1.前言 

磁性材料有應用在馬達、螺線管、揚聲器、傳感器等中的永磁材料和用在變壓器、線圈（電感器）、傳感器、磁頭等中的軟磁鐵氧體磁心材料。伴隨著電子整機的小型輕量化和高性能化，迫切要求開發(fā)出磁性能更高和具有良好溫度特性的磁性材料。

2.永磁材料

永磁材料大致可分為燒結永磁和粘結永磁，按種類分有鐵氧體永磁和稀土永磁。燒結永磁是將磁粉倒入模子中燒結鑄造而成，粘結永磁是在磁粉中混入微量塑料或橡膠，進行成型制造而成。目前使用最多的是鐵氧體永磁，這是因為它的磁性能穩(wěn)定且價格便宜。

鐵氧體永磁，到目前為止使用最多的是鋇系和鍶系鐵氧體永磁，不過目前正在開發(fā)新一代鑭鈷系鐵氧體永磁，它與上述兩種鐵氧體永磁比較，具有良好的磁性能和溫度特性，以馬達上的應用為中心，正在不斷擴大需求。

稀土永磁具有很強的磁能積，主要有釤鈷系和釹鐵硼系永磁。

釤鈷系稀土永磁因具有良好的耐腐蝕性和耐熱性，被廣泛應用于釹鐵硼系永磁很難涉及的汽車和傳感器等領域。

釹鐵硼系永磁在永磁中具有最強的磁能積，近年來應用領域越來越大，它對電子整機的小型化作出了極大貢獻。通過大力開發(fā)高磁性能和穩(wěn)定性與耐熱性好的釹鐵硼系永磁，使目前的最大磁能積達到560KJ/m3（57.8MGOe）這一世界最高生產(chǎn)水平。在粘結永磁方面，開發(fā)出了具有耐腐蝕性好、高填充率、高剩磁的各向同性釹鐵硼系粘結永磁用鈉米復合磁粉，用它制成的發(fā)電機和超導磁性軸承用的環(huán)形粘結釹鐵硼永磁，最大口徑達到300mm，使用各向異性粘結永磁，比過去用在馬達上的鐵氧體永磁，重量大約輕50%左右，廣泛應用于汽車直流馬達。

釹鐵硼系粘結永磁雖然比不上燒結永磁的磁場強度，但不易產(chǎn)生裂紋和掉邊現(xiàn)象，使需求量不斷擴大。目前正在開發(fā)使磁化性能大幅度提高的小型馬達用鐵氧體橡膠粘結永磁，它易制成薄片狀，制成圓柱形狀可裝在馬達的定子或轉子殼體上。在釹鐵硼系粘結永磁方面，對應過去的各向同性粘結永磁，開發(fā)出了高磁性能的各向異性粘結永磁，并進入實用化階段。

2.1 燒結永磁

a. 鐵氧體永磁

鐵氧體永磁是以氧化鐵為主要成分制成的永磁，與其他永磁比較，因其價格便宜和良好的穩(wěn)定性，廣泛應用于馬達、揚聲器、繼電器、傳感器和玩具等領域。近年來，汽車電器和辦公自動化設備中也正在大量使用。鐵氧體永磁的最大磁能積為42.9KJ（5.4MGOe）。其磁能積幾乎到了極限，目前正在謀求通過改進工藝來提高矯頑力。

鐵氧體永磁是將鍶或鋇等的原料與氧化鐵混合，然后進行預燒，通過固相反應使鐵氧體成為超細粉末。將其超細粉末按需要的形狀壓制成型，在1200℃左右的溫度下燒結制作而成。成型方法有干式各向同性、干式各向異性和濕式各向異性等。

