永磁材料行业基本情况和特点
编辑：曾婉甜 来源：思瀚产业研究院 中科磁业    2023-03-29

磁性是物质的基本属性之一，物质的磁性源于原子磁矩。按照原子磁矩的排列方式不同，可将物质的磁性分为顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性和螺旋磁性等。通常意义上所说的磁性材料一般是指铁磁性、亚铁磁性或螺旋磁性材料，这些材料具有自发磁化的特点。磁性材料按功能可分为硬磁材料、软磁材料、功能磁性材料（磁致伸缩材料、磁记录材料、磁制冷材料等）三类，其中硬磁材料又称为永磁材料，是磁性材料中应用最广泛的材料之一。

物质的磁性早在3000年以前就被人类认识和应用。我国早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载，并在11世纪发明了制造人工永磁材料的方法，是世界上最早发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。

我国最早发明的指南器（司南）便是古人利用磁铁矿制成的。人类最先大量使用的具有永磁性能的材料是马氏体钢，随后逐渐被磁性能更高的永磁材料取代。20世纪以来，人类开始大规模工业化生产永磁材料，在过去近一个世纪的历史时期里，人造永磁材料经历了高速的发展和变革。

诞生年代永磁材料种类定位20世纪30年代末铝镍钴（AlNiCo）永磁材料第一代永磁材料20世纪50年代永磁铁氧体磁体第二代永磁材料20世纪60年代初稀土永磁材料第三代永磁材料1967年钐钴永磁体SmCo5第一代稀土永磁材料1977年钐钴永磁体Sm2Co17第二代稀土永磁材料1983年钕铁硼（Nd2Fe14B）永磁材料第三代稀土永磁材料

稀土铁氮永磁体具有优良的热力学稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性，该材料目前尚处于研发阶段，制备工艺上亦存在技术难题，若未来技术取得重大突破，则有望成为第四代稀土永磁材料。

（1）永磁材料的特点和标准

永磁材料具有一经磁化即能保持恒定磁性，具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特点，其基本功能是不需要消耗电能便可提供稳定持久的磁通量，同时可简化机械设备结构，降低维护成本，对环境影响较小，有节能和环保的优势。永磁材料产品的性能与品质主要参考指标为主要磁性能（Principal MagneticProperties）、辅助磁性能（Additional Magnetic Properties）、尺寸精度、产品一致性等。

主要磁性能为衡量材料磁性能高低最重要的依据，其包含四个重要指标：剩磁Br、磁极化强度矫顽力（即内禀矫顽力）Hcj、磁感应强度矫顽力Hcb、最大磁能积（BH）max。辅助磁性能主要包括相对回复磁导率μrec、剩磁温度系数α（Br）、磁极化强度矫顽力温度系数α（Hcj）、居里温度Tc、饱和磁化强度Ms等。剩磁、矫顽力和最大磁能积等除了与材料的内禀性能有关，还受材料的微观结构和制备工艺的影响，称为结构敏感参量；居里温度和饱和磁化强度等主要由材料本身的化学成分决定，而与材料的微观结构和制备工艺关系不大，称为非结构敏感参量。

（2）铝镍钴永磁材料介绍

铝镍钴永磁材料是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金，坚硬易脆，采用铸造或者烧结工艺处理制成，具有极高的居里温度，在20世纪70年代以前在磁性能方面长期处于永磁材料领先地位，其磁性能主要取决于调幅分解所形成的微观组织结构，即弱磁相和强磁相的相互搭配。铝镍钴永磁材料的居里温度高达890摄氏度，具有非常高的温度稳定性。但随着高性能稀土永磁材料的发现和大规模应用，铝镍钴永磁材料逐步被替代，市场份额逐渐下降，目前凭借着其独特的磁性能在仪器仪表、电机电器及航空航天器件等对温度稳定要求高的领域内依然得到了一定应用。

