磁性材料发展现状及展望（磁性材料系列报告①磁性材料概述）

磁性材料概述

磁性材料为新材料整体产业中，特种金属功能材料下第三级子类目产业

-特重金属功能材料类目示意-

物质的磁性

磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚铁磁性物质，反铁磁性物质：

1.顺磁性物质：物质靠近磁场时可依磁场方向发生磁化，但磁化程度相当微弱，需要精密仪器才可测出。该物质若失去外加磁场，内部的磁场也会归零，即不再磁化。如铝、氧气等。

2.抗磁性物质：磁化率为负值的物质，当受外部磁场作用时，分子中产生感应的电子环流，它所产生的磁矩与外磁场方向相反，即磁化后磁场方向与外磁场方向相反。所有的有机化合物都有抗磁性，石墨、铅、水等都是抗磁性物质。

3.铁磁性物质：在外部磁场的作用下被磁化后，即使外部磁场消失，依然能保持其磁化的状态具有磁性的物质，铁、钴、镍都是典型的铁磁性物质。

4.亚铁磁性物质：宏观磁性与铁磁性物质相同，相对磁化率较低，典型的亚铁磁性物质为铁氧体。亚铁磁性物质与铁磁性物质的最显著区别在于内部磁结构不同。

5.反铁磁性物质：在反铁磁性物质内部，相邻价电子的自旋趋于相反方向。这种物质的净磁矩为零，不会产生磁场。这种物质比较不常见，大多数反铁磁性物质只存在于低温状况。若温度超过一定阈值，通常会变为具有顺磁性。例如，铬、锰等都具有反铁磁性。

大多数材料是抗磁性或顺磁性的，它们对外磁场反应较弱。铁磁性物质和亚铁磁性物质是强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性材料。铁磁性材料一般是铁Fe，钴Co，镍Ni元素及其合金，稀土元素及其合金，以及一些锰Mn的化合物。

常用磁性能参数

矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。

最大磁能积BH：是指磁铁Bm与Hm的乘积，磁能积越大，产生同样效果时所需磁材料越少。

居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的温度上限。

磁材分类与发展史

磁材分类

磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。

软磁材料：可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度，是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁。

硬磁材料：又叫永磁材料，是指难以磁化并且一旦磁化之后又难以退磁的材料，其主要特点是具有高矫顽力，包括有稀土永磁材料、金属永磁材料及永磁铁氧体。

-常用磁性材料分类-

物质的磁性

一般永磁材料，通俗的理解就是吸铁石，最初的发现源自于自然界的天然永磁体。在麦克斯韦，特斯拉等物理科学家奠定电磁学基础后，学术界开始重视并研究永磁材料。早期研究的一般永磁体材料以铝镍钴，铁氧体为主，后续由于科技的发展以及工业用途的扩展，铝镍钴，铁氧体等一般永磁体已经不能够满足应用与使用需求。随着科学研究理解加深，以及稀土元素冶炼应用的技术提升，稀土永磁材料由于其卓越的性能，随着经济与工业的蓬勃发展应运而生，其中主要代表的两种材料分别为钐钴和钕铁硼稀土永磁材料。

磁性材料的研究与工业应用随时间发展如下：

第一代稀土永磁1:5型钐钴SmCo5材料在1967年问世,其最大磁能积（BH)5.1-20MGOe,矫顽力Hc=17.09KOS。

第二代稀土永磁2:17型钐钴Sm2Co17材料则在1972年问世，最大磁能积达到15-35MGOe,矫顽力Hc=10.05KOS。

前两代永磁材料由于钐钴原材料十分稀缺，价格昂贵而使其发展受到限制。第三代稀土永磁在材料上更新为了钕铁硼稀土元素基材料于1983年被通用电气GE公司于日本Sumitomo公司研制，磁能积达到25-38MGOe。