最近，具有良好磁特性和溫度特性的鑭鈷系鐵氧體永磁已大量應用于馬達和螺線管中。這種永磁是用鑭代替一部分鍶，用鈷代替一部分鐵，使磁特性和溫度特性大幅度提高。與過去的鐵氧體永磁比較，最大磁能積（［BH］max）提高了30~40%、剩磁（Br）提高了10~15%，同時還具有高的矯頑力，溫度穩(wěn)定性也有所增加。為此與過去的鍶系鐵氧體永磁相比，實現(xiàn)了小型輕量化。

b. 稀土永磁

稀土永磁中具有代表性的有釤鈷永磁，它不僅有一定的磁場強度，還有良好的耐熱性，應用于汽車傳感器、超小型馬達、螺線管、拾音器和高音質耳機等小型產(chǎn)品中。

作為新型釤鈷磁鋼，采用壓粉成型的產(chǎn)品，最大磁能積239KJ/m3（30MGOe）、矯頑力1194KA/m3（15KOe）、剩余磁通密度11KG的制品已實現(xiàn)商品化。

這種永磁因擠壓后的成型體密度均勻，即使形狀薄的產(chǎn)品也不會出現(xiàn)裂紋和掉邊現(xiàn)象，而且切割后上下面的磁通密度誤差小，適合制作環(huán)形和扁平狀產(chǎn)品，具有良好的性價比。

日本信越化學工業(yè)公司利用開發(fā)釹鐵硼永磁的技術訣竅成功的應用于釤鈷永磁中，大幅度提高了磁性能。達到最高磁性能的產(chǎn)品有最大磁能積為230~270 KJ/m3（29~34MGOe）的R33H和最大磁能積為191~239KJ/m3（24~30MGOe）耐高溫超過250℃的R26H，并開始批量生產(chǎn)。

c. 釹鐵硼系永磁

釹鐵硼系（Nd-Fe-B）在永磁中具有最高的磁能積，它與釤鈷永磁比較，其特點是價格便宜。為此促進了在小型化的各種電子整機的馬達、HDD（硬磁盤驅動器）的VCM（音圈馬達）、小型揚聲器、傳感器、螺線管、繼電器和醫(yī)療設備等的應用。

釹鐵硼系永磁的磁特性，以大批量生產(chǎn)的燒結制品為例，其最大磁能積為278~438KJ/m3（35~55MGOe），理論值達到512KJ/m3（64MGOe）。該永磁的矯頑力比過去的產(chǎn)品還要優(yōu)越。

NEOMAX公司生產(chǎn)的高性能釹鐵硼系永磁，其最大磁能積達到460KJ/m3（57.8MGOe）的世界最高水平。該永磁的矯頑力可維持在784KA /m3（9.85KOe）的高水平上，作為釹鐵硼系永磁，達到世界最高磁性能。另外，還開發(fā)出了NEOMAX AH系列耐高溫釹鐵硼永磁，并開始批量生產(chǎn)。該永磁按所要求的耐熱性，可在140℃~240℃的溫度范圍內供五種材料選擇。預計今后還可繼續(xù)解決釹鐵硼永磁存在的弱點耐熱性問題。

TDK公司采用干式法開發(fā)出了釹鐵硼永磁最大磁能積達到420 KJ/m3（53MGOe）的NEOREC53系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品比過去的50系列產(chǎn)品最大磁能積提高了7~9%。

釹鐵硼永磁的制造方法有粉末狀材料在惰性氣體中成型的干式法和材料在液態(tài)下成型的濕式法。干式法工藝，是以單面、易氧化的稀土元素為主要成分的釹鐵硼永磁，因氧的含量，對磁性能還有一定影響。TDK公司在干式法中引入獨有的低氧工藝新技術，確保了由材料粉碎到成型工序的氧含量幾乎為零，充分抑制了原料粉末的氧化。

另外，采用以特種油為溶劑的濕式法，開發(fā)出了低氧含量的高性能釹鐵硼永磁，并已批量生產(chǎn)。其濕式法與干式法比較，因微粉的粒徑與氧含量無關，故對在磁場下取向的微粉影響不大的范圍內，可將微粉的粒徑做小。該永磁的最大磁能積為438 KJ/m3（55MGOe）。

日本信越化學工業(yè)公司生產(chǎn)的釹鐵硼系永磁，其最大磁能積達到382~422KJ/m3（48~53MGOe）的高磁性能N52系列產(chǎn)品也已批量生產(chǎn)，耐高溫的高矯頑力釹鐵硼系永磁也開始投放市場。

