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 materials
Abstract: Magnetic materials is closely linked with our life,magnetic materials has experienced from non rare 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 generation,the third generation rare earth permanent magnetic material.In the end the development and prospect status of rare earth permanent magnetic materials was given.
Keywords: rare earth; magnetic material; technology;application
0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 的钴钢，从而使这种材料的矫顽力Hc 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Hc 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
稀土原子与钴原子按1：5组成的化合物为基相的稀土永磁合金。简称为RCo5，是第一代稀土永磁合金。RCo5化合物具有CaCu5型六方晶结构(如图中所
，稀土原子占据a晶位，Co原子占据c和g晶位。大多数示)，空间群为P b
／mmm
RCo5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RCo5化合物在室温下的基本磁性。以SmCo5为例，其磁晶各向异性常数K1=11～20×106J／m3，各向异性场HA=20～35MA／m，饱和磁化强度μ0 M S=1.14T，居里温度Tc=1000K(727℃)，因而是理想的永磁材料。
2.1 发展简史
RCo5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GdCo5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RCo5系列化合物有可能成为优良的永磁材料。随后又发现YCo5和SmCo5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，RCo5型永磁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
(BH)max=223kJ／m3。
2.2 分类
1：5型稀土钴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H CJ=1200~2400kA／m；商品的磁能积为(BH)max=130~180kJ／m3。有良好的温度特性。(2)(Sm，Pr)Co5永磁合金。这种合金是用镨取代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，但是镨的加入降低了各向异性场，因此合金的矫顽力低于SmCo5，而且磁体的长时间稳定性也不如SmCo5。(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。一500~C)，易于氧化，温度稳定性不好。(4)(Sm，HRE)Co5永磁合金。这类合金是用钆、镝、钬和铒等重稀土元素(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Sm~HRE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。
(5)R(CoCuFe)5~7(R=Sm，Ce)永磁合金。这类合金是在RCo5合金基础上用铁和铜取代部分钴，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)5～7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SmCo5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％钴；另一种是液相，按60％钐+40％钴配比。两种原料分别进行熔炼并浇注成锭。然后，将两种钢锭按36％～37％钐+64％～63％钴配置在一起，经在保护介质中研磨，得到3～5μm的粉末。也可以利用还原扩散工艺直接从氧化钐和金属钴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型稀土钴永磁合金的牌号和磁性做了规定(表2)。
