黏结Nd-Fe-B永磁材料及其应用与发展★

李慧张敏刚张雪山

（太原科技大学，山西太原030024）

黏结Nd-Fe-B永磁材料及其应用与发展★

李慧张敏刚张雪山

（太原科技大学，山西太原030024）

主要介绍了黏结Nd-Fe-B永磁材料制备工艺及其在高科技应用领域的不断发展、拓展，同时，综述了黏结Nd-Fe-B永磁材料的发展动态和生产状况，并指出黏结Nd-Fe-B永磁材料作为一种新型材料在现代科学技术中的地位，说明其拥有着良好的应用与发展前景。

黏结Nd-Fe-B永磁材料制备工艺应用前景

现代社会是一个以科技为主导的社会，新材料的研究与应用成为了社会文明的标志。稀土永磁材料的发展为现代生活提供了极大方便，应用范围非常广泛。钕铁硼永磁材料是稀土永磁材料中磁性能最高的材料，以其优异的性能而被广泛应用，其中不乏最新科技领域。而黏结钕铁硼磁体是将磁粉和黏结剂(环氧树脂、尼龙或橡胶等材料)混合，采用模压、注塑、挤压等方法将其制备成最终尺寸及形状，经固化后得到黏结磁体［1］。黏结Nd-Fe-B磁体的开发与应用始于20世纪80年代末，作为一种新型材料已成为稀土永磁材料大家族中的重要一员，有着优异的使用性能。其应用领域可以概括为家用电器、电气、仪器仪表、通讯、电力、信息、能源、生物工程、空间研究、海洋研究、军事以及科学研究等方面。因此，这种新型的永磁材料引起了各国的广泛关注，仅问世以来十多年时间就取得了长足的发展。

1 制备工艺

1.1 工艺介绍

钕铁硼磁体从工艺上大体可分为烧结磁体和黏结磁体，但是烧结磁体在应用中尺寸上很难精确制定。现在社会需要的尺寸越来越小、精度越来越高、形状越来越复杂的磁体。黏结Nd-Fe-B磁体正是具有了这一优点，可制备各种所需形状的磁体，并灵活应用于各领域，特别是中小功率永磁电机中均用黏结Nd-Fe-B做磁源器件。

黏结Nd-Fe-B材料之所以能在各个领域得到广泛应用与其制备工艺有着紧密的联系，为了提高黏结Nd-Fe-B永磁材料的使用性能，人们不断的改进制备工艺，并取得了优异的研究成果。从其整个制备过程来看，可大体分为制粉和黏结两个阶段。黏结Nd-Fe-B永磁材料用的磁粉制造方法主要有快淬法(MS)［2,3］、气体雾化法(GA)［4,5］、机械合金化法(MA)［6,7］等。黏结阶段主要是将Nd-Fe-B永磁材料粉末与黏结剂和其他添加剂按照一定比例均匀混合后用压制、挤出、压延或注射成型等方法，按用户需求直接成型为各种形状的永磁材料。不同成型方法对黏结磁体性能有着不同程度的影响，影响程度具体情况见表1。

表1 黏结永磁体的制备工艺比较［8］

黏结磁体的制备方法简单，工艺精度高，可望在大批量连续生产中推广使用，但黏结磁体抗氧化性能差，需要进一步研究，提高其稳定性［9］。在黏结Nd-Fe-B磁体生产中压制成型和挤出成型所占的比例越来越大，它们的工艺流程见下页图1，其黏结工艺工序简单，成型精确，不需后加工。

图1 黏结NdFeB永磁体制备工艺流程［10］

目前，国内在注射成型黏结Nd-Fe-B磁体方面的研究报道很少，其原因可能是一方面要克服稀土磁粉在混炼和注射成型过程中的氧化、流动性差等问题；另一方面须减轻磁粉粉末对导料杆和模腔磨损［11］。但是人们正在研究分析该问题，将会不久解决该方面的问题。

1.2 影响磁性能的因素

影响黏结Nd-Fe-B磁体性能的因素有很多，基本上是磁粉粒度配比和形状，其他因素有添加剂的选择及用量、压制过程中的模压压力和保压时间、固化时间和温度、测量速度等。其中磁粉的粒度搭配、黏结剂用量、成型压力等是影响磁性能的重要参数。

在磁体的制备过程中，磁粉的工艺因素是至关重要的［12］，具体来说，小颗粒磁粉的加入使黏结磁体的密度有所提高，适量小颗粒的加入有利于提高磁性能指标，但随着加入量的增多，性能明显降低［13］。同时磁粉的形貌对黏结磁体的物理性能也有着较大的影响，球形磁粉混炼性能很好，但是磁体的力学性能低于不规则形状的磁粉制成磁体的力学性能［14］。在黏结剂方面，为了最大限度地提高磁体的磁性能，黏结剂的用量应尽可能少，黏结Nd-Fe-B永磁材料组织由鳞片状的Nd-Fe-B磁粉与黏结剂组成［15］，通过实验得到黏结剂优化量为磁粉总量的3.2%(质量分数)［16］。同时压制过程中压力增大可以增加磁体的密度，提高磁性能。但压力过大，会引起磁性能的显著恶化，对磁粉进行包覆处理时，要及时充分搅拌，以保证溶剂充分挥发，避免磁粉团聚，从而提高磁体性能［17］。为了提高黏结磁体的性能，很多研究人员从各因素着手，不断改进制备工艺，制备出了性能优异的磁体。

