钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用

2020-03-01 23:04:58 来源：范文大全收藏下载本文

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《材料科学与进展》结课论文

----钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用

学院：材料与冶金学院专业：材料成型及控制工程班级：姓名：学号：成绩：指导教师：

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2016年12 月

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摘要 .....................................................4 Abstract ..................................................4 0 前言 ...................................................5 1 钕铁硼永磁材料生产现状 .................................5 2 钕铁硼永磁材料概况 .....................................5 2.1钕铁硼永磁材料发展概况 .............................5 2.2 钕铁硼永磁材料的研究方向与前景 .....................6 2.3 钦铁硼磁性材料产业技术发展 .........................6 3 钕铁硼永磁材料的应用 ...................................7 3.1 钕铁硼永磁材料主要应用领域 .........................7 3.1.1汽车工业.......................................7 3.1.2电机行业.......................................8 3.1.3 节能家电 ......................................8 3.1.4 信息技术产业 ..................................8 3.1.5风力发电.......................................8 4 结语 ...................................................9 5 致谢 ...................................................9 参考文献 .................................................9

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钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用

乔磊

摘要

为了探讨钕铁硼永磁材料的发展前景，发现行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。结果表明，钕铁硼永磁材料将进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。

关键词：钕铁硼；永磁材料；生产；应用；

Abstract To discu the development prospects of NdFeB permanent magnet materials, and find the problems in development.Theproduction and application statusof NdFeB permanent magnet materials was summarized and analyzed focusing on applicationfield.The results show that NdFeB permanent magnet materials will step into a new stage of development, and the future is bright.Keyword: NdFeB; permanent magnetic materials; production; applications;

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0 前言

新材料产业在“十二五”发展思路中明确提出，中国未来五年将“大力发展稀土永磁、催化、储氢等高性能稀土功能材料和稀土资源高效率综合利用技术”。预计未来5年内，科技部将划拨总额3.5亿元的扶持资金，用于重点支持稀土材料在以上4个领域的应用研发。在4大应用领域中，稀土永磁发展成为规模最大、潜力最大的部分。钕铁硼(NdFeB)属

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发展到目前的磁能积大于440KJ·m-3(55MGOe)，是磁性材料中发展最快的。日本在钕铁硼磁体上的研究发展最为迅速,目前住友特殊金属公司采用先进的片铸（SC）工艺磁体制备技术制备钕铁硼磁体的磁能积已达460KJ·m-3(57.8MGOe)。

我国NdFeB永磁材料从20世纪80年代中后期开始发展，属国家鼓励发展的新材料，主要有烧结、粘结NdFeB及其他稀土永磁材料，已经成为国民经济各产业，尤其是电子和汽车工业的一种不可替代的基础材料，其种类繁多，广泛用于电子、汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域，带动着各行业的发展[2]。

2.2 钕铁硼永磁材料的研究方向与前景

目前国内生产中存在的主要问题是性能与国外相比还有较大的差距，特别是热稳定性差，再有就是耐蚀性较差。提高NdFeB的表面防护水平，满足各种应用环境的要求，是提高NdFeB产品质量、性能，进而提高其档次的关键之一。由于NdFeB的市场前景及重要地位，国外各生产商皆把NdFeB的表面防护技术作为重要技术秘密，因此要提高产品竞争力、占领国际市场、发挥稀土大国的资源优势，必须发展具有我国自主知识产权的钕铁硼永磁材料防护技术。

依据我国的国情，发展钕铁硼系稀土永磁材料产业非常适宜。中国还是世界上开发和生产钕铁硼系稀土永磁材料起步较早的国家之一，而且现在产量处于世界前列，但是产品的质量和性能与美国、日本等国家相比还有一定的差距，因此需要投入更多的人力和物力以加快对钕铁硼系稀土永磁材料的基础研究及工业化生产研究。

