中国粉体网讯 近日，俄罗斯国立研究型技术大学（NUSTMISIS）与库尔纳科夫普通与无机化学研究所联合团队在《俄罗斯无机化学杂志》发布一项突破性研究，宣布成功开发出全球首款高性能六角钡铁氧体陶瓷磁体，或将彻底改写永磁材料产业对稀土元素的依赖格局。
01.永磁材料有这三种
磁性材料的应用在我国已经有相当久远的历史。东周时期我国的科学家就发现了具有吸铁特性的“石头”并于《吕氏春秋》上记载下了“慈石招铁”，之后由磁石制得的四大发明之一——指南针便是永磁体最早的应用。
永磁材料在外加磁场后可长时间保持稳定磁性，兼具高剩磁、高矫顽力、高磁能积及高稳定性的特点。直到上个世纪末，永磁材料才开始快速发展并逐步发展为金属合金类永磁材料、稀土永磁材料、铁氧体永磁材料几种类型。
金属合金类永磁材料于二十世纪三十年代开始逐步问世，其中以具备最大磁能积达到40kJ/m3的铝镍钴系合金磁钢发展应用最为广泛，并居于永磁材料统治地位达到半个世纪之久。但是其存在不易均匀充磁以及退磁的缺点，且其机械性能过于坚硬，不易加工成型，故而大多数情况下仅能采用铸造工艺成型，使得生产工序复杂且低效。
稀土永磁材料是指以稀土金属Sm、Nd、Pr等和过渡族金属Co、Fe等，采用合金熔炼的工艺制备的高性能永磁材料。其中钕铁硼（NdFeB）永磁材料由于其具备最高性能的磁能积，亦被称为“永磁王”。但由于稀土永磁材料需要钴元素且制备工艺条件奇刻，需要全程的氮气保护，因而其性价比不高，目前主要应用于高端市场。
铁氧体永磁材料主要供应分布
铁氧体永磁材料，又称磁性陶瓷，是先进陶瓷中的一类重要的功能陶瓷材料，它是将铁的氧化物与其他某些金属氧化物用制造陶瓷的工艺方法制成的具有亚铁磁性的金属磁性材料。其原料来源丰富，生产条件简单、过程可控且产品的抗侵蚀性强。此外，铁氧体永磁材料仅在离子取代过程中掺入少量的Co、Ni以及稀土元素，故成本相较于前者大大降低。正因如此，铁氧体是目前应用最广的永磁材料，在生产和应用上已经占据主体地位。
02.“去稀土化”已引起发达国家重视
目前，在高端市场，稀土永磁材料仍不可替代，但也面临很大的难题。例如，钕铁硼磁体虽具备1.5T超高磁能积，但其稀土元素占比达30%，而稀土又长期存在资源供需失衡严重的问题。此外，随着温度升高，稀土永磁材料劣化特性增大，对于要求在200℃以上的温度区域稳定运转的新一代汽车和风能产业来说，存在诸多限制。为了弥补这些不足，确保良好的高温特性以及产业价格竞争力，迫切需要不用或减少稀土元素使用，同时开发替代性的新型永磁材料。
发达国家已经认识到开发新型磁性材料的必要性，因而正在从国家层面开展一些超大型项目。
近年来，以日本为中心的国家积极开展稀土类磁性材料替代材料的研究，在日本国内，从2007年开始，作为日本经济通产省“稀有金属替代材料开发项目”的一部分，首先开始了“稀土类磁性材料中减少稀土使用量”的技术开发。通过这些技术，已经成功实现稀土使用量减少约50%，部分技术已经实现商业化。2012年开始启动“新元素战略项目”，除了稀土减量技术，对于新型永磁铁开发，尝试从“理论-材料-评价”的融合研究概念中寻找答案。将这些课题按照开展阶段进行分类，大致包括：①减少最稀缺的重稀土元素（Dy）的阶段；②减少总稀土含量的阶段；③最终开发新型磁性材料以取代稀土磁铁的阶段。
美国从2011年开始推行名为“材料基因组计划”的新战略材料开发项目，重点是替代稀土的新合金材料的开发课题。此外，从2009年起，美国特拉华大学的GeorgeC.Hadjipaanysis教授团队开始着手稀土替代型磁性材料的开发。
在欧盟地区，已经启动了名为“ROMEO”的课题，这是欧洲七大框架计划之一，旨在开发更为先进的永磁铁，不使用或减少使用关键原材料。在2008年首次举办了原材料倡议，重点探讨混动/电动汽车关键零部件高性能磁铁中稀土元素Nd的减量/替代方案。
此外，韩国对异于传统稀土磁性材料的新型磁性材料也展开了一系列的研究。
03.俄罗斯新成果，或将推动每年$150亿的价值转移
纳米重构+液相烧结双突破
此番俄罗斯研究团队成功开发出了全球首款高性能六角钡铁氧体陶瓷磁体系通过两项核心技术实现破局。
首先是纳米晶片工程：研究人员精确调控钡铁氧体晶体生长方向，制备出直径50nm、厚度5nm的六边形纳米片，矫顽力提升至5.6kOe，较商用产品提升40%；
其次是低温致密化工艺：研究人员创新引入氧化铋/氧化硼低温熔剂，在900℃实现陶瓷体烧结，晶粒生长抑制率超75%，最终磁体矫顽力稳定在5.3kOe。
项目负责人安德烈·季莫费耶夫副教授介绍说，“我们的磁体在-60℃至200℃温域内磁通衰减率小于3%，这使其在汽车电机等极端环境应用中具备显著优势。”
成本直降近80%的绿色替代方案
该新型陶瓷磁体的商业化将带来三重变革：
（1）成本方面，原料成本仅为钕磁体的1/5，磁体综合生产成本降低78%；
（2）性能方面，耐腐蚀性达ASTMB117标准2000小时盐雾测试要求，寿命延长3倍；
（3）供应链方面，完全规避稀土元素，缓解地缘政治导致的供应风险。
目前该技术已进入中试阶段，计划2026年在圣彼得堡建立首条示范产线。据测算，单条产线年产500吨磁体可满足30万台新能源汽车驱动电机需求。
该项目作为俄罗斯"Priority 2030"国家战略重点支持的"未来材料"计划核心成果，已获得12项国际专利。参与企业评估显示，全面替代稀土磁体后，全球永磁材料市场将迎来每年$150亿的价值转移。
剑桥大学材料系教授艾米丽·卡特评论称："这项突破标志着陶瓷磁体正式进入高性能应用领域，为全球碳中和目标提供了关键材料解决方案。"随着德国博世、日本电产等跨国巨头启动技术评估，一场席卷全球的磁体材料革命已拉开帷幕。
参考来源：
[1]陈羽峰等.永磁铁氧体材料发展现状与研究进展
[2]高尚.非稀土取代制备高性能锶永磁铁氧体材料
[3]罗晔.永磁材料的研究动向和未来研究方向
[4]胡胜龙等.我国永磁材料行业现状及其发展趋势
[5]粉体网，磁材宝等
（中国粉体网/山川）
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