2 应用与发展

2.1 Nd-Fe-B黏结磁体的生产状况及动态

近十几年来我国黏结Nd-Fe-B材料的产量快速增长。2007年，我国黏结钕铁硼产量达到了3 000 t，占全球产量的59%。1997—2007年，平均年增长率超过32%。全球黏结Nd-Fe-B材料虽然处于低势发展，但在我国该材料的快速发展下仍呈上升趋势，表2为各国黏结Nd-Fe-B材料的生产状况［18］。

表2 全球黏结Nd-Fe-B永磁材料的发展状况t

作为一种重要的磁性材料，黏结Nd-Fe-B材料从诞生以来，人们对其晶体结构、微观组织、磁畴形态和内外禀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广泛，在Nd-Fe-B黏结磁体的基础上进一步研究发展，并取得优异的研究成果。其主要动态体现在：各向同性Nd2Fe2B系黏结磁体，目前市场上出售的各向同性Nd2Fe2B系黏结磁体用的磁体合金粉末，都是利用熔体快淬(快速凝固)工艺制造的各向同性Nd2Fe14B型合金粉末；各向异性Nd2Fe2B系黏结磁体，目前市场上出售的各向异性Nd2Fe2B系黏结磁体是用HDDR［氢化—歧化（分解）—脱氢—再结合］法制得的Nd2Fe14B型磁体粉末制作的；SmFe7Nx+α2Fe系纳米复合磁体，这种磁体实际上是由硬磁性相SmFe7Nx和软磁性相α-Fe组成的一类交换弹簧磁体；向异性Sm2Fe17N3黏结磁体，采用还原扩散(R/D)工艺先制取Sm2Fe17合金然后氮化，成功制成高磁性能的Sm2Fe17N3磁体粉末四个方面。最近研究人员还研究出了纳米复合钕铁硼磁体的矫顽力模型及并分析了影响因素［20］。加强永磁材料的研究开发以及与应用器件的密切合作，这对于合理正确使用稀土永磁材料，特别是黏结钕铁硼永磁材料，发挥黏结钕铁硼永磁材料高性能的优势，弥补其缺点具有重要的意义［21］。

2.2 黏结Nd-Fe-B材料的应用及前景

在国际市场上黏结磁体占有很重要的位置，且应用比例不断增加，黏结Nd-Fe-B磁体是重要的功能材料，并已广泛应用于各科技领域，由于黏结Nd-Fe-B材料具有优异的磁性能、力学性能、耐腐蚀性以及易成型等优点，其需求量飞速增加，黏结Nd-Fe-B材料的应用领域见表3。最近个人电脑正不断在办公室和家庭中得到普及，PC机的增长速度正不断加快［22］，汽车仪表上过去多用温度特性好的铝镍钴(Al-Ni-Co)磁体，现在几乎都用黏结磁体，特别是在速度表和转数表上已使用各向同性Nd-Fe-B系黏结磁体，这些都说明Nd-Fe-B黏结磁体拥有着广泛的应用领域。目前，Nd-Fe-B黏结磁体的制造工艺、性能、生产设备的改进、系列化产品的研制以及应用领域的进一步扩大仍在进行。

表3 黏结NdFeB永磁材料的应用领域

这是20世纪时该材料的适用范围，而进入新世纪后随着科技的进步，其使用范围越来越广泛。在“节能、环保”的理念下，很多新兴领域逐渐采用了钕铁硼永磁材料，如计算机、手机、风力发电、节能家电、混合动力汽车、工业节能电机等，Nd－Fe－B永磁材料已经显示出很强的发展潜力，而且要发展国内需求市场。目前国内共有5家企业获得了该专利许可权，主要包括中科三环、北京京磁、银钠金科、宁波韵升和安泰科技。由此看来，占领世界市场仍然是我国稀土永磁的重要发展方向。

现代科学技术与信息产业正在向集成化、小型化、超小型化、轻量化、智能化方向发展，而具有超高能密度的Nd-Fe-B永磁材料的出现有力地促进了现代科学技术与信息产业的发展。正在发展的磁悬浮列车和自动化高速公路也需要大量的永磁材料。如果黏结Nd-Fe-B磁体通过性能改进能应用到这些领域，未来生产量会大幅提高。目前黏结Nd-Fe-B磁体仍处在发展中，改善其磁性能的研究十分活跃，随着合金成分和工艺的不断改进，磁性能更加优异的黏结Nd-Fe-B磁体将不断涌现。

3 结语

近些年来，随着科学技术的进步功能材料的种类越来越多，这些材料带给人类的方便也越来越多。黏结Nd-Fe-B材料作为功能材料之一得到了迅速的发展和应用，通过国内及国外在该领域的不断创新，使得黏结Nd-Fe-B材料在制备工艺和应用方面都达到了最前沿水平，尤其是应用领域上不断得到拓展，黏结Nd-Fe-B材料在稀土材料中的位置越来越显著，在现代社会中的作用越来越大，占据着材料行业的重要地位，由此可以看出黏结Nd-Fe-B材料的未来前景是非常可观的。而随着我国经济建设的不断发展和综合国力的日益增强，利用我国的稀土资源优势，我国黏结Nd-Fe-B磁体的开发与应用前景将更为广阔。

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（编辑：苗运平）

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

山西省科技攻关计划项目（2007032031）

李慧（1984-），女，现在太原科技大学材料科学与工程学院读硕士研究生，研究方向为功能材料及其物理特性。Tel:15035122976，E-mail：am_lab@yeah.net

张敏刚，教授，博士生导师。Tel:0351－8560790，E-mail：am_lab@yeah.net

1672-1152（2011）01-0005-03