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1、国家专业技术人才知识更新工程 可循环利用稀土材料及产业化技术,报告提纲,稀土磁性材料及其应用 稀土催化材料在能源领域应用现状及发展趋势 稀土资源和产业可持续发展的思考 金属功能材料发展现状及趋势 中国稀土行业的现状及展望 稀土永磁材料研究及产业化进展,报告提纲,高品质稀土刚及相关冶金技术 固态制冷：磁制冷技术及磁热材料 稀土发光材料及其应用的现状与趋势 稀土冶炼分离及综合利用技术与产业发展 储氢材料的发展趋势及应用,金属功能材料发展现状及趋势,产业现状：体系初步建立 规模不断壮大 关键技术的突破 创新能力弱 发展重点：永磁、储氢、催化、发光、液晶 抛光,稀土行业的现状及展望,我国稀土行业现状：
2、 Zr依靠进口 La、Ce资源丰富 分布：北轻南重 应推动La、Ce、Y的运用 分离Th，减少污染，运用到核反应堆建设中,12月2日主要稀土产品价格（中国稀土行业协会）,稀土永磁材料研究及产业化进展,稀土永磁材料及产业的状况分析 国内外研究热点和应用领域的拓展 整体技术的提升 知识产权保护和研究发展方向,稀土永磁的重要性,在我国稀土应用中，新材料领域占62%；而在新材料领域应用中，稀土永磁材料占63%。我国稀土永磁的产量超过全球80%。我国既是全球最大的稀土永磁产地又是重要的应用市场，在全球的地位举足轻重，既面临新机遇，也迎接新挑战。,稀土永磁的发展历史,1967年美国首先用粉末法制造出第一块
3、磁性能为Br=0.51T,Hbc=254.7KA/m,(BH)max=40.6KJ/m3的SmCo5永磁体。 1968年Nessbit等用Cu部分取代Co获得了沉淀硬化型Sm(Co,Cu)5永磁体。这一发现为1:5型RCo5永磁向2:17型R-TM永磁的过渡奠定了基础。,1977年Ojima等用粉末冶金法研制出（BH）max=238.8KJ/m3的Sm（Co,Cu,Fe,Zr）7.2永磁体，从而标志着第二代永磁材料的诞生。 钕铁硼作为一种金属间化合物早在1979年被俄国科学家合成。,（二）稀土永磁的应用,低碳经济的新增市场需求,风力发电 预计，2020年，中国的风电行业，将实现装机容量2.3亿
4、千瓦。 若30%为稀土永磁电机，按每1.5兆瓦用磁钢1吨计，则需磁钢接近5万吨。,钢铁材料的起重设备 电磁铁耗电多，把电磁铁改成永磁铁，整个提升和运输过程不用通电，可节电90%以上，而且还能避免电磁铁在停电与断电运输货物掉下来造成的事故。,高尖端技术领域应用,卫星、飞船、大型运输机、无人机、核动力潜艇等的仪表控制系统、导航系统、逃逸仓及舱门锁闭阀，都急需高磁性能、温度稳定性和好加工性能的永磁材料。,烧结稀土永磁产业技术的进步,1984-1990：实验室制备技术为主线 1990-2000：以单项工艺和设备为主线 2000-今：以高档磁体和产业化技术为主线,烧结钕铁硼永磁生产装备的进步,稀土永磁产
5、业格局的发展趋势,国内外技术和发展趋势,通过添加重稀土Tb、Dy提高磁体矫顽力，国内在高档磁体中为了提高矫顽力和温度使用稳定性，添加过多重稀土量，如混合动力汽车用磁钢，重稀土使用量占稀土总量的30%。 我国在通过晶界扩散、细化晶粒、双液相和添加稀土氢化物等工艺方面进行了大量工作，试验室已经气流磨粉粒度降低至2um左右，磁体晶粒度为5-6um，使重稀土含量降低，同时明显降低矫顽力温度系数。,国内外技术和发展趋势,100um磁粉用溶有氟化镝的甲醇溶液，在真空低温200-350处理。Dy渗入磁粉颗粒中，发挥矫顽力作用。,国内外技术和发展趋势,通过富镝薄壳的形成（少用20%的Dy）和颗粒尺寸的减小（少
6、用30%Dy），提高了Br和Hcj 在钕铁硼材料中减少使用50%的镝成为可能,国内外技术和发展趋势,双合金调控技术结合热处理，改善界面韧化晶界，提高耐蚀性、强度和抗冲击能力。,国内外技术和发展趋势,控制晶粒尺寸改善磁性能 矫顽力与粉末尺寸： Hcj=A/dx,应用领域的拓展,国家战略规划和重大工程都对稀土材料提出新的战略需求,要求稀土永磁材料,复杂工程永磁性能退化机制和耐腐蚀的问题,影响稀土的耐热性、一致性、稳定性等的关键技术因素,整体技术的提升,行业上，通常采用【（BH）max（MGOe）+Hcj(kOe)】来表征永磁材料的综合性能,整体技术的提升,速凝装备及工艺的研究 根据不同的成分配比。
