= 8.6-9.7 kG, iHc = 9.1-13.2 kOe, (BH)max = 13-18 MGOe的高Br、超高iHc及超高磁能积之?-Fe/ Nd2Fe14B型复合磁粉。其磁性可超过目前NdFeB MQ磁粉之磁性。图 7. 为(Nd0.95La0.05)7.5+xFebal.Cr2B10 之去磁曲线比较。又于(Nd0.95La0.05)9.5Fe80-xCoxCr2B10.5以Co取代一部份的Fe达x=10时磁性更可达Br=10.4 kG, iHc=9.5 kOe, (BH)max=19.8 MGOe之值。其不可逆磁损及温度系数亦可达到目前商用胶磁粉之水平以上。最近之研究结果证明其它的耐火元素, 如Mo, Ti, V, Nb, 亦和 Cr一样有相同甚或更佳之效果。 2.3.2.2.6. NdFeB HDDR磁粉(异方性)
等方性磁石之优点如前所述是异方性磁石所无法完全取代的，而惟一的缺点即为磁性较低，目前异方性之胶磁以SmCo5系(8.5-9.5 MGOe)及Sm2(Co、Fe、Cu、Zr)17系(13-17 MGOe)为主，前者主要以射出型为主，后者主要以压缩成型为主。表 7. 为稀土胶磁可能使用之各种硬质磁性材料磁特性及其磁能积之理论极限值。其中 (Sm, Zr)(Fe, Co)10Nx有最大的饱和磁化值1.7 Tesla，惟其乃由超急冷(rapid quenched)的方式获得半稳态的TbCu7结构，只能成为等方性
磁石，因而异方性胶磁磁粉还是以Nd2Fe14B系为主。但是Nd2Fe14B之结晶异方性场为5.6 MA/m (70KOe)，单扇区粒子相当的小(约0.3 ?m)非常难以传统粉碎方式制作那么细的粉体而不会氧化(甚至于自燃)。因此，如何制作出粉体较粗且又可利用磁场配向之微晶集合体是必要的方法。日本三菱材料之武下等人则以HDDR方式达到上述之目的，其详细之过程包括以Nd2(Co, Fe, Ga, Zr)14B系合金经(1) 900-1200 K下通以0.1MPa H2予以吸氢处理(2)在上述处理中2：14：1相分解成NdH2、?-Fe及F2B(3)在900-1200K下将H2从粉体中吸出(4)H2被吸出后2：14：1相再次形成。一般NdFeB合金所制作之磁粉经HDDR制程后都只具有等方的特性，但很特别的是若合金含有Ga及Zr，在处理过程中合金粉体被细化，添加的Ga、Zr等元素会成为再形成2：14：1相之成核种子，因此重新形成之2：14：1细磁粉得以保有原先粗粉之方向性，亦即为有用之异方性磁粉。以此异方性磁粉可制成磁能积21 MGOe之压缩磁石及16 MGOe之射出型磁石。
表7. 各种稀土胶磁用磁性材料特性及磁能积理论极限值。
化合物 SmCo5 Sm2Fe17N3 Nd2Fe14B (Sm, Zr)(Fe, Co)10Nx Fe65Co35/Sm2Fe17N3 SmCo5/Sm2Co17 Fe3B/Nd2Fe14B ?-Fe/Nd2Fe14B ?-Fe/SmFe7Nx Tc (K) 988 747 588 - - - - - - 4?Ms (T) 1.14 1.57 1.60 1.70 2.35 1.48 1.60 1.85 - Ha (MA/m) 22 20 5.6 6.2 - - - - - (BH)*max Theoretical 259 493 509 575 1090 436 300(I) 400(I) - (kJ/M3) Real 96(A) 176(A) 175(A) 164(I) 66.1(I) 93.4(I) 80(I) ■ 580 ■
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( A：异方性；I：等方性) 2.3.3 新型稀土胶磁粉之研究
目前之商用稀土胶磁粉以SmCo5及Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17 及NdFeB MQ系为主，最近几年新材料之研究被认为最有可能商业化的包括Sm2Fe17Nx及(Sm，Zr)(Fe，Co)10Nx磁粉。 2.3.3.1. Sm2Fe17Nx系异方性磁粉
Sm2Fe17N3为结晶异方性场相当大之材料，若以磁性来比较，它具有与Nd2Fe14B系HDDR异方性磁粉几乎并驾其驱的高特性，例如其异方性压缩磁石磁能积可达21MGOe，射出磁石磁能积亦可达17MGOe，是相当具有商用价值的新型磁粉，惟由于它在使用时必须先予以微粉作业，而易造成本质矫顽磁力(iHc)的降低，为防止该现象的发生造成特性上之衰减，而有以Zn粉做为粉体间之结合材料，亦可利用Zn在高温下先行熔解而覆盖Sm2Fe17N3磁粉减低其表面因粉碎所造成之缺陷，iHc因而得以维持较高之值。另外亦有利用真空蒸镀法在Sm2Fe17Nx微粉上覆盖薄薄一层Zn，再利用该粉体制成异方性胶磁。有蒸镀Zn与未蒸镀Zn之磁粉iHc
经时变化比较，前者在120 oC 的大气之下长时期仍然保持稳定之iHc，而后者则迅速衰退。本系列磁粉在磁性上是具有极高商用潜力的材料，惟在制作磁粉上必须先制成Sm2Fe17粉体再予以适量渗氮处理使N原子扩散到晶胞内之八面体中心，因为N的作用使其延晶胞C轴方向产生磁异方性及极高之饱合磁化亮。在大量生产方面是比先前NdFeB系HDDR及快速冷却法(MQ)来得不经济，其是否能被商业化有待考验。
