磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料,物質的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用,例如中國古代用天然磁鐵作為指南針。自然界中廣泛存在的磁鐵礦,就是天然磁鐵,分子結構是Fe3O4。近代以來,隨著工業(yè)和技術發(fā)展,大量新的磁性材料被發(fā)現(xiàn),根據主要應用大致被分為三代:第一代鋁鎳鈷(AlNiCo),第二代鐵氧體,第三代稀土永磁。其中稀土永磁,又被劃分為三個階段:第一階段SmCo5,第二階段Sm2Co17,第三階段Nd2Fe14B。以下為磁性材料發(fā)展簡史:
公元前1世紀 司馬遷《史記》描述黃帝作戰(zhàn)用到指南針。
1086年 宋朝沈括《夢溪筆談》記有指南針的制造方法等。
1119年 宋朝朱或《萍洲可談》記載羅盤用于航海。
1600年 英國William.Gibert,最早的著作《De Magnete 磁石》。
1820年 丹麥奧斯特(H.C.Oersted)首先發(fā)現(xiàn)電流可產生磁場。
1822年 法國呂薩克發(fā)明電磁鐵,即電流通過繞線可使中間鐵塊磁化。
1826年 法國安培發(fā)現(xiàn)安倍定律,即右手螺旋規(guī)則。
1831年 法拉第論證電磁感應現(xiàn)象,揭示了電磁之間的關系。
1832年 法國A.H.皮克西發(fā)明天然磁鐵制作的永磁旋轉交流發(fā)電機。
19世紀到20世紀 歐洲新型各類直流、交流電機/發(fā)電機應接不暇。
1931年 日本T. Mishima發(fā)明了鋁鎳鈷AlNiCo磁鋼。1970年代發(fā)現(xiàn)稀土磁鐵之前,鋁鎳鈷合金是最強的永久磁鐵材料。(第一代磁性材料)
1933年 日本Kato和 Takei發(fā)現(xiàn)了含Co的鐵氧體Fe2O3。從重量來講,鐵氧體仍是當今世界應用最廣泛的磁性材料。(第二代磁性材料)
1935年 荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體
1965年 Mader和Nowick制備了CoP鐵磁非晶態(tài)合金
1967年 美國Strnat發(fā)現(xiàn)1:5型SmCo,標志著稀土永磁(第三代磁性材料)時代的到來。
1977年 日本Ojima發(fā)現(xiàn)2:17型SmCo,并含有少量Cu、Zr。
1983年 日本Sagawa發(fā)現(xiàn)了Nd2Fe14B,釹鐵硼號稱當代磁王。
1983年 美國通用汽車,隨日本之后發(fā)現(xiàn)了釹鐵硼,各自都有專利。
1984年 國內鋼鐵研究總院研制出磁能積超過35MGOe的釹鐵硼。
1992年 國內陸續(xù)有企業(yè)購買日本住友釹鐵硼專利。
2002年 中國釹鐵硼年產量達到8000噸,超過日本成為全球第一。
2008年 中國釹鐵硼生產廠家已達100多家,年產量達到46000噸。
2011年 稀土價格暴漲,下游客戶受沖擊較大,替代及降鏑成為潮流。同時,游資大量涌于稀土行業(yè),造成包括釹鐵硼在內全產業(yè)鏈產能嚴重過剩。
2013年 業(yè)內預測,國內釹鐵硼產能已達33.5萬噸,乘以0.8系數約27萬噸,而實際年需求只有11萬噸,產能已嚴重過剩,特別是中低端產品產能。
2014年 目前,全球除日本日立金屬、信越化工、TDK三家及德國VAC外,美國鉬公司有少量生產,其他釹鐵硼工廠都在中國,中國釹鐵硼年產量超過世界80%,但產值只占到一半多點。
從以上發(fā)展簡史可以發(fā)現(xiàn)一些有趣現(xiàn)象:
一、中國對磁材關注最早,指南針的應用改變了世界航海史。但中間出現(xiàn)空檔,最終又靠改革開放,成為全球磁材最大制造基地。不過中國釹鐵硼產品檔次相當較低,附加值與日本企業(yè)相比差距較大。
二、19世紀,歐洲科技發(fā)達,現(xiàn)代電磁學、發(fā)動機、發(fā)電機等開創(chuàng)性理論和實踐都是由歐洲人率先發(fā)起。
三、20世紀30年代開始,世界磁材研發(fā)的火車頭,已換成了日本、美國。特別要說明的是,日本在戰(zhàn)前就已經是世界磁材研發(fā)領先者,由此不得不佩服日本人在材料科學領域的成就,值得中國人好好學習。
釹鐵硼自實驗室誕生以來已超過30年,由于受制于稀土價格昂貴,特別是受鏑鋱重稀土缺乏的影響,世界各國都在爭相研發(fā)新一代磁性材料,如釤鐵氮永磁、納米復合稀土永磁等,但目前效果仍不理想,釹鐵硼在可見的一二十年內,地位仍不可動搖。



