稀土元素是現(xiàn)代工業(yè)的“維生素”，其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)使其在新材料領(lǐng)域備受青睞。稀土永磁材料作為稀土元素在磁性材料領(lǐng)域的重要應(yīng)用，兼具高剩磁、高矯頑力和高最大磁能積等優(yōu)異特性，在諸多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著新能源、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，稀土永磁材料在新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電等方面的需求日益增長(zhǎng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。同時(shí)，我國(guó)作為世界第一稀土資源大國(guó)，在稀土永磁材料的研發(fā)和應(yīng)用方面起步較早，已經(jīng)形成了門(mén)類(lèi)齊全的產(chǎn)業(yè)體系。但在高端應(yīng)用領(lǐng)域，仍面臨核心技術(shù)受制于人、產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡等挑戰(zhàn)。

1稀土永磁材料的特性

稀土永磁材料是由稀土元素與過(guò)渡族金屬組成的一類(lèi)新型功能材料，具有優(yōu)異的磁學(xué)性能和廣泛的應(yīng)用前景。稀土永磁材料主要包括SmCo系和NdFeB系兩大類(lèi)，擁有永磁體高剩磁、高矯頑力和高最大磁能積的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)鐵氧體永磁材料相比，稀土永磁材料的最大磁能積可提高10倍以上，這既可以使電機(jī)、傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化，又可顯著提升設(shè)備效率，降低能耗。以NdFeB永磁材料為例，其最大磁能積可達(dá) 400kJ/m³ 以上，居已知材料之首。同時(shí)，NdFeB永磁材料的居里溫度可達(dá)300‰ 以上，具備優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性能，可滿(mǎn)足苛刻工況的應(yīng)用需求。SmCo永磁材料則兼具高磁能積與高居里溫度的優(yōu)勢(shì)，最高使用溫度可達(dá) 350^°C 以上，且耐腐蝕性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。

稀土永磁材料為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展提供了高性能基礎(chǔ)材料，推動(dòng)了節(jié)能、高效、小型化設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步[2]。隨著稀土開(kāi)采和冶煉分離技術(shù)的進(jìn)步，稀土永磁材料的制備成本不斷降低，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓展，成為未來(lái)材料技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

2稀土永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，在節(jié)能環(huán)保政策的推動(dòng)下，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，而稀土永磁電機(jī)以其高效、節(jié)能、小型化的優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件。稀土永磁同步電機(jī)采用稀土永磁體作為轉(zhuǎn)子，具有功率密度高、效率高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。相比傳統(tǒng)電機(jī)，在相同功率下永磁同步電機(jī)的體積和重量可降低 40% 以上，電池能量利用效率可提高5% 以上，從而大幅提升新能源汽車(chē)的續(xù)航里程。例如，采用NdFeB永磁材料的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其功率密度可達(dá) 3kW/kg ，而傳統(tǒng)鐵氧體電機(jī)的功率密度僅為1kW/kg 左右。

目前，國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)企業(yè)紛紛采用稀土永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，特斯拉Model3、比亞迪秦ProEV等車(chē)型均配備了NdFeB永磁同步電機(jī)。未來(lái)，隨著新能源汽車(chē)的大規(guī)模普及，稀土永磁材料在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到2025年，全球新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用稀土永磁材料需求量將超過(guò)10萬(wàn)t。稀土永磁材料已經(jīng)成為影響新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

2.2風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電是一種清潔、高效的可再生能源發(fā)電方式。稀土永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)以其高功率密度、高發(fā)電效率等優(yōu)勢(shì)，成為大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選配置。相比傳統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)取消了變速箱和勵(lì)磁繞組，結(jié)構(gòu)更加緊湊，噪聲更低，且發(fā)電效率可提高 3% 以上。目前，2MW及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用NdFeB永磁直驅(qū)技術(shù)路線。全球風(fēng)電整機(jī)制造巨頭如西門(mén)子歌美諷、GE、金風(fēng)科技等，均已開(kāi)發(fā)出兆瓦級(jí)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組。未來(lái)，隨著海上風(fēng)電的快速發(fā)展，高功率風(fēng)電機(jī)組的占比將進(jìn)一步提升。對(duì)于 10MW 及以上的海上風(fēng)電機(jī)組，其發(fā)電機(jī)功率密度要求高達(dá) 8kW/kg 以上，而這一指標(biāo)只有采用NdFeB永磁體才能實(shí)現(xiàn)。

