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1、.专业整理.稀土永磁材料及其应用胡伯平（北京中科三环高技术股份有限公司） 1.稀土永磁产业状况 (1) 全球稀土永磁产业 自从 1966年以来，永磁材料中增加了一个新成员，它就是 “稀土永磁体”。由于稀土永磁体优异的性能，它的出现为应用打开了一扇全新的大门，也提供了新器件产生的基础。 1970年代中期，第一代稀土永磁体 1-5型 Sm-Co开始商业化生产。1970年代后期，第二代稀土永磁体高性能 2-17型 Sm-Co开发成功。钕铁硼永磁体是日本住友特殊金属公司 (2007年并入日立金属公司 )和美国通用汽车公司（后分离成 Magnequench公司）于 1983年最先研制成功的。它的磁能积比
2、目前通常使用的铁氧体高十倍，是当今世界上磁性最强的材料，有 “磁王”之美誉。进入 21世纪以来，由于中国稀土永磁产业的高速发展，使得稀土永磁产业的国际格局发生了重大变化。 虽然由于钕铁硼物美价廉，应用越来越广泛，但钐钴永磁体（ 2-17型 Sm-Co为主）独特的优势（例如工作温度高，温度系数小，抗腐蚀强等），仍然在军工、航空航天等方面占有牢固的地位。钐钴永磁材料，国外生产企业主要有日本 TDK公司、美国电子能源公司（ EEC）、美国阿诺公司 (ALNORD)，德国真空熔炼公司（ VAC）和俄罗斯托尼公司等；我国的企业有宁波宁港、杭州天女、成都航天等。2010年，全球烧结钐钴磁体的产量估计在 1
3、000吨左右，其中我国占60%左右。 图 1 全球烧结钕铁硼毛坯磁体产量增长图 烧结钕铁硼磁体方面，2000年美国的 UGIMAG公司被卖给了麦格昆磁(Magnequench)， 2003年麦格昆磁进行了产业调整，将 UGIMAG关掉，并将磁材生产转移到中国来；二十世纪初英国的摩根集团把德国西门子下属的真空熔炼公司（Vacuumschmelze 或简称 VAC）收购了，把美国的坩埚公司（Crucible）也收购了，但是在 2003年 6月份，摩根集团关闭了美国的坩埚公司， 2005年摩根集团把真空冶炼公司卖给了美国 J. P. Morgan, 2011年月又被美国 OM Group收购。 在欧
4、洲只有两家烧结钕铁硼的生产厂家，一家是在德国的真空熔炼公司，一个是在芬兰的 Neorem公司。 2007年 7月，真空熔炼公司并构了 Neorem公司，这样在欧洲实际上只剩一家烧结钕铁硼企业。 在日本，2003年 6月日立金属公司购买了住友金属下属的住友特殊金属公司的股份，并同自己的稀土永磁业务整合为一体，成为全球最大的钕铁硼生产企业。 2004年 4月 1日住友特殊金属公司更名为 NEOMAX。2007年 4月 1日 NEOMAX在日本退市，成为日立金属的全资子公司。另外还有两家企业，一家是 TDK，这是一家老牌的磁性材料的生产企业；还有一家就是信越化工。 NEOMAX、 TDK和 Neor
5、em在中国已建立磁体后加工基地；德国真空熔炼公司与中科三环合作， 2005年在北京成立了烧结钕铁硼合资企业三环瓦克华（北京）磁性器件有限公司。除了欧洲和日本两地外，其余的烧结钕铁硼磁体生产企业全部集中在中国。 自1990年以来，全球烧结钕铁硼磁体产量增长迅猛，在过去 20年间（ 1991年至 2010年），全球年均增长率为 22.6%，我国年均增长率为 35.5%。进入二十一世纪，尽管日、美、欧等发达国家稀土永磁产业的发展减缓，但由于中国稀土永磁产业的超常发展，使得全球稀土永磁产业依然保持了迅猛增长的态势，如图 1所示。由于受到全球经济危机的影响， 2009年全球烧结钕铁硼产量稍有下滑。但由于
