材料學｜磁性材料發展簡史

磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，物質的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用，例如中國古代用天然磁鐵作為指南針。自然界中廣泛存在的磁鐵礦，就是天然磁鐵，分子結構是Fe₃O₄。近代以來，隨著工業和技術發展，大量新的磁性材料被發現，根據主要應用大致被分為三代：**代鋁鎳鈷（AlNiCo），第二代鐵氧體，第三代稀土永磁。其中稀土永磁，又被劃分為三個階段：**階段SmCo₅，第二階段Sm₂Co₁₇,第三階段Nd₂Fe₁₄B。以下為磁性材料發展簡史：  

• 公元前1世紀   司馬遷《史記》描述黃帝作戰用到指南針。

• 1086年    宋朝沈括《夢溪筆談》記有指南針的制造方法等。

• 1119年    宋朝朱或《萍洲可談》記載羅盤用于航海。

• 1600年    英國William.Gibert，最早的著作《De Magnete 磁石》。  

• 1820年    丹麥奧斯特（H.C.Oersted）首先發現電流可產生磁場。

• 1822年    法國呂薩克發明電磁鐵，即電流通過繞線可使中間鐵塊磁化。

• 1826年    法國安培發現安倍定律，即右手螺旋規則。

• 1831年    法拉第論證電磁感應現象，揭示了電磁之間的關系。

• 1832年    法國A.H.皮克西發明天然磁鐵制作的永磁旋轉交流發電機。

• 19世紀到20世紀    歐洲新型各類直流、交流電機/發電機應接不暇。

• 1931年     日本T. Mishima發明了鋁鎳鈷AlNiCo磁鋼。1970年代發現稀土磁鐵之前，鋁鎳鈷合金是最強的**磁鐵材料。（**代磁性材料）

• 1933年    日本Kato和 Takei發現了含Co的鐵氧體Fe₂Ｏ₃。從重量來講，鐵氧體仍是當今世界應用最廣泛的磁性材料。（第二代磁性材料）

• 1935年    荷蘭Snoek發明軟磁鐵氧體

• 1965年    Mader和Nowick制備了CoP鐵磁非晶態合金

• 1967年    美國Strnat發現1:5型SmCo，標志著稀土永磁（第三代磁性材料）時代的到來。

• 1977年     日本Ojima發現2:17型SmCo，并含有少量Cu、Zr。

• 1983年     日本Sagawa發現了Nd₂Fe₁₄B，釹鐵硼號稱當代磁王。

• 1983年    美國通用汽車，隨日本之后發現了釹鐵硼，各自都有專利。

• 1984年    國內鋼鐵研究總院研制出磁能積超過35MGOe的釹鐵硼。

• 1992年    國內陸續有企業購買日本住友釹鐵硼專利。

• 2002年    中國釹鐵硼年產量達到8000噸，超過日本成為全球**。

• 2008年    中國釹鐵硼生產廠家已達100多家，年產量達到46000噸。

• 2011年    稀土價格暴漲，下游客戶受沖擊較大，替代及降鏑成為潮流。同時，游資大量涌于稀土行業，造成包括釹鐵硼在內全產業鏈產能嚴重過剩。

• 2013年    業內預測，國內釹鐵硼產能已達33.5萬噸，乘以0.8系數約27萬噸，而實際年需求只有11萬噸，產能已嚴重過剩，特別是中低端產品產能。

• 2014年    目前，全球除日本日立金屬、信越化工、TDK三家及德國VAC外，美國鉬公司有少量生產，其他釹鐵硼工廠都在中國，中國釹鐵硼年產量超過世界80%,但產值只占到一半多點。

從以上發展簡史可以發現一些有趣現象：

一、     中國對磁材關注最早，指南針的應用改變了世界航海史。但中間出現空檔，最終又靠改革開放，成為全球磁材**制造基地。不過中國釹鐵硼產品檔次相當較低，附加值與日本企業相比差距較大。

二、     19世紀，歐洲科技發達，現代電磁學、發動機、發電機等開創性理論和實踐都是由歐洲人率先發起。

三、     20世紀30年代開始，世界磁材研發的火車頭，已換成了日本、美國。特別要說明的是，日本在戰前就已經是世界磁材研發領先者，由此不得不佩服日本人在材料科學領域的成就，值得中國人好好學習。

釹鐵硼自實驗室誕生以來已超過30年，由于受制于稀土價格昂貴，特別是受鏑鋱重稀土缺乏的影響，世界各國都在爭相研發新一代磁性材料，如釤鐵氮永磁、納米復合稀土永磁等，但目前效果仍不理想，釹鐵硼在可見的一二十年內，地位仍不可動搖。未來磁材如何發展，我們拭目以待。