因此，高性能稀土永磁材料是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)大型化、低成本、高效率發(fā)展的關(guān)鍵材料。預(yù)計(jì)到2025年，全球風(fēng)電領(lǐng)域稀土永磁材料的需求量將達(dá)到5萬(wàn)t，占全部稀土永磁材料需求的 30% 以上。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)已成為稀土永磁材料的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

稀土永磁材料以其高性能和微型化優(yōu)勢(shì)，在消費(fèi)電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品的快速迭代，用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的便攜性、功能性、續(xù)航能力提出了更高要求，這就需要采用體積小、功耗低、性能高的電子元器件。稀土永磁材料恰好能滿(mǎn)足上述需求，成為微型揚(yáng)聲器、振動(dòng)馬達(dá)、觸覺(jué)反饋裝置等的關(guān)鍵材料。以微型揚(yáng)聲器為例，傳統(tǒng)鐵氧體磁路已難以滿(mǎn)足智能手機(jī)對(duì)音質(zhì)的要求，而采用NdFeB磁路不僅可使揚(yáng)聲器尺寸減小 20% 以上，頻響范圍可擴(kuò)展至 2kHz 以上，顯著提升了音質(zhì)表現(xiàn)。再如智能手表等可穿戴設(shè)備，需要在有限空間內(nèi)集成傳感器、振動(dòng)反饋、無(wú)線充電等功能，這就要求采用高性能NdFeB磁體來(lái)驅(qū)動(dòng)線性馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)力反饋和觸覺(jué)反饋。

未來(lái)，隨著5G、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)與消費(fèi)電子的加速融合，稀土永磁材料在高端電聲、人機(jī)交互、智能穿戴等領(lǐng)域?qū)@得更大的應(yīng)用空間。以智能手機(jī)為例，受疫情和芯片短缺影響，2020年全球智能手機(jī)出貨量出現(xiàn)下滑，但隨著5G換機(jī)潮的到來(lái)，預(yù)計(jì)未來(lái)3年智能手機(jī)出貨量將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，這將帶動(dòng)手機(jī)磁性元件用NdFeB需求以 8% 以上的速度增長(zhǎng)。

3稀土永磁材料的發(fā)展趨勢(shì)

3.1高性能稀土永磁材料的研發(fā)方向

隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，稀土永磁材料也在向高性能化方向發(fā)展。未來(lái)，高性能稀土永磁材料的研發(fā)將集中在以下幾個(gè)方向：

（1）開(kāi)發(fā)新型高磁能積材料。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的燒結(jié)NdFeB永磁體，其最大磁能積已接近理論極限，而實(shí)際應(yīng)用中材料的磁性能還受到溫度和化學(xué)穩(wěn)定性的限制[3]。因此，亟須開(kāi)發(fā)新型高磁能積材料體系，如NdFe12N、SmFe12等，通過(guò)優(yōu)化晶界相和表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高材料的綜合磁性能。

（2）開(kāi)發(fā)高矯頑力永磁材料。高矯頑力永磁材料可在強(qiáng)反向磁場(chǎng)下穩(wěn)定工作，在節(jié)能電機(jī)、磁懸浮等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。借助非平衡態(tài)快淬、表面修飾、晶界擴(kuò)散等工藝手段，可顯著提高材料的內(nèi)稟矯頑力，NdFeB永磁體的矯頑力有望從目前的 2500kA/m 提高到 5000kA/m 以上。

（3）開(kāi)發(fā)高溫穩(wěn)定性永磁材料。隨著稀土永磁材料在航空航天、深井采礦等極端環(huán)境中的應(yīng)用拓展，對(duì)材料的高溫穩(wěn)定性提出了更高要求。優(yōu)化稀土元素組分，采用梯度功能結(jié)構(gòu)，可提高 SmCo 永磁體的居里溫度至 500‰ 以上。在NdFeB中添加重稀土，優(yōu)化晶粒取向，可使其高溫磁性能接近SmCo材料，隨著上述新型高性能永磁材料的研發(fā)成功和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將推動(dòng)稀土永磁材料在高端裝備制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。