2.3.3.2. (Sm，Zr)(Fe，Co)10Nx
此系合金粉为目前所开发出之磁石合金中具有最高饱和磁化量(1.7 T)之材料 (如 表7. 所列)，其制作方法与Sm2Fe17Nx稍有差异。首先是利用快速冷却法制成(Sm，Zr)(Fe，Co)10之合金薄带，再经过退火获致较佳之晶粒，最后再予渗氮`理以产生足够之iHc。其主相为半稳定的TbCu7结构，磁粉中包括了许多纳米级的等方性微晶组织，有别于Sm2Fe17Nx的单结晶单扇区磁粉，最终只能作成等方
图 7. (Nd0.95La0.05)7.5+xFebal.Cr2B10 之去磁曲线比较。
图 8. (Sm0.75Zr0.25)(Fe0.7Co0.3)zNx之磁性质比较
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性磁石，由于其本身的高饱和磁化及微晶间之交互作用力而能获致高磁能积。(Fe，Co)/(Sm，Zr)之比例 (Z) 对该磁粉之磁特性有明显之影响，如 图8. 所示，在 Z=9 左右可得到最佳之Br及(BH)max值，但
iHc
只能达
7KOe
左右。其中
型烧结NdFeB磁石，最近几年则以后两者之研究主题为重点。总体而言，目前以纳米晶稀土磁粉之研究仅剩清大材料所及中正物理所两处。而高性能烧结磁石之研究则仅中正物理所一处。国人在高性能稀土永磁材料之研究所投入之人力大约仅占中国大陆之5%而已。可幸的是在永磁薄膜、新型高性能 ?- Fe/Nd2Fe14B 型复合磁粉以及高磁能积及高温型烧结NdFeB磁石的研究成果方面国人的表现却有过之而无不及。
(Sm0.75Zr0.25)(Fe0.7Co0.3)9Nx之磁性质为Br=1.06 T，iHc=7.1 kOe，(BH)max=18.5 MGOe，与 ?-Fe/Nd2Fe14B 复合纳米晶磁粉之磁性相当。 三、国内之研究 1. 研究机构:
1977年由金属工业研究所开始研究Sr系异方性Ferrite及FeCrCo磁石。1984年起由中科院材发中心及工业技术研究院材料研究所开始研究SmCo5、 Sm2TM17及NdFeB磁石等稀土磁石技术。而材料,机械及光电研究所分别从1988年起研究磁路分析及应用设计技术，时至今日仅剩下磁路分析及应用设计技术在研究机构继续进行着。 2. 大学:
清大材料所在稀土永磁相关之研究从以前到目前包括了Sm2TM17 、NdFeB 、Sm2Fe17Nx、 NdFeB nanocomposites及NdFeB & ferrite thin films。最近几年主要以NdFeB nanocomposites薄带及 NdFeB & ferrite thin films为主。逢甲大学材料所之研究则包括了Sm2TM17、 SmCox 磁粉、Sm2Fe17Nx及 NdFeB thin films。台大材料所则以Sr-ferrite、 MnAlC & PtFe thin films 为主。成大材料所亦以磁膜研究为主包括了PtCo & PtFe thin films等。中正大学物理所之研究范围包括了1:12 型nitride、 Sm2Fe17Nx、NdFeB & Sr-ferrite thin films、新型高性能 ?-Fe/Nd2Fe14B 型复合磁粉以及高磁能积及高温
四、结论
稀土烧结磁石挟其较强的磁能积及矫顽磁力，而得以使其下游信息、电子、电机产品达到轻薄短小化或省电化。SmCo5 磁石因磁性较低已少有应用，而Sm2TM17型磁石因磁性较高且居里温度最高， 因而适用于需要抵抗高温的环境，使用温度达400oC以上已非难事。NdFeB磁石磁性最高，已广泛被应用到一些较低温的环境(<150 oC)，而最高亦可达到220 oC之高温，其产量及产值都是目前所有永久磁石之最。
稀土胶磁因为制作容易又可制成薄肉多极化，已成为许多信息、机电产品之不可或缺之永磁材料。 NdFeB MQ磁石挟其多年来的优势将继续主导着稀土胶磁的未来。而在其他需要较高磁性的应用场合，微晶NdFeB，??-Fe/ Nd2Fe14B及 Fe3B/Nd2Fe14B型复合纳米晶磁粉有可能逐渐取代NdFeB MQ磁粉，高性能之(Nd，La)9.5-11(Fe,Co, M)balB10-10.5(M=过渡金属)复合磁粉不仅磁性可高于商用NdFeB MQ磁粉、制程上亦与之相似而具有商用潜力。Sm2Fe17Nx及(Sm，Zr)(Fe，Co)9-10Nx之磁粉虽亦具极佳之磁性，但制程较冗长，大量渗氮处理较难将会阻碍其应用
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之可能性。简而言之，跨越2000年之后稀土胶磁仍将是以Nd2Fe14B为主相的磁粉(如NdFeB MQ、纳米晶Nd2Fe14B及复合纳米晶NdFeB磁粉)为主流。 参考文献 1.
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