文/張子瑞

技術突破
促稀土資源綜合利用

文/張子瑞

2014年，世界貿(mào)易組織就中國的稀土出口管理措施最終裁決中國敗訴。商務部日前公布的《2015年出口許可證管理貨物目錄》明確取消了已執(zhí)行了16年的稀土出口配額制度。在這種形勢下，如何提振中國稀土產(chǎn)業(yè)？業(yè)內(nèi)認為，未來取決于我們能否在該領域占有高科技優(yōu)勢，而不能再單純依靠資源優(yōu)勢。

長期以來，我國的稀土供應了全球90%以上的需求，但專利技術主要掌握在西方大國手中，一方面我國無法自行生產(chǎn)高端產(chǎn)品，另一方面還要向國外專利持有人支付巨額專利費。為打破這種局面，我國科技工作者進行著不懈努力。其中，北京大學楊應昌院士主持、由北京大學與北京恒源谷科技股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的高性能各向異性釤鐵氮磁粉及其粘結(jié)磁體取得重大突破，已經(jīng)通過了國家863驗收，進入規(guī)?；慨a(chǎn)階段。據(jù)稱，此發(fā)明是我國在稀土永磁領域唯一的一項原創(chuàng)性發(fā)明，擁有完全的知識產(chǎn)權，標志著我國在稀土科技領域的地位和影響日益顯著，這對于綜合利用稀土資源，提高資源利用率，進一步推進電器小型化、節(jié)能化發(fā)展具有重要的意義。北京恒源谷科技股份有限公司總經(jīng)理王新安對此發(fā)表了自己的看法。

知識產(chǎn)權曾長期受制于人

稀土功能材料是十三類新材料之一，在國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著核心基礎材料作用，其中，稀土永磁材料是稀土功能材料最重要的方面。

20世紀80年代以來，稀土永磁材料主要是用來生產(chǎn)釹鐵硼。釹鐵硼是一種非常優(yōu)秀的永磁材料，但也有其不足，其中最主要的問題就是，用這種材料制作粘結(jié)磁粉，其晶體結(jié)構是各向同性的，最大磁能積僅到16MGOe,不能適應高端領域產(chǎn)品的需求。其次，粘結(jié)釹鐵硼的成型工藝受到限制，不適宜制作柔性磁體和復雜異形磁體。第三，釹鐵硼磁粉的專利歸外國公司所有，受到國外知識產(chǎn)權的制約。我國國內(nèi)生產(chǎn)釹鐵硼的企業(yè)很多，有些還是上市公司，但都不具有釹鐵硼的專利權，需要向國外支付專利費，同時，這些企業(yè)之間又存在競爭，導致利潤越來越低，產(chǎn)能嚴重過剩，很多企業(yè)開工不足，因此，需要開發(fā)新產(chǎn)品來嘗試改善這種局面。

此外，還要看到，稀土資源并非中國獨有，日本等國已開始嘗試從其他國家尋求資源來源，我國的資源優(yōu)勢可能會逐漸降低，因此，很有必要通過科技創(chuàng)新來提振整個稀土產(chǎn)業(yè)。

釤鐵氮研發(fā)獲突破，開始規(guī)模量產(chǎn)

稀土金屬是伴生的，隨著釹鐵硼材料的大量應用，在開發(fā)提煉釹的同時，積壓了大量同時提煉出來的其他稀土元素，如釤。如何綜合有效利用稀土資源，是我們一直關注的一個課題。

與該項目有關的研究，北京大學已經(jīng)持續(xù)進行了20多年，經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展。第一階段，北京大學楊應昌研究組和愛爾蘭大學Coey研究組基于所發(fā)現(xiàn)的在稀土合金中氮的間隙原子效應，發(fā)明了內(nèi)稟磁性可與釹鐵硼媲美的新材料釹鐵氮和釤鐵氮，盡管氮化物具有優(yōu)異的內(nèi)稟磁性，可是傳統(tǒng)的工藝不能做出高性能稀土鐵氮磁粉。第二階段，北京大學開發(fā)了適宜的工藝,使這種新材料具備了優(yōu)異的永磁性能,當時金屬釤的價格是釹的數(shù)倍，因此將釹鐵氮被視為性能高而價格低的材料加以開發(fā)。第三階段，北京大學針對釹鐵氮進行了產(chǎn)業(yè)化技術研發(fā)，經(jīng)過了產(chǎn)業(yè)化中試試驗。到2005年，金屬釤的價格開始低于釹，為了適應市場原料價格的波動，實現(xiàn)產(chǎn)品多元化，又重點開發(fā)了釤鐵氮。目前已經(jīng)在穩(wěn)定量產(chǎn)高性能釤鐵氮磁粉。同時，所開發(fā)的釤鐵氮各向異性磁粉產(chǎn)業(yè)化的關鍵技術達到國際先進水平，釤鐵氮各向異性磁粉的性能達到國際領先水平，該成果已取得了中國、美國、日本和歐盟的發(fā)明專利。

在稀土永磁材料中，釹鐵硼磁體是市面上最常用的產(chǎn)品，與釹鐵硼相比，釤鐵氮磁粉有四點優(yōu)勢？首先，與當前商用的釹鐵硼粘結(jié)磁粉相比，釤鐵氮各向異性磁粉具有更高的剩余磁感應強度、更高的磁能積和更強的抗氧化和抗腐蝕能力。其次，釤鐵氮磁粉的成型工藝好，易于直接加工成薄壁環(huán)形、棒形、瓦型等三維復雜形狀，適于壓延、擠出、注射和模壓等各種粘結(jié)磁體工藝方法，成型后公差精度高；體積小、重量輕。第三，釤鐵氮磁粉完全是我國的自有專利技術。最后，從生產(chǎn)成本方面考慮，較之制備高性能釹鐵硼磁粉所需的材料，目前釤鐵氮磁粉的材料成本相對較低。

助力節(jié)能電機行業(yè)發(fā)展

稀土永磁電機是國家大力推廣的高效節(jié)能電機，與傳統(tǒng)勵磁式電機相比，具有減化結(jié)構、降低損耗、提高效率的特點，是新能源汽車等行業(yè)的重要基礎部件。由于各向異性釤鐵氮磁粉磁能積高，因此以這種材料制作的粘結(jié)磁體可以縮小所需的磁體體積，減少稀土材料的使用，提高電機的效率。

此外，釹和釤是共生的，在大量使用釹的同時，導致了大量釤資源閑置，沒有得到充分利用，而我們這項以釤為基本元素的新型稀土永磁材料，恰恰能夠解決這一問題，促進稀土資源的綜合有效利用。這項技術可廣泛應用于計算機、電動汽車、辦公自動化、家用電器等電子產(chǎn)品中，對信息、交通、能源、環(huán)境諸領域的技術進步起著推動和保障的作用，具有良好的應用前景。

邁向稀土科技強國，促進稀土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應該是我們未來的奮斗目標。我們應當在現(xiàn)有基礎上，繼續(xù)加強對科技創(chuàng)新的引導和扶持，努力提升科技成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化進程，擺脫知識產(chǎn)權嚴重受制于外國公司的局面。我們不僅要成為稀土資源大國、工業(yè)大國，還要成為科技強國。同時，科技創(chuàng)新要充分考慮我國資源特點，考慮資源的綜合利用、有效利用，服務于節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標。