2.3 钦铁硼磁性材料产业技术发展

随着全球稀土产业的发展，稀土供需状况总体趋于平衡，铽、镝等中重稀土将出现短缺。为降低成本并有效保护我国稀土资源，减少高端钕铁硼中铽、镝等中重稀土元素的用量非常重要。全球气候变化、生态环境恶化以及资源紧缺等问题日趋严重，风能及新能源汽车等产业快速发展，要求开发出可满足风电及新能源汽车产业需求的耐高温、高性能钦铁硼磁体。因此，作者认为近期我国钕铁硼磁性材料产业技术发展将主要集中在以下几方面: (1)控制烧结钕铁硼生产工艺过程，改善产品质量。近年来，虽然我国在高性能烧结钕铁硼的研究和开发方面都取得了一些进展，但在制备工艺、材料性能、结构等方面还存在许多问题需要解决，特别是我国高性能烧结钕铁硼永磁材料的产业化关键共性技术还未得到很好的解决，影响了产品在高端领域的应用，这些问题需要迫切解决。

(2)降低烧结钕铁硼永磁材料的重稀土含量。如何在保证磁体高矫顽力的前提下，不仅大幅降低烧结钕铁硼磁体中重稀土或摘的添加量，并解决由于过多重稀土添加造成磁体磁能积显著下降的难题，以及如何得到组织致密、晶粒细小均匀、晶粒形状尽可能呈等轴多边形、晶界上尽可能充满均匀而薄的异质相的显微组织结构，将成为烧结钦铁硼永磁材料的发展方向。

(3)开发耐高温的高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料。虽然稀土永磁电机具有十分显著的节能效果，但目前我国生产的绝大部分烧结钕铁硼永磁体产品的工作温度还很低，温度稳定性还较差，因而限制了我国烧结钕铁硼永磁材料在汽车点火线圈、大功率电机以及压缩机等高附加值的电机领域的应用。因为电机运行时除环境温度升高外，还会产生涡流引起发热。所以，对磁体最重要的要求便是不能发

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生发热退磁，以确保电机稳定运转。这样就要求电机用稀土永磁体不仅应具有高磁能积，还必须具有超高的内享矫顽力。

(4)开发各向异性粘结钕铁硼磁体产业化技术。加强高性能各向异性粘结钕铁硼磁体产业化关键技术研究，加大对浮动双向磁场温压成形和多极辐向充磁产业化技术和装备以及高效自动分步成形技术和装备技术的开发，将有助于提升我国各向异J胜粘结钕铁硼磁体产业技术水平[3]。

3 钕铁硼永磁材料的应用

3.1 钕铁硼永磁材料主要应用领域

钕铁硼作为

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要求提高、这将会给稀土磁体带来发展契机[6]。

3.1.2电机行业

钕铁硼永磁体的优异性能革新了整个电机领域。稀土永磁电机将是最终趋势。在工业节能电机方面，我国重点耗能行业的风机、水泵、压缩机等通用设备耗电约占40%以上，年用电量超过5000亿kWh。据推断，使用钕铁硼永磁无铁芯电机可提高其拖动通用设备的系统运行效率20%~40%，且节电潜力1000亿~2 000亿kW/h。而因钕铁硼永磁电机构造中无激磁线圈和铁心，其磁体实体体积相比传统磁体的磁场极要小，且由于其优异性能，要使输出功率不变，磁体体积和质量可减少约30% ,或体积、质量不变时，得到的输出功率将增大约50%。

目前，中国风电发电设备市场规模已达千亿元。在目前装备的各类风力发电机组中.永磁风力发电机就能使风力发电的效率提高到85%以上。同时，永磁发电机可将风力机与发电机直接祸合，由此可去掉变速箱，使其工作更稳定，还降低系统噪音，以达减少系统维护费用。到2015年中国风电有望实现1亿kW装机容量，若按照每台1MW级永磁风力发电机需用钦铁硼0.6~1.5 t计算，这将要消耗6万~15万t钕铁硼，从这方面来看，稀土永磁材料有着广阔的应用空间[7]。

3.1.3 节能家电

节能家电也是未来钕铁硼重要的替代应用领域，稀土永磁电机将被广泛运用于空调机、空气压缩机、风机等家用电器领域。目前在日本和欧美等国90%左右的空调均为变频空调、但中国目前应用较少。变频空调由于具有舒适、节能等特点，已成为未来的一种趋势。在变频空调领域，2010年中国变频空调出货量3000万台，每台平均消耗钕铁硼成品0.17kg，折合毛坯0.28kg左右，每年需要钕铁硼毛坯8500 t。目前中国变频空调的市场份额只有10%，日本市场的占有率却高达90%以上[8]。由此可见，变频空调对钕铁硼的需求弹性还很大，将成为拉动钕铁硼产业需求迅速成长的强劲引擎。由于中国家电市场巨大，变频家电的发展，必将为钕铁硼永磁开拓一个新的应用领域。

