高性能NdFeB烧结永磁体及其应用

    NdFeB 烧结永磁体是现有批生产永磁体中磁性能最高的产品，用于与计算机相关联的产品，各种家电产品，音响设备和医疗器械等中，成了日常生活中必不可少的功能材 料。为了保护地球环境，京都议定书已于2005年2月生效，面向减少CO2排放量的节能新技术，正加速开发，促进了高性能永磁体在高效电动机中的应用。其 中，在汽车中的应用尤其引人注目，驱动用电动机和发电机，还有电力操纵转向（EPS）用，已进入实用阶段。
　　 下面，是NEOMAX的金子裕治和国吉太介绍的高性能NdFeB烧结永磁体的市场动向和技术开发课题。
　　 1　NdFeB烧结永磁体的应用领域
　 　 2005年，日本国内的产量超过8000t，预计年增长率在10%以上。有代表性的用途有计算机硬磁盘驱动器（HDD）用直线致动器（通称VCM），永 磁型磁共振成像诊断设备（MRI），各种电动机、液晶电视和车载全频带扬声器等音像设备，以及DVD用各种光学拾音头几大类。其中，VCM和MRI用 NdFeB烧结永磁体的产量，约占其总产量的1/2，与整个永磁体的发展大致同步，显示出稳定的生产。特别是VCM，原有主流产品为3.5″，现正向 2.5″、1.8″小型化、薄型方向发展，主要作伺服、磁盘驱动和便携式PC用；最近，正在向电视、导航系统等新的应用领域扩展。关于在MRI中的应用， 虽与超导体的竞争很激烈，但永磁体可以发挥设备运转费低、节省空间等优势。另外，由于在车载全频扬声器中的应用正迅速展开，故音像设备对这种材料的需求将 显著增加。金子等人特别提到，在各种电动机中的应用，成了NdFeB烧结永磁体发展的主要推动力。从电动机用烧结NdFeB永磁体的生产情况，最近数年来 的年增长率达15%以上，2005年占烧结NdFeB永磁体总产量的37%，约3000t。大家知道，在电动机中的应用，有将瓦形磁体配置在转子表面上的 表面磁体型（SPM），最初用于FA，已进入实用阶段。还开发了一种将平板形永磁体插入转子铁芯中的永磁埋入型（IPM），从1995年起正式用作家用和 办公用空调压缩机的电动机。近几年，汽车驱动电动机中，IPM成了潮流，促进了烧结NdFeB永磁体整个产量的增加，另一大市场在电梯和卷扬机；还有半导 体加工设备用直线电动机、注射成型设备等，由于电动化带来的高速度、高精度响应，且不使用油压装置，可保持洁净的环境，应用领域正在扩大。
　　 2　在汽车上的应用
　 　 烧结NdFeB永磁体在汽车中的应用很早， 1990年代初就用作电动汽车（EV）驱动用电动机、ABS传感器和涡流制动等。从1995年左右起，IPM型正式用作混合电动车（HEV）的驱动电动 机，控制永磁体产生的转矩和磁阻转矩，达到在高速运转范围实现高的效率。HEV用驱动电动机与发电机，每年用烧结NdFeB永磁体的重量已超过300t。 另外，作为电动控制（X-by-wire）技术的程序，EPS的应用正迅速扩大。设置电动机的空间看，需要尺寸小、输出功率高的产品，所用永磁体，正转向 烧结NdFeB材料。实现电气化的目的，是为了降低燃料费，最近，停车支援和防撞系统等，出现了与电脑融合的新功能。这些需要作用将瓦形和径向环永磁体装 在转子面上的SPM型电动机，抑制由电动机转动产生的振动和磁噪声，是要解决的技术问题。
　　 今后，烧结NdFeB永磁体在汽车中的应用还会迅速扩展，估计，到2010年左右市场可达3500t以上。
　　 3　高性能、耐高温NdFeB永磁体的现状与研发课题
烧结NdFeB永磁体用作电动机时，最重要的选定不会引起热退磁的材料。热退磁是不可逆退磁，即不可再充磁，不能确保原有的磁通量。电动机工作时，由于环境温度，加之涡流发热，旋转负荷加大，需要仔细分析，优化设计。最终，要求永磁体的耐热性好，磁通密度大。
　 　 从提高最大磁能积[（BH）max]和内禀矫顽力（HCJ）来实现烧结NdFeB永磁体高性能的发展历程看出，与第一代材料相比，其（BH）max值约 提高了1.5倍，HCJ为原来的2倍。这是根据应用的要求，优化了成分设计，提高了主相晶粒的取向度，采用液相烧结，实现了结晶致密化和结构微细化的结 果。在实验室达到世界最新水平为，（BH）max值已达到了理论值的93%左右；问题在于HCJ值的刷新。就NdFeB三元系而言，HCJ只能达到 900kA/m左右。用Dy等重稀土置换其中一部分Nd，通过提高主相自身的各向异性磁场，便可进一步提高HCJ值。
这里，有一个很大的问题。即 Dy等重稀土元素的贮藏量为Nd的1/10～1/100以下，而且矿脉局限在几个地方，产量也很有限。而Nd的贮量很丰富，资源枯竭估计在1000年以 上。因此，考虑到在电动机的应用，如何有效利用Dy，是一个重要课题。作为减少Dy用量的新技术，开发了二元合金法和晶界扩散控制法。看来，通过晶粒细化 并提高与晶界相的匹配性，Dy的用量可比原来减少30%以上。目前，在批生产中正积极地引入这项新技术，制出性能高、耐热性好的烧结永磁体。此外，正在开 发提高晶粒取向度的新技术，并在磁体制造过程中，将不可避免的氧化和碳化抑制到最低程度，增加主相成分的比例并提高它与晶界相的反应性，以制造出超高性能 的永磁材料。