電機用稀土永磁體的歷史

稀土元素(稀土永磁體）是周期表中間的17 種金屬元素（原子序數21、39 和57-71），它們具有不尋常的熒光、導電和磁性特性，使其與更常見的金屬（如鐵）不相容）在以下情況下非常有用：合金化或少量混合。從地質學上來說，稀土元素並不是特別稀有。這些金屬的礦藏在世界許多地方都有發現，有些元素的含量與銅或錫的含量大致相同。然而，稀土元素從未被發現濃度非常高，並且經常相互混合或與鈾等放射性元素混合。稀土元素的化學特性使其難以與周圍材料分離，這些特性也使得它們難以純化。目前的生產方法需要大量礦石，並產生大量危險廢物來提取少量稀土金屬，加工方法產生的廢物包括放射性水、有毒氟和酸。

最早發現的永磁體是提供穩定磁場的礦物。直到 19 世紀初，磁鐵都是由碳鋼製成的，脆弱且不穩定。 1917年，日本發現了鈷磁鋼，並對其進行了改進。自發現以來，永磁體的性能不斷提高。對於1930 年代的鋁鎳鈷合金（Al/Ni/Co 合金），這種演變體現在最大數量增加的磁能積(BH)max 上，這極大地提高了永磁體的品質因數，並且對於給定體積的磁體，最大能量密度可以轉換為可用於使用磁鐵的機器的功率。

第一個鐵氧體磁鐵是1950年在荷蘭飛利浦工業研究中心的物理實驗室偶然發現的。一名助理錯誤地合成了它——他應該準備另一個樣品作為半導體材料進行研究。結果發現它其實是有磁性的，於是就交給了磁性研究小組。由於其作為磁鐵的良好性能和較低的生產成本。因此，這是飛利浦開發的產品，標誌著永磁體使用量快速增長的開始。

20世紀60年代，第一塊稀土磁體問世(稀土永磁體）由鑭系元素釔的合金製成。它們是最強的永磁體，具有高飽和磁化強度和良好的抗退磁性能。儘管它們在高溫下價格昂貴、脆弱且效率低下，但隨著它們的應用變得更加相關，它們開始主導市場。 20 世紀 80 年代，個人電腦普及，這意味著對硬盤永磁體的需求量很大。

釤鈷等合金是在20世紀60年代中期隨著第一代過渡金屬和稀土而發展起來的，而在1970年代後期，由於剛果供應不穩定，鈷價大幅上漲。當時釤鈷永磁體（BH）max最高，研究界不得不更換這些磁體。幾年後，即1984年，佐川等人首次提出開發基於Nd-Fe-B的永磁體。採用住友特殊金屬公司的粉末冶金技術，採用通用汽車公司的熔體旋壓工藝。如下圖所示，(BH)max 經過近一個世紀的改進，從鋼的 ≈1 MGOe 開始，到過去 20 年中 NdFeB 磁體達到約 56 MGOe。

工業過程的可持續性最近已成為一個優先事項，而稀土元素因其高供應風險和經濟重要性而被各國視為關鍵原材料，為新型無稀土永磁體的研究開闢了領域。一個可能的研究方向是回顧最早開發的永磁體、鐵氧體磁體，並使用近幾十年來可用的所有新工具和方法進一步研究它們。一些組織目前正在開展新的研究項目，希望用更環保、更高效的替代品取代稀土磁體。