2022年9月，中國廈門鎢業與北方稀土簽署戰略合作協定，優先保障廈門鎢業控股企業對於鐠、釹、鑭、鈰等稀土金屬的採購供應。此次簽署戰略合作協定，是中國南北兩大稀土集團在稀土領域的強強聯手，對於提升中國稀土產業集中度和國際話語權具有重要意義。

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中國在稀土材料方面有完整的研發機構，如中國科學院及包頭稀土研究院等，在產業方面有廈門鎢業、有研稀土及金龍稀土等，其中廈門鎢業股份有限公司（簡稱廈門鎢業）的營運架構，包含鎢、鉬、稀土、能源新材料及房地產，主要從事鎢精礦、鎢鉬中間製品、各種稀土氧化物、稀土金屬、稀土發光材料、磁性材料、鋰電池正極材料及其他能源新材料的研發、生產和銷售，其中鎢冶煉產品的生產能力居世界第一，是中國最大的鎢鉬產品生產與出口企業，同時也是六大稀土集團之一。

福建省長汀金龍稀土有限公司（簡稱金龍稀土）是福建省稀土產業的龍頭企業，為廈門鎢業2006年收購之全資子公司，主要從事稀土分離、加工及稀土功能性材料的研發，擁有從稀土礦開採、分離、精深加工（螢光粉、磁性材料）等完整的產業鏈優勢。金龍稀土未來的發展戰略，以稀土深加工為重點，不斷壯大和延伸稀土產業鏈。

在廈門鎢業與金龍稀土共同申請的專利中，有許多涉及R-T-B系永久磁鐵的原料組合物專利，包括釹鐵硼磁體材料、原料組合物及其製備方法和應用。

R-T-B系永久磁鐵研發方向

為了作為支撐電子器件的關鍵材料，新型永磁材料的研發方向朝著兼及高磁能積與高矯頑力的方向進行。R-T-B系永磁材料已知為永久磁鐵中性能最高的磁鐵，被用於硬盤驅動器的音圈電機（VCM）、電動車用（EV、HV、PHV等）電機、工業設備用電機等各種電機和家電製品等。至於什麼是R-T-B系燒結磁鐵，R指的是稀土元素，T指過渡金屬元素及第三主族金屬元素，B指硼元素，例如釹鐵硼（Nd-Fe-B）永久磁鐵，由於其優異的磁特性而被廣泛應用於電子產品、汽車、風電、家電及工業機器人等領域，例如硬碟、手機、耳機、和電梯曳引機、發電機等永磁電機中作為能量源等，其需求日益擴大，而諸如剩磁（Br）、矯頑力（Hci）等磁鐵重要性能的要求也逐步提升。  

為了提升R-T-B系燒結磁鐵的剩磁，通常需要降低B含量，但是當B的含量較低時，不具有室溫單軸各向異性，會使得磁體的性能劣化。現有技術中，一般透過添加重稀土元素例如鏑（Dy）、鋱（Tb）、釓（Gd）等，以提高材料的矯頑力以及改善溫度係數，但重稀土價格高昂，採用這種方法提高R-T-B系燒結磁體產品的矯頑力，會增加原材料成本，不利於R-T-B系燒結磁體的應用。因此，在不添加或少量添加重稀土的情況下，如何採用低B體系（B＜5.88at％）製備得到高矯頑力、高剩磁的R-T-B系磁鐵是目前永磁領域亟待解決的技術問題。

此外，在製備R-T-B系永磁材料過程中，由於原料純度不夠，會引入一定含量的碳；同時由於釹鐵硼粉末活潑且流動性較差，需要添加抗氧劑、潤滑劑、脫模劑等有機添加劑，也會引入一定含量的碳。常規的製備工藝過程中，碳極易與活潑的富Nd相結合，形成碳化釹，從而導致磁體的內稟矯頑力（intrinsic coercivity，簡稱Hcj）下降。因此，現面臨的技術難題是：一方面需要降低合金中的碳元素含量，另一方面由於製備工藝或原料原因又不得不引入一定的碳源。這樣既矛盾又客觀的技術難題，亟需一種新的R-T-B系永磁材料的配方來克服上述技術難題。

控制Al含量改善磁鐵性能

為了克服現有技術中低B含量（B＜5.88at％）造成磁體性能變差且同一批次產品的磁性能不均一的問題，中國專利CN111243812B提供了一種R-T-B系永磁材料及其製備方法，該R‑T‑B系永磁材料的原料組合物包括：R：28.5～33.0 wt％；Ga：＞0.5 wt％；Cu：≥0.4 wt％；B：0.84～0.94 wt％；Al：0.05～0.07wt％；Co：≤2.5 wt％但不為0；Fe：60～70 wt％；N：Ti、Zr和Nb中的一種或多種；當N包含Ti時，所述Ti的含量為0.15～0.25 wt％；當N包含Zr時，所述Zr的含量為0.2～0.35％；當N包含Nb時，所述Nb的含量為0.2～0.5 wt％。所述百分比為各組分品質占該R-T-B系永磁材料總品質的品質百分比。藉由控制該R-T-B系永磁材料原料組合物中Al的含量，例如Al占所述原料組合物總品質的品質百分比為0.05~0.07 wt %，同時將一定範圍含量內的Ga和Cu與其他元素作合適的組成配置，能夠制得磁體性能優異且且同一批次產品性能均一的R-T-B系永磁材料。

