在追求高效、節(jié)能、小型化的現(xiàn)代工業(yè)世界中，稀土永磁材料已成為電動汽車、風(fēng)力發(fā)電、機器人等高端技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的核心材料。目前廣泛應(yīng)用的釹鐵硼永磁材料雖性能優(yōu)異，卻存在耐高溫性不足、依賴昂貴稀土元素等問題。

隨著釹元素價格持續(xù)上漲和資源供應(yīng)隱憂浮現(xiàn)，市場迫切需要新一代解決方案。

釤鐵氮永磁的崛起

釤鐵氮（SmFeN）永磁材料最早于1990年由愛爾蘭科學(xué)家科伊（J. M. D. Coey）發(fā)現(xiàn)，它是由釤、鐵、氮三種元素組成的金屬間化合物。這一材料被業(yè)界普遍認為是繼釤鈷、釹鐵硼之后的第四代稀土永磁材料，在磁性能、成本控制和資源可持續(xù)性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

釤鐵氮的基本化學(xué)式為Sm2Fe17N3，其獨特之處在于氮原子進入Sm2Fe17的晶體結(jié)構(gòu)后，形成填隙化合物。這一過程不僅保持了原有晶體結(jié)構(gòu)，還使單胞體積增大約3%，并顯著提升了材料的磁性能。

釤鐵氮磁粉 圖源：君磁科技

與主流的釹鐵硼永磁材料相比，釤鐵氮具有更高的各向異性場（約14T，是釹鐵硼的2倍）、更高的居里溫度（476℃）以及優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性能。

釤鐵氮的磁性能源于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。氮原子的引入顯著提高了Sm2Fe17化合物的飽和磁化強度（達到1.54T）和磁晶各向異性，這使得釤鐵氮在理論上具有與釹鐵硼相媲美的最大磁能積，同時具備更好的高溫穩(wěn)定性。

性能優(yōu)勢突出

釤鐵氮永磁材料在多項關(guān)鍵性能指標上超越釹鐵硼，使其在特定應(yīng)用場景中具有不可替代的優(yōu)勢。

高溫穩(wěn)定性是釤鐵氮最突出的優(yōu)點之一。其居里溫度高達476℃，遠高于釹鐵硼材料。這意味著釤鐵氮在高溫環(huán)境下能更好地保持磁性能，不會因溫度升高而出現(xiàn)明顯退磁現(xiàn)象。這一特性使其在汽車電機、工業(yè)電機等高溫工作環(huán)境中具有巨大應(yīng)用潛力。

在耐腐蝕性方面，釤鐵氮表現(xiàn)同樣出色。與釹鐵硼不同，釤鐵氮不需要進行表面涂層處理就能具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能，這不僅簡化了生產(chǎn)工藝，還降低了成本，提高了產(chǎn)品可靠性。

從原材料成本角度看，釤鐵氮的優(yōu)勢更為明顯。釤是稀土元素中相對豐富的品種，由于需求不足，氧化釤大量囤積，價格較低。目前，氧化釤的價格僅為氧化釹的五分之一左右。隨著釹鐵硼永磁材料對鐠、釹、鏑、鋱等高價稀土的需求持續(xù)增長，釤鐵氮的成本優(yōu)勢將進一步凸顯。

此外，釤鐵氮還展現(xiàn)出高的矯頑力和高磁能積，將傳統(tǒng)柔性粘結(jié)磁體的磁性能提升到新水平。其高電阻率特性也有助于減少渦流損失，在高頻應(yīng)用場合表現(xiàn)優(yōu)異。

應(yīng)用前景廣闊

釤鐵氮永磁材料的卓越性能使其在多個重要領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

在新能源汽車領(lǐng)域，釤鐵氮可用于驅(qū)動電機、傳感器等關(guān)鍵部件。汽車電機需要在高溫度環(huán)境下穩(wěn)定運行，這正是釤鐵氮的強項。隨著電動汽車市場快速增長，對高性能永磁材料的需求將持續(xù)擴大。

在消費電子領(lǐng)域，釤鐵氮可用于手機振動馬達、微型揚聲器、計算機硬盤等小型化設(shè)備。電子產(chǎn)品向小型化、輕量化發(fā)展，需要更高性能的永磁材料，釤鐵氮正符合這一趨勢。

工業(yè)應(yīng)用方面，釤鐵氮在機器人、工業(yè)電機、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域潛力巨大。工業(yè)電機能效要求的提高，需要磁性能更優(yōu)的材料支持。釤鐵氮的高溫穩(wěn)定性和高磁能積使其成為理想選擇。

在高端技術(shù)領(lǐng)域，如航空航天和醫(yī)療設(shè)備，釤鐵氮也有用武之地。航空航天器對材料的重量和性能有苛刻要求，而醫(yī)療設(shè)備如磁共振成像（MRI）設(shè)備也需要穩(wěn)定可靠的磁性材料。

