中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在追求高效、節(jié)能、小型化的現(xiàn)代工業(yè)世界中，稀土永磁材料已成為電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、機(jī)器人等高端技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的核心材料。目前廣泛應(yīng)用的釹鐵硼永磁材料雖性能優(yōu)異，卻存在耐高溫性不足、依賴(lài)昂貴稀土元素等問(wèn)題。
隨著釹元素價(jià)格持續(xù)上漲和資源供應(yīng)隱憂浮現(xiàn)，市場(chǎng)迫切需要新一代解決方案。
釤鐵氮永磁的崛起
釤鐵氮（SmFeN）永磁材料最早于1990年由愛(ài)爾蘭科學(xué)家科伊（J. M. D. Coey）發(fā)現(xiàn)，它是由釤、鐵、氮三種元素組成的金屬間化合物。這一材料被業(yè)界普遍認(rèn)為是繼釤鈷、釹鐵硼之后的第四代稀土永磁材料，在磁性能、成本控制和資源可持續(xù)性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
釤鐵氮的基本化學(xué)式為Sm2Fe17N3，其獨(dú)特之處在于氮原子進(jìn)入Sm2Fe17的晶體結(jié)構(gòu)后，形成填隙化合物。這一過(guò)程不僅保持了原有晶體結(jié)構(gòu)，還使單胞體積增大約3%，并顯著提升了材料的磁性能。
釤鐵氮磁粉 圖源：君磁科技
與主流的釹鐵硼永磁材料相比，釤鐵氮具有更高的各向異性場(chǎng)（約14T，是釹鐵硼的2倍）、更高的居里溫度（476℃）以及優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性能。
釤鐵氮的磁性能源于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。氮原子的引入顯著提高了Sm2Fe17化合物的飽和磁化強(qiáng)度（達(dá)到1.54T）和磁晶各向異性，這使得釤鐵氮在理論上具有與釹鐵硼相媲美的最大磁能積，同時(shí)具備更好的高溫穩(wěn)定性。
性能優(yōu)勢(shì)突出
釤鐵氮永磁材料在多項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)上超越釹鐵硼，使其在特定應(yīng)用場(chǎng)景中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。
高溫穩(wěn)定性是釤鐵氮最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。其居里溫度高達(dá)476℃，遠(yuǎn)高于釹鐵硼材料。這意味著釤鐵氮在高溫環(huán)境下能更好地保持磁性能，不會(huì)因溫度升高而出現(xiàn)明顯退磁現(xiàn)象。這一特性使其在汽車(chē)電機(jī)、工業(yè)電機(jī)等高溫工作環(huán)境中具有巨大應(yīng)用潛力。
在耐腐蝕性方面，釤鐵氮表現(xiàn)同樣出色。與釹鐵硼不同，釤鐵氮不需要進(jìn)行表面涂層處理就能具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能，這不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，還降低了成本，提高了產(chǎn)品可靠性。
從原材料成本角度看，釤鐵氮的優(yōu)勢(shì)更為明顯。釤是稀土元素中相對(duì)豐富的品種，由于需求不足，氧化釤大量囤積，價(jià)格較低。目前，氧化釤的價(jià)格僅為氧化釹的五分之一左右。隨著釹鐵硼永磁材料對(duì)鐠、釹、鏑、鋱等高價(jià)稀土的需求持續(xù)增長(zhǎng)，釤鐵氮的成本優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯。
此外，釤鐵氮還展現(xiàn)出高的矯頑力和高磁能積，將傳統(tǒng)柔性粘結(jié)磁體的磁性能提升到新水平。其高電阻率特性也有助于減少渦流損失，在高頻應(yīng)用場(chǎng)合表現(xiàn)優(yōu)異。
應(yīng)用前景廣闊
釤鐵氮永磁材料的卓越性能使其在多個(gè)重要領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，釤鐵氮可用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳感器等關(guān)鍵部件。汽車(chē)電機(jī)需要在高溫度環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，這正是釤鐵氮的強(qiáng)項(xiàng)。隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，對(duì)高性能永磁材料的需求將持續(xù)擴(kuò)大。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，釤鐵氮可用于手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)、微型揚(yáng)聲器、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)等小型化設(shè)備。電子產(chǎn)品向小型化、輕量化發(fā)展，需要更高性能的永磁材料，釤鐵氮正符合這一趨勢(shì)。
工業(yè)應(yīng)用方面，釤鐵氮在機(jī)器人、工業(yè)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域潛力巨大。工業(yè)電機(jī)能效要求的提高，需要磁性能更優(yōu)的材料支持。釤鐵氮的高溫穩(wěn)定性和高磁能積使其成為理想選擇。
在高端技術(shù)領(lǐng)域，如航空航天和醫(yī)療設(shè)備，釤鐵氮也有用武之地。航空航天器對(duì)材料的重量和性能有苛刻要求，而醫(yī)療設(shè)備如磁共振成像（MRI）設(shè)備也需要穩(wěn)定可靠的磁性材料。
隨著5G通信、衛(wèi)星通信設(shè)備的發(fā)展，釤鐵氮在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也在拓展。其高頻特性使其適用于微波器件和射頻器件，可提高信號(hào)處理能力和傳輸效率。
技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸
盡管釤鐵氮永磁材料潛力巨大，但其產(chǎn)業(yè)化仍面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。
熱穩(wěn)定性問(wèn)題是主要瓶頸。釤鐵氮化合物為熱力學(xué)亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，在600℃以上便開(kāi)始分解，這使得傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝無(wú)法直接應(yīng)用于釤鐵氮磁體的制造。這一特性嚴(yán)重限制了燒結(jié)型釤鐵氮磁體的發(fā)展，目前主要發(fā)展方向是粘結(jié)型釤鐵氮磁體。
致密化挑戰(zhàn)也是制約因素。雖然粘結(jié)型釤鐵氮磁體已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段，但如何實(shí)現(xiàn)磁體的高致密化仍是需要解決的問(wèn)題。致密化程度直接影響磁體的磁性能，影響其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。
生產(chǎn)工藝技術(shù)尚不成熟。釤鐵氮的制備方法包括超急冷快淬、還原擴(kuò)散、機(jī)械合金化等方法，但規(guī)模化生產(chǎn)的一致性和穩(wěn)定性仍是挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)企業(yè)雖已突破技術(shù)壟斷，但生產(chǎn)工藝仍需優(yōu)化，產(chǎn)品性能的一致性和可靠性有待提高。
標(biāo)準(zhǔn)化體系缺失也制約行業(yè)發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范釤鐵氮粘結(jié)永磁粉的分類(lèi)與牌號(hào)、主要成分、粒度分布等指標(biāo)。沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一尺度，影響市場(chǎng)推廣。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速
盡管存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但釤鐵氮永磁材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在全球范圍內(nèi)加速推進(jìn)。
在國(guó)際市場(chǎng)，日本企業(yè)處于領(lǐng)先地位。大同磁石、住友金屬礦山和日亞化學(xué)等公司是全球釤鐵氮磁粉的主要生產(chǎn)商，前三家企業(yè)占有全球超過(guò)95%的市場(chǎng)份額。這些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，年總產(chǎn)量在500噸左右。
中國(guó)企業(yè)在釤鐵氮領(lǐng)域的突破尤為引人注目。寧夏君磁新材料科技有限公司成為全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)各向異性釤鐵氮的三家企業(yè)之一，打破了國(guó)外企業(yè)的長(zhǎng)期壟斷。
廣州新萊福已掌握釤鐵氮關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，具備釤鐵氮磁粉的小批量生產(chǎn)能力，正在推進(jìn)100噸/月量產(chǎn)線建設(shè)。
有研稀土從2010年開(kāi)始在科技部項(xiàng)目支持下開(kāi)展釤鐵氮粘結(jié)永磁粉量產(chǎn)化工作，現(xiàn)已建立年產(chǎn)300噸的生產(chǎn)線。此外，安徽萬(wàn)朗磁塑、杭州永磁集團(tuán)、沈陽(yáng)新橡樹(shù)、贛州釤元永磁等企業(yè)也在積極研發(fā)釤鐵氮永磁材料。
標(biāo)準(zhǔn)化工作也在同步推進(jìn)。全國(guó)稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)已牽頭制定《釤鐵氮粘結(jié)永磁粉》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，由有研稀土新材料股份有限公司作為主要起草單位。這將為行業(yè)健康發(fā)展提供規(guī)范和支持。
市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。2023年全球釤鐵氮磁鐵市場(chǎng)規(guī)模約為2.9億元人民幣，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到3.7億元，2024-2030期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為3.5%。雖然當(dāng)前市場(chǎng)規(guī)模較小，但增長(zhǎng)潛力巨大。未來(lái)五年將是釤鐵氮產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵期。隨著相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定完成和企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，釤鐵氮有望在多個(gè)領(lǐng)域替代傳統(tǒng)釹鐵硼磁體，特別是在高溫、高腐蝕性等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用場(chǎng)景。
結(jié)語(yǔ)
稀土永磁材料的發(fā)展歷程從未停止，而釤鐵氮正站在這一進(jìn)程的前沿。它不僅代表著材料科學(xué)的進(jìn)步，更是人類(lèi)高效利用有限資源的一次重要嘗試。對(duì)于關(guān)注新材料和可持續(xù)發(fā)展的人來(lái)說(shuō)，釤鐵氮的發(fā)展軌跡值得持續(xù)關(guān)注。
參考來(lái)源：
李志杰，等：釤鐵氮磁體制備及性能
聶曉峰，等：各向異性釤鐵氮永磁材料制備技術(shù)進(jìn)展
君磁科技官網(wǎng)、寧東能源化工基地管委會(huì)、東方財(cái)富網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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