7、设定炉温自动反馈装置的技术参数，保证合金液恒温浇注。 通过冷却辊转速调整，通过冷却辊表面浸润性改良，使柱状晶均匀生长，从而达到优化组织结构,制备超高性能的磁体的组织调控技术,提出组织调控制备超高性能磁体的产业化技术方法，获得如“无铽少镝的高矫顽力磁体及制备方法”等的一系列具有自主知识产权的成果，并应用在大规模生产中。,制备超高性能的磁体的组织调控技术,优化合金成分和工艺条件，获得（BH）max（MGOe）+Hcj(kOe) 70的高档烧结钕铁硼磁体及产业化技术。,低失重、高性能稀土永磁体的研究,烧结钕铁硼材料的腐蚀通常是从晶界开始的，富钕相由于其电位低，在腐蚀过程中优先腐蚀，导致主相晶粒脱落，
8、使腐蚀加 剧，采用双液相添加技术，通过富稀土相成分的设计，提高了富钕相的电位。,新型铈磁体和低重稀土永磁体的双主相合金技术,许多研究表明（Ce，Nd)FeB没多少应用价值,新型铈磁体和低重稀土永磁体的双主相合金技术,如果丰富的铈等资源能够被利用作为有用的永磁材料，相当稀土资源的利用又可以增加3-4倍。,热压/热流变纳米晶体永磁材料的制备技术,设计了生产设备，探索出具有我国特色的热压金属永磁体的近终成型短流程产业技术 提出了滑移、转动和再结晶长大的各向异性模型，成功的解释了组织结构形成的原因,永磁材料的微磁结构、磁性表征技术,过去对于强磁材料，不能观察到剩磁状态下的微观结构，我们将MFM用于研究
9、强磁性稀土永磁在剩磁以及各种不完全退磁状态下的微磁结构，提出了一种研究强磁性稀土永磁材料动态微磁结构的方法及其装置，研制出高矫顽力低磁矩MFM磁探针，在永磁材料的表征技术方面取得了突破。,研究稀土在永磁材料中的平衡利用和高质化利用技术,研究低钕、低重稀土永磁材料及产业化共性核心技术,加入铈可调节磁能积和矫顽力,研究高性能磁体的温度特性，冷热冲击磁通不可逆损失，温度系数和最高使用温度,今后发展方向,轻稀土、重稀土、混合稀土,低钕含量,低重稀土,高磁能积,高矫顽力,高稳定性,服役行为、寿命,难点分析,由稀土永磁生产大国发展成稀土永磁科技大国,资源节约、降低成本、推动产业、技术升级,产业化关键技术,
10、材料性能与制备科学问题,解决稀土在永磁中的应用问题,固态制冷：磁制冷技术及磁热材料,优点：固体材料环保 不会气体泄漏 高效节能,早在1907年郎杰斐（P.Langevin）就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。从机理上说，固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。1927年德贝（Debye）和杰克（Giauque）预言了可以利用此效应制冷。1933年杰克实现了绝热去磁制冷。从此，在极低温领域（mK级至16
11、K范围）磁制冷发挥了很大作用。现在低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低温磁制冷冰箱，为各种科学研究创造极低温条件。例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和数处理系统中，磁制冷还用在氦液化制冷机上。而高温区磁制冷尚处于研究阶段。但由于磁制冷不要压缩机、噪声小，小型、量轻等优点，进一步扩大其高温制冷应用很有诱惑力，目前十分重视高温磁制冷的开发。,磁制冷技术的现状和趋势,由于晶格振动产热，产生的晶格熵会消耗磁场的吸放热，目前还没能将磁制冷技术应用到日常生活中。 新制冷材料：HFCs不会影响臭氧层，但温室效应是二氧化碳的数千倍，所以急需新材料制冷。 多数制冷材料应用Gd，价格昂贵，
