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1、稀土永磁材料综述摘 要：磁性材料与我们的生活息息相关， 磁性材料经历了从非稀土到稀土发展过程， 本文 综述了非稀土永磁材料的发展历程和第一代、 第二代、第三代稀土永磁材料的发展史、分类、 制造工艺及应用，并对稀土永磁材料发展现状做出展望与总结。关键词：稀土；磁性材料；工艺；应用Review of rare earth permanent magnet materialsAbstract: Magn etic materials is closely lin ked with our life,mag netic materials has experie need from non rare
2、earth to rare earth permanent magnetic materials. This paper summarized the development of non rare earth permanent magnetic materials and development history, classification , manufacturing process and application of the first generation, second gen erati on ,the third gen eratio n rare earth perma
3、 nent magn etic material.I n the end the developme nt and prospect status of rare earth perma nent magn etic materials was give n.Keywords: rare earth; magn etic material; tech no logy;applicati on0绪论磁性材料是一种古老而年轻的、用途广泛的基础功能材料，在长期的发展过 程中，其应用已经渗透到了国民经济和国防的各个方面，磁性材料本身也得到了很大的发展。人类使用永磁材料已经有几千年的历史，发展至今，永磁
4、材料现在在人们的日常生活中已经起着十分重要的作用，其应用也几乎遍及人类生活的各个方面，并且其应用范围还在不断扩大。 与此同时，永磁材料的性能也已 经取得了长足的进步。众所周知，在永磁材料更新换代的发展历史中，材料的最大磁能积(BH)max 一直是衡量材料性能水平的最基本指标。1非稀土永磁材料的发展历程人类最早使用的永磁体是1900年前后出现的淬火马氏体钢，二十世纪初， 科学家们想了各种办法，试图提高这种钢材的硬磁性能，随后出现了钨钢、铬钢 等，在1917年前后日本人发明了含有 W、Cr、C的钻钢，从而使这种材料 的矫顽力He有了很大的提高。但有一部分人一直在试图寻找一种新型的永磁 材料以全面取
5、代这种碳钢。到1931年，日本人发明了铸造 AlNiCo系永磁合金，从而使永磁材料的发展进入了一个全新的阶段，虽然这种合金的价格颇高，但基本上还是全部开始使用这种新型永磁材料。于是人们又开始投入大量的精力来研究这种AlNiCo系永磁材料。在对这种材料的研究中，人们相继在铸造法的基础上发展出粉末烧结法，并研究出柱状晶 AlNiCo合金，从而使这种材料的性能有了很大的提高。1950年，磁铅石型钡铁氧体永磁材料BaM在荷兰Philips公司问世，其特点是虽然它的饱和磁化强度Ms比较低，但矫顽力He很高，价格十分便宜；到1963年，又出现了锶铁氧体永磁 SrM。2第一代稀土永磁材料稀土原子与钻原子按
6、1: 5组成的化合物为基相的稀土永磁合金。简称为 RC05,是第一代稀土永磁合金。RC05化合物具有CaCus型六方晶结构(如图中所 示)，空间群为Pb/mmm，稀土原子占据a晶位，Co原子占据C和g晶位。大多数 RC05化合物都具有很高的磁晶各向异性，高的饱和磁化强度和高的居里温度， 表1示出了某些RC05化合物在室温下的基本磁性。以 SmC05为例，其磁晶各向 异性常数Ki=1120X 106J/m3，各向异性场HA=2035MA /m,饱和磁化强 度卩o Ms=1.14T，居里温度Tc=1000K(727C)，因而是理想的永磁材料。O Sm CoCaCui型晶体绪构3(RCo5) t室湿
7、下墓些1U m化會辆的基本谢性化合掏阀阳TTtK* m HiJkA nr11/kJ - m JYCflsL069035.510400224.80.91&406.3l帕00165.6CcCbs九7?653亂4168004卩畑1,20眈8.1iseoo288.0NdCo51.22&100.24400297.6SmCoil. 1410001J - 2020000-S5Z00260.0Gdg0. 363为）0004+0214920.437钓阴Q1990192.0EiCor0.727妁S704.5760MMCd?仇9D7686-4H4naSm. dGdn jCo j0-7310007.7:my106.4
