La、Co代换永磁铁氧体的高性能化与工艺技术

何水校

（西南应用磁学研究所，四川绵阳621000）

摘 要：介绍了日本TDK、日立公司等开发高性能永磁铁氧体的一些基本情况，简要报道了离子代换等有关工艺技术的最新进展。
关键词：永磁铁氧体；离子代换；高性能；工艺技术

1 前言
通过掺杂或组合掺杂来实现各种离子代换是研究磁性材料的交换作用、磁晶各向异性等本征特性和改善材料磁性能和物理性能的重要方法之一。早在上世纪七八十年代，人们就已认识到，添加稀土族的La离子和过渡族Co离子等可以提高永磁铁氧体的磁性能[1]。
随着汽车、电动自行车、办公自动化设备、通讯、计算机、网络等家用电器与电子信息产业的高速发展，日本著名的磁性材料企业走科技创新之路，立足于开发技术导向性磁性产品，与时俱进，瞄准市场，不断推动永磁铁氧体的高性能化，其主要技术手段就是采用La、Co组合掺杂来实现各种离子代换，使高性能永磁铁氧体的开发达到了分子设计水平。与此同时，在工艺技术方面也有不少新的尝试。
本文根据最新的一些资料，介绍了日本TDK公司开发的FB9系列、日立公司的YBM-9系列以及我国新的行业标准中Y40等高性能永磁铁氧体的基本情况，简要报道了离子代换等有关工艺技术的最新进展。
2 FB9系列：永磁铁氧体高性能化的标志
1989年起，为了适应扬声器、电机和汽车电子部件小型化、多功能化的发展趋势，日本TDK公司通过添加稀土氧化物等各种离子代换，优化配方设计，并进行了一系列工艺技术的改进，先后推出了FB6N、FB6B和FB6H等高性能永磁铁氧体新牌号；10年后，即1999年，为迎接新世纪的到来，TDK采用La、Co组合离子代换技术，开发出了新一代La-Co置换型高档永磁铁氧体，并将这类新材料命名为FB9B和FB9H等牌号；2000年又推出了FB9N，形成了目前世界上性能最高的永磁铁氧体新产品棗FB9系列，最大磁能积已接近理论值，可满足摄像机、数码相机以及各类电机进一步小型化、高效化的需求[2]。
随后，针对全球日益增长的电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）等市场的需求，2001年TDK公司还推出了FB5D干压各向异性永磁铁氧体，成为世界上性能最高的永磁铁氧体干压产品。
表1是近三年来日本TDK推出的永磁铁氧体新产品主要技术性能，作为比较，表2列出了TDK于1989~1993年公布的FB6系列永磁铁氧体主要技术性能，可见性能档次提高之大，技术进步速度之快，都是十分引人注目的。
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3 实现永磁铁氧体高性能化的工艺途径
概括来说，实现永磁铁氧体高性能化的工艺途径主要有两条：一是通过组合掺杂、离子代换，对铁氧体材料的配方进行优化设计；二是通过工艺技术的改进与创新，达到永磁铁氧体高性能的目标。
Sr、Ba等铁氧体永磁属主轴型六角晶系铁氧体，此类化合物的一般分子式为AB12O19，其中A为半径与氧离子相近的阳离子，如Sr2+、Ba2+等，B为三价阳离子，如Fe3+、Al3+等。此类化合物的晶体结构与天然磁铅石同型，所以又称为磁铅石型铁氧体。磁铅石型铁氧体可以进行多种离子代换，Sr2+、Ba2+等离子可全部代换A离子，形成单一的磁铅石型化合物，Ca2+、K1+等离子及稀土族元素的离子也能部分或全部代换A离子；而3d过渡族元素的离子均可部分或全部代换B离子。几十年来，从事磁学与磁性材料研制生产的科技人员一直致力于组合掺杂、离子代换的试验与研究，通过多种离子代换的方法来改善材料的磁性能以及研究交换作用、磁晶各向异性等本征性能。
近年来的研究表明，少量添加稀土氧化物或进一步采用La、Co离子组合代换可以增大矫顽力而又不影响Br，从而显著提高(BH)max，此外，往往还可扩展烧结温度的范围，有利于提高产品的批量合格率。日本TDK公司正是通过La、Co离子代换，并添加Zn优化配方设计，在此基础上，进行了一系列工艺技术的改进，实现了永磁铁氧体的高性能化。
图1是TDK高性能永磁铁氧体的最新工艺流程[2]，可以看出其成型前的粉料处理，包括脱水（Dehydration）、混练（Kneading）和分散（Dispersion）等工艺很有特色，值得借鉴。

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4 永磁铁氧体高端技术的竞争在所难免
近年来，日立金属（Hitachi Metals）在以前的高性能各向异性Sr铁氧体永磁YBM-5、YBM-6和YBM-7系列牌号的基础上，推出了La、Co组合离子代换的YBM-9新系列，成为TDK强有力的竞争对手。表3是日立金属高性能永磁铁氧体的主要技术指标[3]。请注意日立金属La-Co置换型高档永磁铁氧体YBM-9系列有4个牌号，而不象TDK的FB9系列仅3个牌号，日立自称是开发La-Co置换型高档永磁铁氧体的世界先驱。

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5 我国新的行业标准中Y40等高性能永磁铁氧体
近年来，在向高性能永磁铁氧体进军的队伍中，作为全球永磁铁氧体生产大国棗中国也不甘落后，奋力追赶，取得了一系列令人瞩目的成就。
首先，在复合掺杂、配方优化设计方面，除一些相关的大专院校、科研院所不断进行探索和研究外，我国多数铁氧体永磁生产厂家，包括部分中小企业都做出了卓有成效的工作。不仅采取离子代换的方法，还对铁氧体材料进行广泛的纳米添加试验，得到了大量有意义的实验结果：有的企业通过纳米添加试验和离子代换技术，利用中低档预烧料制造高性能永磁铁氧体磁瓦和辐射取向磁环；有的企业通过组合离子代换和工艺技术的创新，在FB9系列产品的研制工作中取得了突破性进展。
其次，为了跟踪永磁铁氧体高性能化的国际潮流，我国磁性行业于2002年推出了新的行业标准SJ/T10410-2002《永磁铁氧体材料》标准，以代替SJ/T10410-1993标准。在新标准中，删去了Y20和Y23，将Y26H改为Y26H-1，并增加了Y26H-2、Y28H-1、Y28H-2、Y32H-1、Y32H-2、Y33H、Y34、Y35、Y36、Y38、Y40，详见表4。
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5 结语
高性能、低成本、拓展新应用，形成产业链，这应当成为我国永磁铁氧体乃至整个磁性行业实现跨越式可持续发展的基本指导方针。在建设永磁铁氧体世界强国的道路上，我们已取得了重大进展，展望未来，我们必将取得更加辉煌的成就。

参考文献

[1] 都有为. 铁氧体[M]. 南京：江苏科技出版社，1996.
[2] TDK公司产品目录. 2002.2.
[3] 日立金属（Hitachi Metals）产品目录. 2003.1.