景非常广阔。因为NdFeB的潜在市场仍然看好,每台汽车上的永磁马达将从1995年的20个增加到2005年的31个,预计到 2005年,汽车中使用的粘结磁体将达到12000吨/年,年增长率达到64%。随着电脑生产的快速增长,所用NdFeB的数量也是很大的,另一个潜在市场是下一世界MRI的普及使用,这些应用都将维持NdFeB生产的快速增长。
展望21世纪,个人电脑的销售量在西方国家将维持20%增长,而我国对电脑需求的增长远远超过20%的增长率,因而NdFeB在VCM上应用的需求将会成倍增长。NdFeB永磁体在电脑中硬盘驱动器及其它电机的应用,应是NdFeB永磁后延应用发展的重要方向。