6、低碳经济的强劲需求，2010年仍大幅增长。 2010年，全球烧结钕铁硼毛坯产量为 9.82万吨，其中我国的毛坯产量为 7.8万吨，占世界总产量的 79.4%，比 2009年增长 50。日本烧结钕铁硼磁体产量近年来稳步增长，2010年毛坯产量为 1.9万吨，占世界总产量的 19.3%。欧洲烧结钕铁硼磁体原地踏步，处于维持状态（2010毛坯产量为 0.12万吨，占世界总产量的 1.3%）。 图 2 全球粘结钕铁硼磁体产量增长图 虽然粘结钕铁硼产业与烧结钕铁硼同时起步，但相比而言发展较为缓慢。从产量上看，烧结钕铁硼磁体超过粘结钕铁硼磁体 10倍。这里面的原因很多，但是主要的原因有两个：一个是麦格昆磁
7、 (Magnequench)独家拥有 Nd-Fe-B快淬磁粉的成份及制备工艺专利，与住友特殊金属公司的作法不同，麦格昆磁不向其它制造商授予专利许可，对粘结钕铁硼永的磁粉拥有绝对控制权，独家生产，垄断定价；二是粘结钕铁硼磁体的磁性能和机械强度较低，应用上受到较大制约，应用范围没有烧结钕铁硼磁体广泛。1995年，三环公司和美国 Sextant公司合作从通用汽车（ GM）手中收购了麦格昆磁，并于 2000年将工厂从美国 Indiana搬到了中国天津。麦格昆磁于 2006年并入加拿大上市公司 Neo Materials Technology Co. Ltd.。 粘结钕铁硼的磁体制造方面，全球的生产能力
8、大部分集中在东南亚，其中规模大的代表性企业有上海爱普生磁性器件有限公司（中科三环控股子公司）、日本大同电子公司、成都银河、日本美培亚、台湾天越和北京安泰科技下属的海美格等。 2002年底，中科三环参股上海爱普生磁性器件有限公司，2004年后中科三环持有该公司 70%的股份，成为第一大股东。安泰科技 2003年 3月收购了台湾的海恩公司，获得烧结钕铁硼专利许可，并借助深圳海美格公司进入粘结稀土磁体业务。在硬盘驱动器(HDD)的主轴电机应用方面，磁体主要由上海爱普生、日本大同和成都银河三家企业生产，大同电子和上海爱普生两家企业就占据了整个市场份额的 80%以上。光盘驱动器（ ODD）主轴电机磁体，
9、主要由成都银河、上海爱普生和天越公司生产。全球粘结钕铁硼磁体产量增长趋势如图 2所示，在过去 10年间（ 2001年至 2010年），全球年均增长率为 7.7%。2002年以来，中国的粘结钕铁硼磁体产量已超过全球产量的 40%，年均增长率为 20.5%，带动了全球粘结钕铁硼产业的发展。 2010年，全球粘结钕铁硼产量 6100吨左右，我国的产量约为 4000吨。(2) 中国稀土永磁产业 1.2.1 烧结稀土永磁 1968年，我国一些研究人员看到文献报道国外的稀土永磁材料后，自发成立了研究小组开始研究第一代稀土永磁材料。1970年代初，他们研制出了 SmCo5、SmPrCo5、Ce（CoCuFe
10、）等合金，并且很快在航天和雷达等多项军事工程中得到了应用。 1974年，制备的 PrCo5磁体得到 (BH)max=26MGOe的高磁性。1975年，制备的 (SmPr)Co5磁体得到 (BH)max = 25.7 MGOe的高磁性。 1978年，用液相烧结制备的 Sm-Co 2:17磁体，最大磁能积 (BH)max = 31MGOe，已达到当时的国际先进水平。20世纪 70年代后期，为满足市场需求，在北京钢铁研究总院、北京有色冶金研究总院、四川绵阳西南应用磁学研究所及包头冶金研究所等单位分别建立了小型生产线，年生产能力达到几吨的水平。其产品主要满足军工需要。钐钴稀土永磁材料主要应用在较高使用
11、温度的环境下。当时已广泛用在如风云气象卫星、718工程和 09工程等重大项目中。至 1983年底，全国的稀土永磁生产厂家不到 10个。 1983年 9月，由中国稀土学会组织的“第七届稀土钴永磁体及其应用国际会议”在北京召开。日本学者在会上披露了发现第三代稀土永磁 Nd-Fe-B的消息。这一消息一经报道，我国几乎所有相关的研究所和大学的物理和材料科学部门都卷入了这种新型永磁材料的研究。其中最值得一提的是形成于 1984年的两大集团：一个是冶金部所属的联合行动小组，包括钢铁研究总院、包头稀土研究院、北京科技大学、包头稀土三厂等单位；另一个是中国科学院的联合行动小组，参加单位有物理所、电子所、应用化