隨著5G通信、衛(wèi)星通信設(shè)備的發(fā)展，釤鐵氮在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也在拓展。其高頻特性使其適用于微波器件和射頻器件，可提高信號處理能力和傳輸效率。

技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸

盡管釤鐵氮永磁材料潛力巨大，但其產(chǎn)業(yè)化仍面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。

熱穩(wěn)定性問題是主要瓶頸。釤鐵氮化合物為熱力學(xué)亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，在600℃以上便開始分解，這使得傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝無法直接應(yīng)用于釤鐵氮磁體的制造。這一特性嚴重限制了燒結(jié)型釤鐵氮磁體的發(fā)展，目前主要發(fā)展方向是粘結(jié)型釤鐵氮磁體。

致密化挑戰(zhàn)也是制約因素。雖然粘結(jié)型釤鐵氮磁體已進入商業(yè)化生產(chǎn)階段，但如何實現(xiàn)磁體的高致密化仍是需要解決的問題。致密化程度直接影響磁體的磁性能，影響其在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

生產(chǎn)工藝技術(shù)尚不成熟。釤鐵氮的制備方法包括超急冷快淬、還原擴散、機械合金化等方法，但規(guī)?；a(chǎn)的一致性和穩(wěn)定性仍是挑戰(zhàn)。國內(nèi)企業(yè)雖已突破技術(shù)壟斷，但生產(chǎn)工藝仍需優(yōu)化，產(chǎn)品性能的一致性和可靠性有待提高。

標準化體系缺失也制約行業(yè)發(fā)展。目前國內(nèi)缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標準來規(guī)范釤鐵氮粘結(jié)永磁粉的分類與牌號、主要成分、粒度分布等指標。沒有統(tǒng)一標準，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性評價缺乏統(tǒng)一尺度，影響市場推廣。

產(chǎn)業(yè)化進程加速

盡管存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但釤鐵氮永磁材料的產(chǎn)業(yè)化進程正在全球范圍內(nèi)加速推進。

在國際市場，日本企業(yè)處于領(lǐng)先地位。大同磁石、住友金屬礦山和日亞化學(xué)等公司是全球釤鐵氮磁粉的主要生產(chǎn)商，前三家企業(yè)占有全球超過95%的市場份額。這些企業(yè)已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，年總產(chǎn)量在500噸左右。

中國企業(yè)在釤鐵氮領(lǐng)域的突破尤為引人注目。寧夏君磁新材料科技有限公司成為全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)各向異性釤鐵氮的三家企業(yè)之一，打破了國外企業(yè)的長期壟斷。

廣州新萊福已掌握釤鐵氮關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，具備釤鐵氮磁粉的小批量生產(chǎn)能力，正在推進100噸/月量產(chǎn)線建設(shè)。

有研稀土從2010年開始在科技部項目支持下開展釤鐵氮粘結(jié)永磁粉量產(chǎn)化工作，現(xiàn)已建立年產(chǎn)300噸的生產(chǎn)線。此外，安徽萬朗磁塑、杭州永磁集團、沈陽新橡樹、贛州釤元永磁等企業(yè)也在積極研發(fā)釤鐵氮永磁材料。

標準化工作也在同步推進。全國稀土標準化技術(shù)委員會已牽頭制定《釤鐵氮粘結(jié)永磁粉》國家標準，由有研稀土新材料股份有限公司作為主要起草單位。這將為行業(yè)健康發(fā)展提供規(guī)范和支持。

市場增長趨勢明顯。2023年全球釤鐵氮磁鐵市場規(guī)模約為2.9億元人民幣，預(yù)計2030年將達到3.7億元，2024-2030期間年復(fù)合增長率為3.5%。雖然當前市場規(guī)模較小，但增長潛力巨大。未來五年將是釤鐵氮產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵期。隨著相關(guān)國家標準的制定完成和企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，釤鐵氮有望在多個領(lǐng)域替代傳統(tǒng)釹鐵硼磁體，特別是在高溫、高腐蝕性等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用場景。

結(jié)語

稀土永磁材料的發(fā)展歷程從未停止，而釤鐵氮正站在這一進程的前沿。它不僅代表著材料科學(xué)的進步，更是人類高效利用有限資源的一次重要嘗試。對于關(guān)注新材料和可持續(xù)發(fā)展的人來說，釤鐵氮的發(fā)展軌跡值得持續(xù)關(guān)注。

參考來源：

李志杰，等：釤鐵氮磁體制備及性能

聶曉峰，等：各向異性釤鐵氮永磁材料制備技術(shù)進展

君磁科技官網(wǎng)、寧東能源化工基地管委會、東方財富網(wǎng)