磁泡是一种园柱形磁畴④，在外磁场作用下可以移动。磁泡的有无表示“1” 和“0”两种信息，用来制作外部信息存储器。磁泡存储器因无机械部件，完全 固体化而可靠性高，且具有非易失性，抗辐照等特点。在军事，航天等有较多应 用。 稀土石榴石薄膜是制作磁泡存储器的良好材料，它用外延方法生长在钆镓 石榴石（GGG）单晶衬底上。稀土元素通常用 Y3+, La3+, Gd3+, Sm3+, Eu3+, Er3+, Tm3+, Yb3+, Lu3+。利用磁泡畴壁中的布洛赫线可制成存储密度高（6Gb/in2）和运算速 度快的布洛赫线存储器。 1.6、磁热材料
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稀土永磁体中，钕铁硼的磁能积最高，但它的居里温度低，工作温度低，温
度系数高。虽然现在已开发出工作温度达到 200℃的钕铁硼，但在许多地方还是
不能替代工作温度高，温度系数低的钐钴永磁。 现已开发出工作温度可达
400℃、500℃的 Sm2(Co,Cu,Fe,Er)17 磁体。10 年前发明的稀土—铁—氮永磁材料， 理论磁能积与钕铁硼接近，但居里温度高，温度系数小，耐腐蚀性能好，与粘结
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近年来,我国粘结 NdFeB 磁品主要在消费类电子产品。在办公室自动化设备, 电动和视听设备,仪器仪表,小型马达,家用电器和传感器等的应用较多。其中办 公室自动化和汽车马达是今后最大的用户。特别是在硬盘及软盘驱动器的多极主 轴电机方面占有绝对优势,估计这方面需求量为 110 亿只以上 ,潜力巨大。据知 , 西方世界粘结 NdFeB 磁体的应用比例如图
磁性材料及其研究进展
应化 1112 1120109201 孔志恒 摘要：材料是社会技术进步的物质基础与先导。现代高技术的发展，更是紧密 依 赖与材料的发展。稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称为新材料 的“宝库”，是国内外科学家，尤其是材料专家最关注的一组元素。目前，稀土 磁性材料作为一组重要的稀土新材料，在国内外的研究已初具规模，这些新材料 的应用不仅极大地改造和提升了传统产业，而且构成了当今世界先导型、知识型 产业的核心竞争力。为此，加强稀土磁性材料的研发，大力扶持国内稀土产业将 变得尤为重要。 关键词：稀土、磁性材料、研究现状、发展趋势 一、各种稀土磁性材料的简单论述 1.1 稀土永磁材料
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遥测及自动控制系统。以 YIG 为磁光介质制成的磁光隔离器，能使正向传输的光 无阻挡地能通过，而将来自激光源等的杂散光全部阻档。用稀土—铁族金属如 Tb-Fe-Co 非晶态薄膜作磁光存储介质可制成可读写的磁光盘。磁光盘兼有磁存 贮的可擦写，重现和光存贮的高密度，非接触，长寿命的优点。利用近场光学原 理实施磁光纳米存储，存储密度大辐度提高，可达到 100Gb/in2。 1.4、庞磁阻（Colossal MagnetoResistance CMR）材料
的复合永磁材料，理论计算表明，纳米稀土复合永磁体的最大磁能积远远超过钕
铁硼，如表 2 所示。来自表 2 纳米双相稀土永磁体的理论磁能积
永磁体
最大磁能积（MGOe）
Nd2Fe14B+α-Fe
100
Sm2Fe17N3+α-Fe
110
Sm2Fe17N3+Fe65Co35
120
目前，实验结果已证明交换耦合的存在，但实际达到的磁能积远低于理论值，
以稀土铋铁石榴石单晶薄膜为磁光介质可制成磁光传感器，用来检测磁场或 电流的强弱及状态的变化，可用于高压网络的检测和监控，用于精密测量和遥控，
②磁致伸缩效应（英语：magnetostrictive effect）指的是对软磁体进行磁化后，其形状、大小会发生变化的 物理现象,该现象在 19 世纪中叶被人们发现。 ③磁光效应（英文：magneto-optical effect）指物质置于磁场中时，物质的光学性质发生变化的现象。包括 法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。
近年来,我国主要稀土永磁材料除了在传统应用上有所扩大之外,高新技术 及其它新领域中取得了明显的进步,风力发电及磁悬浮列车等的应用有新的发 展。 2.1、烧结 NdFeB 的应用
目前我国已大力发展风力发电时期。使用烧结 NdFeB 永磁制成发电机,具有 如下优点:
(1)可提高发电量 20%。 (2)稳定性好寿命长 110 倍,成本低。 (3)运行环境低,占地面积小,噪音小。。 因此,适合于海岛,山区和草原等场地的开发,其可能在轻风启动,微风发电 的特点情况下,极易于进行产业化和规模化的作业。这个应用领域前景看好。2006 年我国已实行了“风力发电”产业化,全国有条件的 20 省市均在应用或计划开发。 据统计，2010 年后估计风力发电使用烧结 NdFeB 永磁 6000t 以上。悬浮高速列 车新技术,已在我国进行实际的试运行,或正在规划建设中。据知，已有上海，北 京和武汉等地准备实施这方面项目,它具有列车速度快,投资大,无噪音等特点, 因此,作为一种新技术交通工具是具有发展潜力,也表明了一个国家交通工具的 现代化水平。烧结 NdFeB 材料在此方面的用量也相当可观。 2.2、粘结 NdFeB 的应用