12、廉价替代品不成熟。,室温磁制冷体系,Gd5（Si，Ge）4：巨磁 效应；Gd可调节TC温度（30-280K）; Gd价格昂贵;加入铁可减少磁滞效应；Sn代替Gd降低成本，无需退火。 锰基磁制冷材料：巨磁效应；含As有剧毒；NiMnSn正磁熵变，制冷要加磁场。 LaFe13-xSix化合物：磁场足够强时，由顺磁变成铁磁;充氢后熵不变；要从包晶反应中得到。 目前包头稀土研究院正在围绕海尔集团项目进行研究，已完成2台样机制作，正在制造第三台样机，美国工程院院士卡尔哥斯奈（Karl A.Gschneidner,Jr）教授今年9月在美国东北大学学术报告会上预计2016年磁制冷机达到1000台，并将会进入
13、市场。,稀土发光材料及其应用的现状与趋势,稀土离子结构：一个没有完全充满的内电子层，4f内电子层，丰富的能级跃迁。,节能灯是高效节能的新型电光源，它与普通白炽灯相比，节电率高达80%，被公认为当今理想的绿色照明工程产品。面对全球能源日益紧缺的现状，许多国家和地区特别是欧盟等发达国家都在积极推广节能照明，逐步淘汰高能耗产品。欧盟宣布自2009年起不再销售白炽灯，澳大利亚、加拿大、日本等国都出台了推广节能灯替代白炽灯计划方案或非节能灯限制使用时间表，国际市场对节能灯的需求日趋迫切，出口市场潜能巨大。,稀土冶炼分离及综合利用技术与产业发展,国内稀土出口呈下降趋势，国内消费呈上升趋势。 2011年全球
14、引发开发稀土热潮，行业竞争国际化。,目前世界上已探明的稀土工业储量为1亿吨REO左右，我国为5200万吨，占全世界的50%以上，其中包头的白云鄂博矿工业储量为4350万吨，的83.7%。,我国稀土资源总量的98%主要分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东等地区，形成北、南、东、西的分布格局，并具有北轻南重的分布特点。,我国轻稀土资源主要集中在包头，其次是四川。我国离子型中重稀土矿主要集中在江西、广东、福建等南方七个省市，氟碳铈轻稀土矿主要集中在四川省。,储氢材料的发展趋势及应用,原理 金属或合金(用M代表)与氢作用可以生成金属氢化物(MHN)。其反应方程式为： M+nH2=MHn+H(生成热)
15、该反应是一个可逆过程、正向反应时，金属吸氢，并放出热量；逆向反应时，金属氢化物释氢，吸收热量。这样，只需要改变温度与压力，就能使反应向正向或逆向反复进行。达到金属(合金)储氢或释氢的日的。当然，不是任何金属或合金都只有上述的功能，所以发现合适的金属和合金是获得储氢材料的关键问题了。,储氢材料发展背景,化石能源的有限性与人类需求的无限性使得石油煤炭等将在未来数十至数百年内枯竭。 化石能源的使用造成重大生态灾难，温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！ 人类的出路何在？新能源研究势在必行！ 氢资源丰富，不存在枯竭问题; 氢的热值高，产物无污染，可循环； 利用途径多，燃烧放热或电化学发电； 储运方
16、式多，气态、固态、液态或化合物。,不同储氢方式的比较,气态储氢：能量密度低；不太安全。 液态储氢：能耗高；对储氢罐绝热性能要求高。 固态储氢：体积储氢容量高；无需高压及隔热容器；安全性好，无爆炸危险；可得到高纯氢，提高氢的附加值。,储氢材料定义,能够储存氢。 与氢反应生成氢化物。具有高度吸氢放氢反应可逆性。 能够担负能量储存、转化和运输功能的物质，“载氢体”或“载能体”。,储氢材料发展史,20世纪60年代，美国发现了Mg2Ni储备合金。 1969年菲利普斯研究所发现SmCo5具有储氢能力。 1974年美国发现了钛铁合金，锆系。 20世纪80年代进入研究高潮：Ni-MH.,储氢材料的分类,金属或合金储氢材料 化学氢化物储氢材料 络合氢化物催化储氢材料 物理吸氢储氢材料,储氢合金制备方法,高温熔炼法：设备简单，产率高，易于产业化。 化学合成法：工艺复杂，操作繁琐，实用性不好。 固相扩散法：高温高压惰性气体保护，适用于熔点比较大的金属元素。 氢化燃烧法：氢气下点燃原料，适用于大规模生产，氢化不完全。 机械合金化：适用于熔炼难以制备