后随着技术的发展与迭代，日本Neomax公司的钕铁硼永磁体的最大磁能积达到惊人的59.5MGOe。这种磁铁是现今磁性仅次于绝对零度钬磁铁的永磁体。

钐钴稀土材料最突出有点在于可300度温度下工作，居里温度高达700度，但是材料整体偏脆，让磁铁吸引撞击可能导致磁体粉碎。而钕铁硼材料的磁力优秀强度高，矫顽力高。结构稳定，不易碎。其最大使用温度在180度，当温度达到150度时会发生5%退磁，居里温度在300度左右。

永磁材料在电子，通用机械，汽车与运输行业，应用广泛，常见产品有：电机、电子元器件等。在一般使用温度下（＜200度）的情况下，钕铁硼永磁电机驱动的新能源汽车已遍布全国。同时钕铁硼永磁材料在通用机械，如空气压缩机、离心泵等回转机械中广泛应用。当使用温度超过200度，工作温度条件苛刻，例如矿场、冶炼厂等关键高温场景，钐钴材料可以很好的发挥其居里温度高的特点。

第三代稀土永磁

钕铁硼永磁

钕铁硼永磁材料是稀土永磁材料的代表，根据生产工艺不同，可分为烧结、粘接和热压三种。烧结钕铁硼是目前产量最高、应用最广泛的稀土永磁材料。

1983年钕铁硼研制成功后，我国紧跟发达国家，迅速实现产业化。中科院三环公司，购买了通用电气及日本住友公司专利，成为目前国内永磁材料的领头公司，引领我国在稀土永磁体产业及性能均处于领先地位。我国稀土元素储量丰富，在世界产业链处于垄断地位。中国取得现在的地位，离不开钕铁硼产业的发展与价格优势。

钕铁硼永磁应用领域

钕铁硼永磁是当代磁铁中性能最强的永磁材料。它的最大磁能积是铁氧体磁铁的5-12倍，是铝镍钴磁铁的3-10倍；它的矫顽力相当于铁氧体磁铁的5-10倍，铝镍钴磁铁的5-15倍，其潜在的磁性能极高，能吸起相当于自身重量640倍的重物。

钕铁硼永磁材料的主要原料铁非常便宜，稀土钕的储藏量较钐多10-16倍，故其制备成本较钐钴永磁低很多。钕铁硼磁铁的机械性能比钐钴磁铁和铝镍钴磁铁都好，更易于切割和钻孔及复杂形状加工。不足之处在于钕铁硼温度性能不佳，在高温下使用有较大的退磁，居里温度相比钐钴永磁较低。综上，钕铁硼永磁材料的应用领域相当广泛：

参考文献

[1] 严密, 磁学基础与磁性材料, 2011.

[2] 周益新, 重要磁性材料的应用浅谈, 2013.

[3] 尚成嘉, 中国战略性新兴产业-新材料, 2017.

[4] K. e. a. Strnat, “A family of new cobalt‐base permanent magnet materials.,” Applied Physics , pp. 1001-1002, 1967.

[5] A. a. K. S. Ray, “Easy directions of magnetization in ternary R 2 (Co, Fe) 17 phases.,” IEEE Transactions on Magnetics, pp. 516-518, 1972.

[6] M. e. a. Sagawa, “Permanent magnet materials based on the rare earth-iron-boron tetragonal compounds.,” IEEE transactions on Magnetics, pp. 1584-1589, 1984.

[7] Y. Matsuura, “Recent development of Nd–Fe–B sintered magnets and their applications.,” magnetism and magnetic materials, pp. 344-347, 2006.

[8] 金力永磁招股说明书.

[9] 刘文昌, “我国烧结钕铁硼产业的发展及其生产工艺,” 金属世界, 2008.

“新材云创”新材料科创大脑场景应用根据“科创大脑 未来实验室 未来工厂 未来产业先导区”的路径模式，为专家团队和企业合作牵线搭桥，切实打通科研成果到产业应用的“最后一公里”。

“新材云创” 新材料科创大脑场景应用利用数字技术，破解企业、产业发展中的难题。后续将根据新材料企业实际需求，不断优化产品和服务，加强整个产业链和创新链协同效应，推动新材料产业的可持续发展。

门户网址：nmstart.com

,