（3）永磁铁氧体磁体介绍

永磁铁氧体磁体是以BaFe12O19、SrFe12O19及其固溶体为基础的永磁材料，只需外部提供一次充磁能量，就能产生稳定的磁场，从而向外部持续提供磁能。

永磁铁氧体磁体按工艺可分为烧结永磁铁氧体磁体和粘结永磁铁氧体磁体，其中烧结永磁铁氧体可分为干压成型与湿压成型两类，粘结永磁铁氧体磁体可分为挤出型、注射型与压延成型三类。

永磁铁氧体磁体通常指烧结永磁铁氧体磁体，是以SrO或BaO及FeO为原料，通过陶瓷工艺（预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工）制造而成，可提供稳定持久的磁通量，不需要消耗电能，是节约能源的重要手段之一，是典型的高效、节能低碳工业产品。虽然永磁铁氧体磁体的综合磁性能相对烧结钕铁硼永磁材料较弱，但其电阻率高、物理特性稳定、环境耐受力强，同时由于其制备原料丰富，工艺成熟简单，性价比高，因此在需要大量永磁电机的节能家电与汽车工业领域和需要大量电声器件的消费电子领域得到了广泛应用。

（4）稀土永磁材料介绍

稀土永磁材料是一类以稀土金属元素（RE，即Rare Earth，包括钐Sm、钕Nd、镨Pr等17种元素）与过渡族金属元素（TM，即Transition Metals，包括铁Fe、钴Co等）所形成的金属间化合物为基础的永磁材料，亦称为稀土金属间化合物永磁。

第一代、第二代稀土永磁材料钐钴永磁体，具有高矫顽力、高磁能积、高居里温度等优点，采用粉末冶金工艺制备，主要原料为钐、钴，由于价格昂贵且钴属于战略资源，因此钐钴永磁体量产和大规模使用受到了限制，并未得到广泛应用，目前主要应用于航空航天及国防工业领域，占比40%以上，5G和高速轨道交通是钐钴永磁体新的应用增长点。

稀土永磁材料中目前应用最为广泛的为第三代稀土永磁材料，即钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁材料是以金属间化合物NdFeB为基础的第三代稀土永磁材料，其主要成分为铁（63.9-68.7%）、稀土元素钕（29-32.5%）及硼（1.1-1.2%）。为了获得不同性能，材料中的钕可用部分镝（Dy）、镨（Pr）等其他稀土金属替代，铁可被钴（Co）、铝（Al）等其他金属部分替代。NdFeB化合物具有四方晶体结构，具有高的饱和磁化强度和单轴各向异性场，是钕铁硼永磁材料永磁特性的主要来源。

钕铁硼永磁材料不仅具有质量轻、体积小、高磁能积等优异性能，而且相对于钐钴永磁体，其机械性能较好，加工方便，成品率高，可在装配后充磁，同时在成分上以价格相对低廉、储量丰富的铁和钕取代了昂贵的战略物资钴和资源稀缺的钐，质优价廉的特点决定了其巨大的生产潜力和广阔的应用前景，是迄今为止性价比最高的磁体，在磁学界被誉为“磁王”。但钕铁硼永磁材料尚存在居里温度相对较低、热稳定性不佳、抗腐蚀性较差等缺点，这在一定程度上限制了钕铁硼永磁材料的应用场景。钕铁硼永磁材料视生产工艺不同，可分为烧结、粘结和热压三类，其中烧结钕铁硼市场份额超过90%，三者在磁性能及应用领域等方面存在的差异情况如下：

根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会于2017年10月14日发布的国家标准《烧结钕铁硼永磁材料》（GB/T 13560-2017），烧结钕铁硼永磁材料按内禀矫顽力大小分为低矫顽力N、中等矫顽力M、高矫顽力H、特高矫顽力SH、超高矫顽力UH、极高矫顽力EH、至高矫顽力TH七类品种。

以速凝甩带法制成，Hcj（KOe）+（BH）max（MGOe）＞60，用于制做中、小、微型特殊用途的永磁电机、传感器、磁共振仪、高级音像设备等的烧结钕铁硼永磁材料被收录于《中国高新技术产品目录2006》之“6-新材料”之“60100-金属材料”中，编号6010066。行业内通常认为内禀矫顽力和最大磁能积之和大于60的烧结钕铁硼永磁材料属于高性能钕铁硼永磁材料。