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日本磁性材料生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀


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標(biāo)簽磁性材料
    從總的情況看,在各類磁性材料中,自90年代初期以來,日本除了在新興的第三代稀土永磁體NdFeB上仍有較大發(fā)展外,其它磁性材料的產(chǎn)量、產(chǎn)值均為負(fù)增長或基本持平。其中,日本鐵氧體軟磁的產(chǎn)量、產(chǎn)值近幾年基本保持在4.6萬噸、7.2億美元左右,其產(chǎn)量約占世界總量的18%,產(chǎn)品主要用于消費(fèi)類家用電器(包括小家電)、開頭電源及抗電磁干擾等領(lǐng)域。在燒結(jié)永磁中,燒結(jié)鐵氧體永磁的產(chǎn)量、產(chǎn)值由8.1萬噸、4.2億美元降低到4.8萬噸、2.9億美元,年均分別減少7.1%和5.2%,目前占世界產(chǎn)量的12.6%,產(chǎn)品主要用在汽車、摩托車電機(jī)及電聲器件上,燒結(jié)稀土永磁由1698噸、3.9億美元增至4600噸、6.1億美元,年增長率分別達(dá)15.3%和6.6%,但這種高速增長主要發(fā)生在NdFeB永磁上,1999年日本燒結(jié)NdFeB6404噸,占世界產(chǎn)量的42.4%,處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位,產(chǎn)品大部分用在計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)用音圈電機(jī)(VCM)、核磁共振成像儀(MRI)及其它電機(jī)上;燒結(jié)Sm-Co稀土永磁近年來呈下降趨勢(shì),目前日本年產(chǎn)量約350噸,占世界產(chǎn)量的50%,產(chǎn)品主要用在軍用電子對(duì)抗、電機(jī)及導(dǎo)航系統(tǒng)上。鑄造AlNiCo永磁由于處在廉價(jià)鐵氧體和高性能NdFeB永磁的夾攻中,加之貴金屬Co的價(jià)格居高不下,在日本的發(fā)展也不樂觀,其產(chǎn)量、產(chǎn)值呈下降趨勢(shì),年均分別減少6.5%和7.4%,目前產(chǎn)量約為1000噸,占世界的16.4%,產(chǎn)品主要用于工作條件惡劣、溫度穩(wěn)定性要求很高的儀表領(lǐng)域(如汽車傳感器等)。

    適應(yīng)電子信息整機(jī)輕、薄、短、小要求而發(fā)展起來的粘結(jié)永磁,可分為粘結(jié)鐵氧體和粘結(jié)稀土兩類。其中粘結(jié)鐵氧體永磁應(yīng)用最早、用量最大,但發(fā)展趨于平緩,目前日本年產(chǎn)約2萬噸(產(chǎn)值近1.9億美元),占世界產(chǎn)量的33%,傳統(tǒng)用途是電冰箱門封條、復(fù)印機(jī)和打印機(jī)磁輥及各種磁片;粘結(jié)Sm-Co永磁60年代末進(jìn)入市場(chǎng),在粘結(jié)NdFeB出現(xiàn)后其產(chǎn)量明顯下降,但因其熱穩(wěn)定性好,在精密電機(jī)和大功率電機(jī)中仍有一席之地,目前日本的產(chǎn)量約70噸,占世界產(chǎn)量的44%,預(yù)計(jì)今后幾年日本的粘結(jié)鐵氧體和粘結(jié)Sm-Co的產(chǎn)量將保持相對(duì)穩(wěn)定;在粘結(jié)永磁中發(fā)展最快的是1987年才開始商品化的各向同性粘結(jié)稀土磁體NdFeB,日本的產(chǎn)量由1987年的約15噸增至1999年的930噸左右,年均增長高達(dá)45.5%,目前約占世界的60%,產(chǎn)品主要用在HDD、FDD(軟驅(qū))、CD-ROM、DVD-ROM及家電中的微型直流主軸電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)中。

   對(duì)于性能更優(yōu)異、潛在應(yīng)用市場(chǎng)更廣闊的各向異性粘結(jié)NdFeB永磁,目前日本三菱和旭化成等公司已開始進(jìn)行小批量生產(chǎn)。這類磁體將給汽車擋風(fēng)玻璃雨刮驅(qū)動(dòng)電機(jī)、玻璃清潔電機(jī)、觀后鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)門鎖和電動(dòng)調(diào)節(jié)座椅電機(jī)等帶來革命性變化。預(yù)計(jì)2004年日本各向異性粘結(jié)NdFeB永磁產(chǎn)量將達(dá)到5000噸以上。

   值得一提的是,從上述指標(biāo)中雖反映出日本近年來多種磁性材料的產(chǎn)量和產(chǎn)值均為負(fù)增長,但這并不意味著日本磁性材料需求量的相應(yīng)下降,比如鐵氧體永磁,該國正繼續(xù)將其生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到海外,以低成本來對(duì)付日元升值、勞動(dòng)力成本增加以及滿足日本在海外生產(chǎn)整機(jī)的企業(yè)的需求。目前日本在海外工廠生產(chǎn)的鐵氧體永磁已高達(dá)8萬噸,加上本土生產(chǎn)的約5萬噸,這就是說其實(shí)際產(chǎn)量在13萬噸左右,仍比中國的產(chǎn)量略高,中國要成為真正的世界第一尚需持續(xù)努力。而在NdFeB永磁上,日本之所以能不斷增長,主要有三方面的原因:一是新用途不斷被開發(fā)出來;二是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的需求量不斷增大;三是國外特別是我國價(jià)格低廉的NdFeB永磁(僅為日本產(chǎn)品的1/3左右)無法進(jìn)入受專利保護(hù)的日本市場(chǎng),使其受沖擊較少。