3.2稀土資源的可持續(xù)利用

雖然稀土永磁材料在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)也面臨著稀土資源枯竭的挑戰(zhàn)。作為不可再生的戰(zhàn)略資源，稀土在開(kāi)采和冶煉過(guò)程中可能造成環(huán)境污染，且部分稀土礦屬于共伴生礦，開(kāi)采成本較高。因此，為實(shí)現(xiàn)稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取多種措施，提高資源利用效率。加強(qiáng)對(duì)稀土資源開(kāi)發(fā)的宏觀調(diào)控，嚴(yán)格控制稀土開(kāi)采總量，優(yōu)化資源開(kāi)發(fā)布局，重點(diǎn)發(fā)展綠色、高效、規(guī)模化的稀土開(kāi)采及冶煉分離技術(shù)，從源頭提高資源利用水平。

完善稀土產(chǎn)業(yè)政策法規(guī)，加強(qiáng)稀土資源和產(chǎn)品全生命周期管理，從開(kāi)采、冶煉、應(yīng)用到回收全過(guò)程加強(qiáng)管控，嚴(yán)厲打擊稀土走私、濫采濫挖等違法行為。建立健全稀土回收利用體系。統(tǒng)籌稀土應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、回收與再利用，推行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制，積極推動(dòng)廢舊稀土永磁材料的回收和再利用，據(jù)估算從廢舊稀土永磁材料中回收稀土，可減少80% 以上的稀土開(kāi)采量，加強(qiáng)稀土全產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展，在開(kāi)采、冶煉、應(yīng)用各環(huán)節(jié)落實(shí)節(jié)約、集約循環(huán)利用理念，能最大限度地提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.3新型稀土永磁材料的探索

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正蓬勃興起，量子信息、人工智能等新興領(lǐng)域?qū)π滦痛判圆牧咸岢隽烁叩囊?，為稀土永磁材料研究指明了新的方向。例如，鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)臨界溫度不斷刷新，亟須開(kāi)發(fā)低溫制冷用新型永磁材料；又如拓?fù)浣^緣體、外爾半金屬等新型量子材料的發(fā)現(xiàn)，催生出磁性拓?fù)浣^緣體、自旋超流等新概念，為新型自旋電子學(xué)器件用永磁材料帶來(lái)了新的研究路徑；再如基于稀土永磁材料的超磁致伸縮合金，有望用于下一代高精度傳感器、驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)。

通過(guò)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的融合探索，稀土永磁材料將不斷拓展基礎(chǔ)研究新領(lǐng)域，孕育出創(chuàng)新性應(yīng)用，從而在新一輪科技革命中占據(jù)制高點(diǎn)。這需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的緊密結(jié)合，強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，加快人才培養(yǎng)和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，早日實(shí)現(xiàn)從材料大國(guó)到材料強(qiáng)國(guó)的跨越。

4結(jié)語(yǔ)

稀土永磁材料以其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在新能源、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，已成為關(guān)乎國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料。在新形勢(shì)下，大力發(fā)展稀土永磁材料，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、培育壯大新動(dòng)能，加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)，具有十分重要的意義。這需要進(jìn)一步發(fā)揮我國(guó)稀土資源優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)政策引導(dǎo)和頂層設(shè)計(jì)，加大創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力度，突破材料設(shè)計(jì)、制備工藝、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵核心技術(shù)，提升稀土永磁材料的自主可控能力。同時(shí)，要樹(shù)立全球視野，加強(qiáng)國(guó)際交流合作，積極參與全球稀土產(chǎn)業(yè)治理，推動(dòng)構(gòu)建互利共贏、包容普惠的國(guó)際稀土新秩序。

參考文獻(xiàn)：

［1］王藝蓓.“雙碳\"背景下推進(jìn)我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定發(fā)展的對(duì)策研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2023，13(10):60-62.

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[3］楊玉梅.稀土永磁材料的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)粉體工業(yè)，2020(2) :27-30.