晶界擴散助力Hcj提升

為了解決R-T-B系永磁材料中碳元素導致磁體之內稟矯頑力（Hcj）下降的問題，美國專利公開號US20220293309A1提供一種R-T-B系永磁材料和將該R-T-B系永磁材料進行晶界擴散處理的製備方法[1]。該R-T-B系永磁材料包括以下組成：稀土元素R：29.0~32.5 wt.%，且R包括重稀土元素（RH）；Cu：0.30~0.50 wt.%；Ti：0.05~0.20 wt.%；B：0.85~1.05 wt.%；C：0.1~0.3 wt.%；Fe：66~68 wt.%；其中稀土元素R至少包括釹（Nd），且重稀土元素（RH）至少包括鏑（Dy）或鋱（Tb）。該R-T-B系永磁材料中含有Cu-Ti-C晶界相，允許較高含量的碳，不需要額外控制碳含量，有助於生產管控；同時，因在擴散過程中形成Cu-Ti-C晶界相，抑制了Nd-C的生成，提供更多的擴散通道，有助於擴散過程Hcj的提升，例如：鋱（Tb）擴散Hcj提升了1162kA/m，鏑（Dy）擴散Hcj提升了883kA/m。圖1為製得的R-T-B系永磁材料觀察其磁體的晶相結構，掃描形成的Nd、Cu、Ti、C分佈圖，其中點1為Cu-Ti-C相。

圖1： R-T-B系永磁體晶相結構

圖片來源：美國專利號US20220293309A1

適量調節C、Cu及重稀土元素用量

為了克服現有技術的釹鐵硼磁體透過添加Co來提高居裡溫度和抗腐蝕性能、而Co又容易造成矯頑力急劇下降以及價格昂貴的缺陷以及Al的過量加入惡化剩磁和居裡溫度的缺陷，PCT國際專利號WO2021/244314A1提供了一種釹鐵硼磁體材料的原料組合物[2]，包括輕稀土元素LR，所述LR包括釹（Nd）、鐠（Pr）和/或釤（Sm）；其中，當所述LR包含鐠（Pr）時，所述鐠（Pr）的含量為0~16mas%、且不為0；鈥（Ho），0～10mas％、且不為0；釓（Gd），0～5mas％；鏑（Dy），0～3mas％；鋱（Tb），0～3mas％；且Gd、Dy和Tb不同時為0；碳（C），0.12～0.45mas％；銅（Cu），0.12～0.6mas％；鎵（Ga），0～0.42mas％，且不為0；鈷（Co），0～0.5mas％；鋁（Al），0～0.5mas％；X，0.05～0.45mas％，所述X包括鈦（Ti）、釹（Nb）、鋯（Zr）、鉿（Hf）、釩（V）、鉬（Mo）、鎢（W）、鉭（Ta）和鉻（Cr）中的一種或多種；硼（B），0.9～1.05mas％；其餘為Fe；mas%為各元素占所述釹鐵硼磁體材料的品質百分比；該釹鐵硼磁體材料的微觀結構包含主相、晶界外延層和富釹相；主相和晶界外延層分佈有Ho和C，富釹相分佈有Cu以及Dy和/或Tb；透過熔煉時添加適當用量的C和Cu以及重稀土元素，在不添加或者少量添加Co及Al時，調節材料的剩磁、矯頑力，同時改善高溫穩定性。該釹鐵硼磁體材料晶界連續性好（達96.5%以上），具有高剩磁、高矯頑力、良好高溫性能和良好的耐腐蝕性。圖2為釹鐵硼燒結體的SEM圖，其中1為主相，2是晶界外延層，3是富釹相。

圖2：釹鐵硼燒結體的SEM圖

圖片來源：美國專利號WO2021/244314A1

備註：

【本文僅反映專家作者意見，不代表本報及其任職單位之立場。】

作者： 芮嘉瑋 現任： 中技社科技暨工程研究中心組長 學歷： 國立清華大學 奈米工程與微系統研究所 博士 中原大學 財經法律研究所 碩士 國立台灣科技大學 材料科學與工程研究所 碩士 經歷： 工研院技術移轉與法律中心執行長室 工研院電子與光電研究所專利副主委 光電產業智權經理 專長： 長期從事產業研究、專利智財與投資評估等工作，專注於能源、產業、環境、經濟等議題。擅長創新技術策略分析、科技預測及評估、專利分析與布局、產業分析、智慧財產權管理與經營策略、專利的商業化與貨幣化。熟捻產業技術發展趨勢，並常在各媒體平台發表文章、應邀演講，成功引領技術前瞻與產業關鍵議題。

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