12、学所，稍后的三环公司就是在此基础上建立的。中国科学家和工程师研制的 Nd-Fe-B永磁体的磁能积提高迅猛，在 1984年内就从 286 kJ/m3(36 MGOe)提高到 345 kJ/m3 (43.3 MGOe)，与当时的世界水平同步。 随着第三代稀土永磁钕铁硼磁体的发现，三环公司 1985年成立（ 1999年发起设立中科三环，并于 2000年上市），并于同年在宁波建立了中国第一家烧结钕铁硼工厂。从此以后，大量的烧结 Nd-Fe-B工厂涌现出来。2010年底的统计表明，全国有稀土永磁生产企业 120余家，其中年生产能力超过 3000吨的企业 7家，年生产能力 1000吨 3000吨的企业 2
13、0家左右，年生产能力 500吨 1000吨的企业 40家左右。沪浙地区、京津地区和山西地区形成了中国三足鼎立的稀土永磁产业格局。图 3 全球烧结钕铁硼毛坯产量分布（a）2000年；(b) 2010年 自 1985年以来的二十多年间，在国家相关主管部门及地方政府的支持和引导下，在全国稀土永磁行业的共同努力下，我国的稀土永磁产业取得了巨大的成就和发展。 1990年，全球烧结钕铁硼毛坯产量为 1660吨，我国毛坯产量为 180吨，仅占世界毛坯总产量的 10.8%；2000年，全球烧结钕铁硼毛坯产量为 15550吨，我国毛坯产量跃升为 6500吨，占世界毛坯总产量的 41.8%；2010年，全球烧结钕
14、铁硼毛坯产量为 9.82万吨，我国毛坯产量为 7.8万吨，占世界总产量的 79.4%（参见图 3）。同时在稀土原材料企业和烧结钕铁硼装备企业的大力配合下，我国烧结钕铁硼产品的性能逐年提高，中科三环、安泰科技、宁波韵升、烟台正海等企业的产品性能同日本三家制造商和德国 VAC的产品性能相差无几。考虑到剩磁（磁能积）和矫顽力的扁担关系（一个变大，另一个则变小），通常用最大磁能积和内禀矫顽力的和来考量烧结钕铁硼的性能档次，目前高端产品 (BH)max（MGOe）+ HcJ (kOe)可达到 70。 同西方发达国家相比，我国稀土永磁产业生产技术和管理水平相对落后，我国的烧结 Nd-Fe-B磁体长期都处于
15、低端产品。但 2003年以后，中科三环公司通过长期努力，其产品进入到了长期为日本、欧美等发达国家磁材企业所垄断的钕铁硼高端应用领域，典型的例子是计算机硬盘驱动器音圈电机（ VCM）应用市场， 2005年宁波韵升也涉足了 VCM磁体；在另外的一个高端应用领域 汽车应用方面，中科三环的钕铁硼磁体也已经成功应用在点火线圈、电动助力转向、气囊传感器等汽车零部件中；同时，京磁公司、中科三环、宁波韵升和山西恒磁的产品还先后进入了核磁共振成像仪领域；烟台正海、中科三环、安泰科技、银纳金科、北京京磁、横店英洛华等的产品进入了风力发电领域。对上述几个稀土永磁高端应用市场的进入，标志着中国的稀土永磁产品结束了以往
16、大部分只局限于中低端应用市场的不利局面，真正开始与日、欧发达国家磁材巨头争夺高端应用市场。 三环公司于 1993年购买了日本住友特殊金属公司和美国通用汽车公司（ Magnequench）的专利许可权，成为国内第一家拥有钕铁硼产品销售专利许可权的磁体企业。 2000年以来，国内先后还有四家钕铁硼磁体企业购买了该专利，它们分别为北京京磁、银钠金科、宁波韵升和安泰科技。 近年来，我国的稀土永磁的生产装备有了长足的进步，特别是在满足一些新的生产工艺方面的装备有了突破，例如国产速凝薄片炉和氢破碎炉已在许多磁体生产厂使用。一些国外发达国家的永磁设备制造商也瞄准了中国这块宝地，纷纷在中国设立生产基地，同时也给我国的永磁设备制造商带来了机遇和挑战。20