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的效率最高。钆镓石榴石（GGG）的居里温度在 1K 左右，因钆的磁矩大，因此居 里温度下的磁熵变化大，致冷效率也高，可用作低温冷冻机的致冷工质。镝铝石 榴石（DAG）的居里温度在 20K 左右，可作为 20K 附近温度的低温冷冻机工质。 ErAl2, HoAl2 和(HoDy)Al2 复合材料的致冷工作温度是 15～77K。(GdEr)Al2 复合 材料磁矩大，居里温度范围大，致冷工作温度可在 15～164K 内连续变化。在 GGG 中添加钇，则可使居里温度更低，这样可得到更低的温度。一些稀土金属（如金 属钆）或稀土金属间化合物（如 Gd6Fe23, Dy0.5Er0.5Al2）的居里温度是在室温附近。 因此室温磁致冷机就成为可能。美国 Lewis 研究中心用稀土磁热材料在特斯拉的 磁场下，一次循环的温度变化为 14 度。1997 年美国 Ames 实验室使用 Gd5Si2Ge2 作为致冷工质，磁熵变化比 Gd 工质大 1 倍。室温磁致冷，正一步步走向实用化。 二、稀土永磁材料的应用进展
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手机、视频及程会议系统等），空调，冰箱，数码相机，音响，磁力器械，智能 公路等各个领域有着广泛的应用。钕铁硼永磁自 83 年问世以来的 18 年中一直保 持着年均增长 30%以上的发展速度，这是值得关注和倾注力量的高技术产品。 1.2、稀土超磁致伸缩②材料
一些稀土元素与 Fe 形成的金属间化合物 REFe2 具有比 Fe 及 Fe,Ni,Co 合金 等传统材料大得多（高几十倍）的磁致伸缩系数λ。但是，REFe2 的磁晶各向异 性能相当大，这使得达到材料的饱和磁化状态所需的外磁场相当高。为此把磁晶 各向异性常数 K 值反向的两种 REFe2 材料组合起来，而形成赝二元化合物，如 （Tb1-xDyx）Fe2, (Tb1-xHox)Fe2, (Sm1-xDyx)Fe2, (Sm1-xHox)Fe2, (Tb1-x-yDyxHoyFe2)等， K 值大为降低，从而降低饱和磁化所需外场，给实用以方便。这些化合物中以 Tb1-xDyxFe2(0.68≤x≤0.73)的λ值最大，常称为 Terfenol-D。这些材料的应用特 性正随应用的开发和发展而不断发展。
如 Nd7Fe89B4 和 Sm7Fe93N 的磁能积分别达到 20.6 和 25MGOe，“路漫漫其修远兮，吾 将上下而求索”，最大磁能积超过 100MGOe 的稀土新一代磁体，乃是科技工作者
的努力方向。科学技术是第一生产力。有报道，日本三荣化成用新技术研究开发
出磁能积破记录的各类稀土永磁体，如表 3 所示。
最大磁能积①(MGOe) 4.6 11 22 32 56 46.5 25
备注
理论值 64 理论值 62 理论值 120
① 磁能积(BH)max ,单位为兆高·奥（MGOe）或焦/米 3（J/m3）。 退磁曲线上任何一点的 B 和 H 的乘积即 BH 我们称为磁能积，而 B×H 的最大值称之为最大磁能积，为退磁 曲线上的 D 点。磁能积是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在磁体使用时对应于一定能量的磁体， 要求磁体的体积尽可能小。
表 3 三荣化成开发的稀土永磁体
永磁体
最大磁能积（MGOe）
稀土永磁体
69.5
烧结钕铁硼
54.7
注射成型钕铁硼粘结磁体
17.9
压制成型钕铁硼粘结磁体
24.9
稀土永磁在 VCM（音圈电机），MRI（磁共振），永磁电机（汽车电机，步进
电机，微型电机等），计算机主机及外设，办公自动化设备（复印机、传真机、
磁热效应是通过磁场使体系磁熵发生变化，从而在绝热条件产生温度变化， 可用于致冷。在居里温度 Tc 材料的磁结构发生突变，磁热效应最显著，磁致冷
④ 磁畴(英文：Magnetic Domain)指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而产生分化的方向各异的 小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的 不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。宏观物体一般总是具有很多 磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能 吸引其它磁性材料。也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它 才能对外显示出磁性。
稀土超磁致伸缩材料的电——机械能转换功能远优于其他材料：它的应变值 最高，能量密度最大，响应快，精度高，可靠性高而运转能力大，可用于小型和 微型大功率精密控制换能器，如大功率发射型声纳，大功率超声换能器，微型大 功率低频电声设备，精密定位系统，传感器等，在军事，航天航空、海洋、地质、 石油、化工、制造自动化、计算机、光通讯等领域已经获得应用。 1.3、磁光材料
稀土锰化物 REMnO3 具有钙钛矿型晶体结构，一般为非导体，反铁磁性，稀 土 RE 被 二 价 碱 土 金 属 部 份 取 代 后 形 成 的 掺 杂 稀 土 锰 氧 化 物 RE1-xTxMnO3(RE=La,Pr,Nd,Sm, T=Ca,Sr,Ba,Pb)在一定温度范围内外加磁场可使其 反铁磁性（或顺磁性）转换为铁磁性，磁电阻发生巨大的变化，如 La.67Ca.33MnO3 在 77K 时加入 4800KA/m 磁场后，磁阻变化率达 1.27×105%，Nd0.7Sr0.3MnO3 在 60K 时加入 6400KA/m 磁场后，磁阻变化率达 106%，由此它在磁器件，如磁头，磁传 感器，磁开关，磁记录及磁电子学等方面，具有巨大的应用前景。 用巨磁阻（GMR） 材料制成的读出磁头，其磁盘的存储密度比 MR 读出磁头磁盘的存储密度提高了 一个数量级，记录密度达到 10Gb/in2 以上。 1.5、磁泡（Magnetic Bubble）存储材料