磁性材料——电子信息产业的“细胞”

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什么是磁性材料？

以磁科学进行研究的创始者当数吉尔伯特，后经安笛卡尔、奥斯特、安培、麦克斯韦、法拉第等人开创性的发现和发明，初步奠定了磁学科学的基础。

从1900年到1930年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、X射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性理论、金属电子量子论等相关的理论。从而形成了完整的磁学科学体系。在此后的20~30年间，出现了种类繁多的磁性材料。

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磁性材料的分类

磁性材料可以按矫顽力大小分为软磁材料和半硬磁材料和硬磁材料。软磁材料，指的是当磁化发生在矫顽力不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。软磁材料（soft magnetic material）具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是硅钢片以及各类软磁铁氧体。

软磁材料用于制造发电机和电动机的定子和转子；变压器、电感器、电抗器、继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯; 磁记录的磁头与磁介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯、极头与极靴；磁路的导磁体等。它们是电机工程、无线电、通讯、计算机、家用电器和高新技术领域的重要功能材料。软磁材料制造的设备与器件大多数是在交变磁场条件下工作，要求其体积小、重量轻、功率大、灵敏度高、发热量小、稳定性好、寿命长。

纯铁和低碳钢

含碳量低于0.04%，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。

铁硅系合金

含硅量 0.5% ～ 4.8%，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，热导率下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。

铁铝系合金

含铝6%～16%，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。

铁硅铝系合金

在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。

镍铁系合金

镍含量30%～90%，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。

铁钴系合金

钴含量27%～50%。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。

软磁铁氧体

非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10-2～1010Ω·m ），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件。

非晶态软磁合金

一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。

超微晶软磁合金

20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超微晶合金。

永磁材料又称硬磁材料。一经磁化即能保持恒定磁化强度的材料。具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。主要利用永磁体在气隙产生足够强的磁场，利 用磁极与磁极的相互作用，磁场对带电物体或离子或载电流导体的相互作用来做功，而实现能量转换。永磁材料已纤在通讯、自动化、音像、计算机、电机、仪器仪表、石油化工、磁分离、磁生物、磁医疗与健身器械、玩具等技术领域得到广泛的应用。

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全球磁性材料顶尖企业

（1）德国VAC公司—提供整套磁性技术方案；

（2）美国莱尔德电子材料集团—设计和制造电磁屏蔽材料和无线天线产品，在中国拥有8家大型生产制造企业；

（3）美国阿诺德磁技术公司—多品种的磁性材料和部件供应商，在深圳设立制造中心；

（4）美磁公司—高性能软磁材料生产供应商；

（5）日本TDK公司；

（6）日本住友金属株式会社日立金属—全球最大的高性能永磁材料生产商；

（7）横店东磁；

（8）天通磁业；

（9）领益智造；

（10）中科三环

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磁性材料的市场、机遇、挑战

我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位。其中, 永磁铁氧体的产量达11×104t，居世界首位；软磁铁氧体产量4×104t，居世界前列；稀土永磁产量4300t，居世界第二。但是，目前我国生产的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料,与发达国家存在较大的差距，产值与产量不相称。

我国磁性材料行业的问题：(1) 企业经济规模有待提高。(2) 磁性产品档次有待提高——在国际市场上，30 %的高档产品占市场销售额的70%。我国产品比国际市场价格低50%以上。(3) 生产工艺和设备相对落后。(4) 磁性产品缺少应用开发。

我国稀土资源、产业的一些亟待解决的问题：美国一份报告统计显示，中国稀土储量占全球的36%，产量则占世界产量的97%。与之形成鲜明对比的是，美国2009年的稀土储量占世界13%，而产量为零；俄罗斯储量占世界19%，产量为零。

 

（1）中国稀土生产规模和生产量世界第一、出口量第一，但中国却没有稀土定价权。销售粗加工、低附加值、恶性竞争，“黄金”卖“萝卜”价。

（2）在全球产业链上，中国长期以来沦为发达国家廉价的初级产品供应商，特别是在稀土新材料领域，中国几乎没有自主知识产权，不少稀土企业维持在微利和亏损的边缘。NbFeB烧结永磁体、粘结永磁体。

（3）中国稀土开发浪费和环境污染现象严重，稀土生产现状难以持续下去，占世界稀土资源比例已下降。

（4）中国稀土被西方广泛应用于军工等行业，是高科技产品和武器的关键原材料，稀土再廉价也不会被西方国家打入贸易倾销黑名单；可是，西方国家却在高科技产品对华限制出口，尤其在高科技军售方面长期实施禁运。

审核编辑 ：李倩