釹鐵硼系永磁，因以鐵為主要成分，含有釹等多種成分，故容易生銹。為此，需要給制品實施表面處理。表面處理有鎳與鋁離子涂覆、鎳鍍層和樹脂涂層等幾種。目前采用鍍鎳是標準的表面處理方法，它具有良好的耐腐蝕性、表面清洗性和硬度等。

2.2 粘結永磁

粘結永磁是往磁性粉末中添加少量的塑料或橡膠等粘結劑進行混合，采用注塑或擠壓等成型方法制備而成?？芍圃斐龈鞣N復雜形狀的產(chǎn)品。因可大批量生產(chǎn),故成本低，效益好，近年來應用十分廣泛。

粘結永磁與燒結永磁同樣，有鐵氧體系和稀土系粘結永磁。鐵氧體系粘結永磁應用于冰箱的門封條、馬達、編碼器的轉子、傳   感器、磁性薄膜、復印機的磁輥、CRT的調整顏色用環(huán)形磁鋼等。稀土系粘結永磁應用于HDD（硬磁盤驅動器）馬達、CD-ROM的主軸馬達、振動馬達、小型揚聲器和各種傳感器等。

a. 磁粉

粘結永磁所用的磁粉分別有將燒結永磁制成的鐵氧體系和釤鈷系磁粉，釹鐵硼系是使用液態(tài)急冷法制成的非晶質薄帶，經(jīng)熱處理獲得的各向同性永磁粉末。

作為新型磁粉，NEOMAX公司開發(fā)出了鈉米復合磁粉。用該磁粉制成的粘結永磁，因屬于鈉米晶相包圍硬磁相的鈉米復合材料結構，添加少量的稀土元素，就可獲得高的矯頑力。另外，采用高速連續(xù)鑄造法批量生產(chǎn)，就可謀求鈉米晶化。因稀土元素少，不需要涂敷，就具有良好的耐腐蝕性。

為了進一步實現(xiàn)高性能化，還應研究開發(fā)各向同性轉化為各向異性的技術，并使之實用化。作為制作磁各向異性釹鐵硼系粘結永磁，日本開發(fā)了HDDR處理法，該方法是將釹鐵硼合金與氫氣產(chǎn)生反應，與再現(xiàn)的磁性能同時進行磁各向異性化。

b. 粘結材料（粘結劑）

使用的粘結材料有橡膠永磁中用的聚氯乙烯、氯化聚乙烯橡膠等各種合成橡膠和腈橡膠，塑料永磁中用的尼龍、PPS樹脂和環(huán)氧樹脂等。作為成型方法，橡膠永磁采用壓延輥成型或擠壓成型，塑料永磁采用壓縮成型（使用熱可塑性粘結劑時）。采用熱擠壓加工的各向異性環(huán)形永磁，也已進入實用化階段。粘結永磁通常所用的粘結材料含有量，壓縮成型為2～4%重量比，注塑成型為6～8%重量比。

c. 開發(fā)動向

粘結磁體所獲得的磁性能，其中，鐵氧體系最大磁能積為17.5 KJ/m3（2.2MGOe），釤鈷系約為31.8~80 KJ/m3（4~10MGOe：各向同性）和119 KJ/m3（15MGOe：各向異性），釹鐵硼系約為80~88 KJ/m3（10~11MGOe：各向同性）。

在各向異性粘結永磁方面，采用HDDR（氫化作用、相分解、脫氫、再結合）法，開發(fā)出了各向異性粘結永磁，生產(chǎn)水平比過去各向同性粘結永磁的磁性能提高兩倍，達到159 KJ/m3（20MGOe）。

另外，由于釹鐵硼系粘結永磁還存在著耐熱性差等問題，開發(fā)耐熱性高的粘結永磁是今后的主要發(fā)展目標。

日本愛知制鋼公司成功的開發(fā)出了不添加鈷的釹鐵硼系各向異性磁性粉末的新工藝（d-HDDR法），采用該工藝制成的磁粉，生產(chǎn)出了塑料粘結永磁。其最大磁能積達到199KJ/m3（25MGOe），制成的薄形環(huán)形磁鋼用在馬達中，具有良好的耐熱性。過去的各向異性磁粉，需要添加大量的貴金屬鈷，大大提高了生產(chǎn)成本，采用新工藝，利用釹鐵硼合金和氫的反應，控制其反應速度，可以不添加鈷。