3.1.4 信息技术产业

信息产品对高性能稀土永磁材料需求不断攀升，未来随着信息产品存储容量和处理性能要求的不断提高，硬、软磁盘和光盘驱动器均需要高性能烧结和粘结永磁材料；随着技术水平的提高，记录密度也不断攀升，如超过1TB的硬盘，蓝光DVD等，因而对磁性材料的性能要求也越来越高。据统计，每年用于制造计算机驱动器所消耗的稀土磁体达4 kt，是稀土磁体的最主要市场，占据其总销量的50%[10]。

3.1.5风力发电

风力发电是一种较为廉价且储量十分丰富的新型清洁能源，未来面临着良好的发展机遇。国内企业所生产的钦铁硼磁体，已能够满足风力发电机组对性能的要求，如果永磁风电机组得到广泛的应用，将为钕铁硼产业带来巨大的需求。但因风力发电机往往需要克服高温、严寒、风蚀潮湿等恶劣的环境，使得其工作寿命比较短。而现阶段，风力发电机基本都采用稀土永磁体来制成，其不仅发电效率高及自重轻，还具有优异的耐蚀能力，能够很好完成发电工作任务。据国家机械产品质量监测中心的数据显示，使用钕铁硼永磁作为悬浮轴承的发电机，其输

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出功率增加约20%，即风速不变情况下，发电量增加20%。由此可见，稀土永磁材料将会是风力发电领域的长期需求[9]。

目前，稀土材料的新应用增长点在不断增多。目前正在研制的磁悬浮列车对钕铁硼的用量将超过所有领域，而若在正式线路应用，稀土磁体的需求量将会空前庞大。目前，中国已经形成自己的钕铁硼产业体系，依靠资源和成本优势，行业发展迅速，特别是进入21世纪以后，中国的磁性材料行业年增长率都超过了20%[4]。

4 结语

从总体上讲，我国稀土磁体的生产、使用、市场竞争等方面，与国外相比还有相当差距，有待加强和提高。NdFeB永磁材料的高性能使得高新技术产业中的磁器件高效化、小型化、轻型化成为可能，使许多过去不可能应用永磁材料的领域开始使用磁器件，因而开辟了一些全新的永磁应用领域。新型稀土系永磁材料的研究日益深入和广泛，预期不久的将来新的材料会不断开发出来，相信随着稀土永磁材料应用的扩展，定会迎来一个永磁高新技术应用的新时代。

5 致谢

本论文是在我的导师董博士的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严谨的科学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，董老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向董老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参考文献

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[3]Ounnunkad S, Improving magnetic properties of barium hexaferrites by La or Pr substitution[J].Solid State Commun, 2006,138: 472-475.

[4]胡文艳,钕铁硼永磁材料的性能及研究进展[J],现代电子技术,152-155 [5]周寿增,高学绪.烧结钕铁硼永磁材料产业现状与挑战[J].新材料产业, 2011, 5: 8-15.[6]刘文昌.我国烧结钕铁硼产业的发展及其生产工艺[J].金属世界, 2008, 15(6): 4-6.

[7]蒋龙,喻晓军.中国烧结钕铁硼永磁产业回顾及展望[J].新材料产业, 2011, 5: 1-7.[8]饶先发,陈久昌,岳武卫等.赣州钕铁硼磁性材料的产业现状与发展趋势[J].江西有色金属, 2009, 23(4): 24-27.

[9]肖方明.广东省稀土产业技术路线图[M].广州:华南理工大学出版社, 2011: 105-108.

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烧结钕铁硼永磁材料国家标准

GB_T 135602000_烧结钕铁硼永磁材料

GB_T 13560_烧结钕铁硼永磁材料

烧结钕铁硼永磁材料的制造工艺原理