  日本約有60家廠商在從事磁性材料的開發(fā)與生產(chǎn),其中TDK公司生產(chǎn)各類磁性材料元器件及磁應(yīng)用制品,是全球磁性材料品種最全的生產(chǎn)廠家,該公司在鐵氧體軟磁、鐵氧體永磁生產(chǎn)上長期穩(wěn)居世界第一位,其稀土永磁生產(chǎn)也頗具規(guī)模(在日本排第三位),是舉世公認(rèn)的磁性材料王國中的“王中王”。住友特殊金屬公司是世界燒結(jié)NdFeB永磁的專利擁有者和最大生產(chǎn)廠家,其AlNiCo永磁在日本也排第一位(其次是三菱制鋼公司)。但日本磁性材料行業(yè)一些人士評(píng)論,日本信越化學(xué)工業(yè)公司的NdFeB生產(chǎn)有可能趕超住友公司。在粘結(jié)稀土永磁的開發(fā)生產(chǎn)上,日本精工愛普生公司的年產(chǎn)量>400噸以上,占日本總產(chǎn)量的40%左右;緊跟其后的是大同特殊金屬公司,該公司于1992年停止生產(chǎn)鐵氧體永磁而把重心放在發(fā)展粘結(jié)稀土永磁上。此外,意欲在永磁方面不落后于其它大公司而對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)作調(diào)整的還有日立金屬、東北金屬、三菱制鋼等著名磁材公司。
  
    日本磁性材料科研進(jìn)展
  
    在鐵氧體軟磁高頻低功耗材料方面,自70-90年代,日本TDK、FDK、東京鐵氧體、川崎制鐵等鐵氧體知名公司已先后開發(fā)出四代開關(guān)電源用功率鐵氧體材料,目前這些公司都能大批量生產(chǎn)PC40、PC44、PC50等第三、四代材料,其使用頻率一般可達(dá)數(shù)百kHz-1MHz,為開關(guān)電源的小型化作出了顯著貢獻(xiàn)。另外,為適應(yīng)計(jì)算機(jī)顯示器和HDTV發(fā)展的需要,TDK等公司在90年代初還開發(fā)出用于制作回掃變壓器的HV22、HV38、HV45高頻鐵氧體材料,也有極低的功耗和高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

    在鐵氧體軟磁高磁導(dǎo)率(μi)材料方面,TDK在過去生產(chǎn)H5C2(μi=10000)的基礎(chǔ)上,90年代又先后開發(fā)出(μi=13000)、H5D(μi=15000)和H5E(μi=18000)材料;FDK、東京鐵氧體等公司也相繼開發(fā)出μi=12000-15000的材料;用這種材料制作的電感器、濾波器、扼流圈、寬帶變壓器和脈沖變壓器,需求量很大,可廣泛用在數(shù)字技術(shù)和光纖通信等高新技術(shù)領(lǐng)域。

    在鐵氧體抗電磁干擾材料及元件方面,目前TDK公司已開發(fā)出6種EMI吸收材料、23個(gè)抗EMI器件71個(gè)品種,是目前世界上開發(fā)生產(chǎn)鐵氧體吸收材料及抗EMI元器件品種最全、水平最高的企業(yè)。

    在鐵氧體永磁方面,盡管日本早已實(shí)現(xiàn)“444”即Br≥4000Gs(0.4T)、Hcj≥4000 Oe(320kA/m)、(BH)max≥4MGOe(32kJ/m3)的目標(biāo),但因離鐵氧體的理論值還有一段不長不短的路要走,為此許多日本企業(yè)仍在想盡辦法推進(jìn)永磁性能的發(fā)展。如TDK公司繼在90年代初率先推出具有世界領(lǐng)先水平的FB5、FB6系列材料后,近年又通過選用高純?cè)牧、合理調(diào)整配方、摻雜、提高取向和密度嚴(yán)格控制產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)等措施,使鐵氧體永磁的性能指標(biāo)再次發(fā)生飛躍,已大大接近其理論值(FB9系列)。住友特殊金屬公司對(duì)鐵氧體永磁的研制,最近也取得了突破性的進(jìn)展,已將剩磁(Br)提高到450mTc以上,并將這一技術(shù)成果在日本、西歐、我國申請(qǐng)了專利。日本金屬公司緊步后塵也開發(fā)出四種與TDK公司FB6系列性能水平大致相當(dāng)?shù)牟牧希╕BM-6B系列)。

    日本鐵氧體磁體開發(fā)的另一個(gè)動(dòng)向,是從磁性能的改進(jìn)轉(zhuǎn)入便入使用的改進(jìn)上,如發(fā)展超大弧度、超長、超厚磁體等等。

    在NdFeB永磁方面,日本科研開發(fā)的方面主要有四方面,一是向高磁能積方向發(fā)展,目前批量生產(chǎn)水平在400kJ/m3左右,如TDK的NEOREC-50、住友特金的NEOMAX50、NEOMAX48BH、日立金屬的HIROREX-SUPER52等; 二是向特高內(nèi)稟短頑力方向發(fā)展,如住友特金的28EH、32EH產(chǎn)品,其Hcj超過1000kA/m(25kOe),工作溫度最高可達(dá)240℃;三是研究開發(fā)(BH)m≥256kJ/m3、耐腐蝕性優(yōu)于燒結(jié)磁體的各向異性粘結(jié)NdFeB永磁;四是積極探索納米復(fù)合雙相稀土永磁,向(BH)m≥800kJ/m3的目標(biāo)邁進(jìn)。
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