新型各向同性粘結永磁還有日本大同特殊鋼和大同電子的釤（Sm）、鐵（Fe）、氮（N）系各向同性粘結永磁。該永磁最大磁能積達到110KJ/m3（14MGOe）世界最高磁性能，并具有良好的耐腐蝕性和耐熱性。廣泛應用于辦公自動化、通信整機用超小型馬達、傳感器、汽車和水泵用小型高輸出馬達等。這種粘結永磁的制造方法，是將規(guī)定成分的合金進行調整，在氮氣中進行處理，制造出Sm-Fe-N磁性粉末，再將其粉末與樹脂混合后成型。采取與過去的釹鐵硼系粘結永磁不同的磁粉制造工藝，對應釹鐵硼系磁粉，釤系磁粉采用特殊的設備進行的急冷法，使用真空熔化爐就較容易的制造出來。

3. 鐵氧體磁心材料

磁心材料有鐵氧體系和金屬系兩類，近年來，伴隨著電子整機的高頻化，使用最多的是具有優(yōu)質高頻特性的鐵氧體材料（軟磁鐵氧體）。

鐵氧體材料廣泛應用于電源變壓器、通信用變壓器、CRT的偏轉線圈、扼流圈、濾波器和抑制噪聲器件中用的磁心等。

作為鐵氧體材料，目前最引人注目是MnZn（錳、鋅）系鐵氧體材料。該材料與其他鐵氧體材料比較，磁各向異性小，自然磁化大。為此，它具有高磁導率、低損耗和高磁通密度的特點，大量用于通信用變壓器、電源用變壓器、倒相變壓器和扼流圈等。

目前的電源是以開關電源為主流，在開關電源中所用的變壓器，是在高頻特性好的鐵氧體磁心上繞上線圈制造而成。為使變壓器實現(xiàn)小型化和薄型化，要求使用高性能的鐵氧體磁心。特別是近年來,伴隨著對整機的小型化和高效率化的要求進一步提高，作為變壓器用鐵氧體磁心材料，要求功率損耗要小。

功耗是因輸入的一部分能量所產(chǎn)生的熱，帶來溫升而使效率下降。假若降低其功耗，就可減少變壓器的損耗，使溫升降低。

該功率鐵氧體磁心材料同鎳鋅（NiZn）系等的鐵氧體比較，具有結晶磁性各向異性常數(shù)和磁致伸縮系數(shù)小，自然磁化大的特點。為此，功率損耗小，飽和磁通密度高，適合于制作開關電源變壓器。

扼流圈與變壓器同樣，也是給鐵氧體磁心繞上線圈。移動通信等設備中直流變換器用的扼流圈，要求小型薄型化，使用的磁心材料應具有高的磁通密度，低漏磁通。

最近，電腦等電器開始向低電壓、大電流方向發(fā)展，對應大電流，要求扼流圈損耗低、體積小。另外，近年來，根據(jù)計算機模擬，可以制作各種形狀的變壓器用鐵氧體磁心。

作為通信用磁心材料，TDK公司開發(fā)出了高溫LAN系統(tǒng)和高速LAN系統(tǒng)用的脈沖變壓器專用鐵氧體材料和降低高諧波失真的xDSL模塊變壓器用的鐵氧體材料。

電源變壓器用磁心材料要求功率損耗小。最近，開發(fā)出了在25℃~120℃的寬溫下，使功率損耗大幅度降低的電源變壓器用MnZn鐵氧體材料。不僅作為一般的開關電源用變壓器，還特別適合用于下一代汽車用的主變壓器。近期還開發(fā)出了在高溫下具有高飽和磁通密度的MnZn鐵氧體材料，并適用于液晶倒相變壓器和汽車用變壓器。

通信用變壓器是使用高磁導率鐵氧體材料。最近大量用在高速LAN系統(tǒng)中的脈沖變壓器。脈沖變壓器對直流偏壓負荷時的電感系數(shù)有一定要求，并要確保其性能。為此，不僅要保證起始磁導率水平下的電感系數(shù)，關鍵還在于良好的直流疊加特性。開發(fā)提高直流疊加特性的鐵氧體材料是今后的發(fā)展方向。