做契合资源禀赋的稀土永磁材料

原标题：做契合资源禀赋的稀土永磁材料

　　说起稀土永磁材料，不少人会感到陌生。

　　实际上，此时此刻，你可能正将它握在手中：手机的变焦镜头，通过微型电机来运转，这种电机里就有数颗小小的稀土永磁材料。

　　除了应用于手机，稀土永磁还是战略性新兴产业的关键功能性材料。在江西赣州，世界首条采用永磁磁浮技术的“兴国号”列车正穿梭于革命老区兴国县，其中就应用了一种新型稀土永磁材料——铈磁体。

　　历时多年攻关，铈磁体的研发由中国工程院院士、中国钢研科技集团有限公司（以下简称中国钢研）副总工程师李卫研究团队率先取得突破，并成功实现产业化。

　　不能让稀土变成“土”

　　提到稀土永磁，绕不过它的原材料——稀土。自20世纪80年代起，李卫就多次对我国北方稀土矿进行调研，解决稀土资源的平衡利用问题时刻萦绕在他脑海中。

　　原来，稀土好比“多胞胎”，共有17种元素，但不同元素的丰度却相差甚远。例如，在我国白云鄂博共伴生稀土矿中，铈元素约占50%，镧元素占25%左右，镨、钕元素占21%左右。

　　然而，目前市场上主要的稀土永磁材料是钕磁体。这种磁体最早由国外研发成功，需要大量使用稀土中稀缺的钕、镨元素，而含量较高的镧、铈元素却难以派上用场。

　　“剩下的大部分稀土元素都没得到充分利用，堆积在那里，稀土真的变成了‘土’。”李卫痛心地说，稀土属于战略性稀缺矿产资源，如果能对储量丰富的镧、铈元素高效利用，我国的稀土资源量相当于翻了一番。

　　针对这一现实困境，2006年，李卫下定决心带领团队启动铈磁体的研发工作，以解决稀土中丰度最高的铈元素在稀土永磁材料中的应用问题。

　　其实，钕磁体自20世纪80年代问世后，就有人尝试往其中添加铈元素。多年过去了，却一直没能成功。

　　在钕磁体中，钕、铁、硼3种原子的数量比例依次为2∶14∶1。研究团队希望，用铈原子逐步替代其中的钕原子。但铈的秉性脾气着实令人头疼。研究团队成员朱明刚解释说，从磁学的角度来看，铈元素的本征磁性较钕弱很多。此前研究表明，添加铈元素通常导致磁性能下降，因此这种元素不适于永磁体的生产。

　　“过去，稀土永磁领域通常认为，铈是有害的，添加铈会对稀土永磁材料产生副作用。”李卫告诉科技日报记者，“如何将‘有害’变‘有用’？这正是我们要攻克的难题。”

　　啃下原创“硬骨头”

　　没有经验可循，只能埋头去啃这块“硬骨头”。

　　研究团队针对铈磁体研发中的瓶颈问题，反复建模、实验、分析，探索钕铁硼材料中添加铈元素的制备技术，尝试用各种方法改善铈磁体的微观组织结构。同时，他们每周都会举行讨论会，对实验结果进行分析。

　　经历无数次实验之后，在2010年的一次讨论会上，研究团队终于迎来重大转机。“我们对当时的多项实验结果进行分析后发现，当具备一种特殊的结构时，铈磁体展示出显著提升的综合性能。”李卫对那次讨论会记忆犹新。

　　新发现令团队成员欢欣鼓舞。李卫却给大家泼了盆冷水：“只有一次实验结果不行，要把实验重复出来，真正搞清楚这种结构背后的规律。”

　　又经历一年多艰苦的实验和探索，研究团队实现了实验的稳定重复，真正攻克了新型铈磁体的关键制备技术。2011年至2012年，中国钢研在国内申请了铈磁体发明专利，并先后在美国和德国获得发明专利授权。

　　这些年，李卫研究团队对铈磁体的研究逐步深入。伴随着一次次技术突破与创新，铈磁体的性能不断提升。铈元素占材料中稀土元素的比例，也从零一步步提升到60%以上。比例越高，难度越大。让铈元素占材料中稀土元素用量的80%甚至100%，同时拥有良好性能，这是研究团队目前正在攻关的目标。