8、由公垃估5円膩泸来计算音金赛大遵睫和幻呷址值卩为町旄达到的上限值.2.1发展简史RC05化合物的研究起始于20世纪50年代，由于稀土分离技术的进步，促 进了稀土与过渡族金属化合物的制备与研究。最早发现GdC05具有单轴各向异性，其粉末具有较高的矫顽力(达到640kA/m)，这预示着RC05系列化合物有可 能成为优良的永磁材料。随后又发现YCO5和SmC05有更高的磁晶各向异性。1967 年美国人斯特纳特(K. J. Strnat)粉末法制造出第一块实用的SmCo5永磁体，(BHmax=40?6kJ/ms。随着等静压和液相烧结技术的开发成功，磁体的性能迅速得到提高，到70年代初期，RC05型永磁
9、合金的制造工艺已逐步完善和成熟。1975 年RCO5系永磁合金已进入商品化市场。1980年实验室的最高磁性水平为3(BH)max=223kJ/m。2.2分类1: 5型稀土钻永磁合金包括以下几种：(1)SmCo5永磁合金。是使用最多的 一种合金，它有极高各向异性场和内禀矫顽力Hcj=12002400kA/ m；商品的磁能积为(BH)max=130180kJ/m3。有良好的温度特性。(Sm, Pr)Co5永磁合金。 这种合金是用错取代 SmCo5合金中部分钐而得到的，目的是提高合金的最大磁 能积。因为PrCo5的饱和磁化强度理论值高于 SmCo5的，但是错的加入降低了各 向异性场，因此合金的矫顽力
10、低于SmCo5，而且磁体的长时间稳定性也不如SmC05。(3)MMCO5永磁合金。“ MM ”是富铈的混合稀土金属的简写。采用混合 稀土主要是为了降低成本，但磁性也随之下降，而且合金的居里温度降低(丁。一 500C)，易于氧化，温度稳定性不好。(4)(Sm，HRE)C05永磁合金。这类合 金是用钆、镝、钦和铒等重稀土兀素(缩写为HRE)取代SmCo5中部分钐，目的 是改善磁体的温度稳定性，降低剩磁 B，的温度系数。调整SmHRE的比例， 可使Br的温度系数为零，甚至为正。但磁性下 降，而且成本高得多。 R(CoCuFe)57(R=Sm，Ce)永磁合金。这类合金是在 RCo5合金基础上用铁和铜
11、取代部分钻，最大磁能积略低，但矫顽力低许多，它是以RCo5为基相，含有R(CuFe)5相沉淀硬化的多相结构。低矫顽力的合金易于磁化，所需磁化场不像 SmCo5的那样高，这在某些特殊应用场合是非常有用的。一般认为 RCo5单相合金的磁硬化机制是反磁化畴的形核与长大。而 R(CoCuFe)57多相结构合金的磁硬化机制是阻碍畴壁位移的钉扎。 2.3生产工艺1: 5型稀土永磁合金主要采用粉末冶金工艺液相烧结技术制造。例如SmCos磁体，在熔炼前配制两种成分的原料：一种是基相，按32%33%钐+68%67% 钻；另一种是液相，按60%钐+40%钻配比。两种原料分别进行熔炼并浇注成锭。 然后，将两种钢锭按
12、36%37%钐+64%63%钻配置在一起，经在保护介质中 研磨，得到35卩m的粉末。也可以利用还原扩散工艺直接从氧化钐和金属钻 粉制取两种合金粉末，然后混合在一起。最后，再经过磁场中成形和烧结处理， 得到烧结磁体。中国颁布的国家标准(GB4180-84)中对1: 5型稀土钻永磁合金 的牌号和磁性做了规定(表2)。 111吕型輔土钻永礎合金的物理特性牌号禺g小偵)/T值睛煎力/kA - m 1内K瞬力.kA - m 1最丸磁能段阳 /kJ * m-1平均制度率載驾严綁LTr/UD/.E m xgs ao/3c.甜32036064朋0. 0950SOOT、8s. 0XGS 咄00x70360400
13、88-10445C S007,冷f乩0XGS11E/46Q. 73520960f 057CKf7503XGS0+785C1200120-135一05700750乩0艮3XGS 144/lZflK121X1135150f 05700-750B. ”晶 3XGS 160/960. MucSf60150JB3-0.05700- 75007 XGS 19fi/96a 966W轴018320?-0. 05700 7508. 1乩 31 注L 6 XGS師.听代淞的:&罠心XG-农示烧蒂裁农滾材料的(8打捫尿称flBh豹桃水村料的常片戌”2.4应用RC05永磁体虽有很高的磁性和居里温度，但在加热时，其内禀
14、矫顽力比剩 磁降低的速度要快得多，如 SmCo5磁体的磁性在475C附近降低到接近于零， SmC05磁体的使用温度上限为250 C左右。这类磁体含有大量的钐、错（或铈）及 钻，成本昂贵，且机械强度和加工性也较差。因此，限制了其应用范围的扩大， 只在一些特殊要求的电讯器件、电子钟表、微波器件和测量仪表中使用。 很多应 用场合已被2: 17型稀土钻永磁合金和钕铁硼永磁合金代替。3第二代稀土永磁材料稀土原子与钻原子按2: 17比例组成的化合物为基相的稀土永磁合金，简称 R2C017是第二代稀土永磁合金。R2C017化合物在咼温下具有Th2Nii7型晶体结构， 低温下要转变为Th2Zn17型晶体结构。
15、Th2Ni17型结构属六方晶系（图1），空间群 为P63/mmc其中稀土占据b和d晶位，Co占据g、k、f和j晶位。Th2Ni17与Th2Zn17 为同素异构体，二者结构很相似（图2），其中稀土占据c晶位，co（或 Fe）占据d、 f、h和c晶位。Th2Z门仃结构属菱方晶系，空间群为 R3m。R2C017系化合物的饱 和磁化强度比RC05高许多，而且居里温度也较高，图 3和图4分别示出RC05, R2C017，R2Fe7和R2Fe4B相的饱和磁化强度与居里温度值。因此R2C017理论上的最大磁能积也高，例如 Nd2C017，其卩oMs=1.65T, （BH）max理论=539kJ/m3但 是除了钐、铒和铥外，大多数 R2C017化合物
