文/張子瑞

技術(shù)突破
促稀土資源綜合利用

文/張子瑞

2014年，世界貿(mào)易組織就中國(guó)的稀土出口管理措施最終裁決中國(guó)敗訴。商務(wù)部日前公布的《2015年出口許可證管理貨物目錄》明確取消了已執(zhí)行了16年的稀土出口配額制度。在這種形勢(shì)下，如何提振中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)？業(yè)內(nèi)認(rèn)為，未來(lái)取決于我們能否在該領(lǐng)域占有高科技優(yōu)勢(shì)，而不能再單純依靠資源優(yōu)勢(shì)。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的稀土供應(yīng)了全球90%以上的需求，但專利技術(shù)主要掌握在西方大國(guó)手中，一方面我國(guó)無(wú)法自行生產(chǎn)高端產(chǎn)品，另一方面還要向國(guó)外專利持有人支付巨額專利費(fèi)。為打破這種局面，我國(guó)科技工作者進(jìn)行著不懈努力。其中，北京大學(xué)楊應(yīng)昌院士主持、由北京大學(xué)與北京恒源谷科技股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的高性能各向異性釤鐵氮磁粉及其粘結(jié)磁體取得重大突破，已經(jīng)通過了國(guó)家863驗(yàn)收，進(jìn)入規(guī)模化量產(chǎn)階段。據(jù)稱，此發(fā)明是我國(guó)在稀土永磁領(lǐng)域唯一的一項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)明，擁有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，標(biāo)志著我國(guó)在稀土科技領(lǐng)域的地位和影響日益顯著，這對(duì)于綜合利用稀土資源，提高資源利用率，進(jìn)一步推進(jìn)電器小型化、節(jié)能化發(fā)展具有重要的意義。北京恒源谷科技股份有限公司總經(jīng)理王新安對(duì)此發(fā)表了自己的看法。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)曾長(zhǎng)期受制于人

稀土功能材料是十三類新材料之一，在國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著核心基礎(chǔ)材料作用，其中，稀土永磁材料是稀土功能材料最重要的方面。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，稀土永磁材料主要是用來(lái)生產(chǎn)釹鐵硼。釹鐵硼是一種非常優(yōu)秀的永磁材料，但也有其不足，其中最主要的問題就是，用這種材料制作粘結(jié)磁粉，其晶體結(jié)構(gòu)是各向同性的，最大磁能積僅到16MGOe,不能適應(yīng)高端領(lǐng)域產(chǎn)品的需求。其次，粘結(jié)釹鐵硼的成型工藝受到限制，不適宜制作柔性磁體和復(fù)雜異形磁體。第三，釹鐵硼磁粉的專利歸外國(guó)公司所有，受到國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制約。我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)釹鐵硼的企業(yè)很多，有些還是上市公司，但都不具有釹鐵硼的專利權(quán)，需要向國(guó)外支付專利費(fèi)，同時(shí)，這些企業(yè)之間又存在競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致利潤(rùn)越來(lái)越低，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，很多企業(yè)開工不足，因此，需要開發(fā)新產(chǎn)品來(lái)嘗試改善這種局面。

此外，還要看到，稀土資源并非中國(guó)獨(dú)有，日本等國(guó)已開始嘗試從其他國(guó)家尋求資源來(lái)源，我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)可能會(huì)逐漸降低，因此，很有必要通過科技創(chuàng)新來(lái)提振整個(gè)稀土產(chǎn)業(yè)。

釤鐵氮研發(fā)獲突破，開始規(guī)模量產(chǎn)

稀土金屬是伴生的，隨著釹鐵硼材料的大量應(yīng)用，在開發(fā)提煉釹的同時(shí)，積壓了大量同時(shí)提煉出來(lái)的其他稀土元素，如釤。如何綜合有效利用稀土資源，是我們一直關(guān)注的一個(gè)課題。

與該項(xiàng)目有關(guān)的研究，北京大學(xué)已經(jīng)持續(xù)進(jìn)行了20多年，經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展。第一階段，北京大學(xué)楊應(yīng)昌研究組和愛爾蘭大學(xué)Coey研究組基于所發(fā)現(xiàn)的在稀土合金中氮的間隙原子效應(yīng)，發(fā)明了內(nèi)稟磁性可與釹鐵硼媲美的新材料釹鐵氮和釤鐵氮，盡管氮化物具有優(yōu)異的內(nèi)稟磁性，可是傳統(tǒng)的工藝不能做出高性能稀土鐵氮磁粉。第二階段，北京大學(xué)開發(fā)了適宜的工藝,使這種新材料具備了優(yōu)異的永磁性能,當(dāng)時(shí)金屬釤的價(jià)格是釹的數(shù)倍，因此將釹鐵氮被視為性能高而價(jià)格低的材料加以開發(fā)。第三階段，北京大學(xué)針對(duì)釹鐵氮進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)，經(jīng)過了產(chǎn)業(yè)化中試試驗(yàn)。到2005年，金屬釤的價(jià)格開始低于釹，為了適應(yīng)市場(chǎng)原料價(jià)格的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化，又重點(diǎn)開發(fā)了釤鐵氮。目前已經(jīng)在穩(wěn)定量產(chǎn)高性能釤鐵氮磁粉。同時(shí)，所開發(fā)的釤鐵氮各向異性磁粉產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，釤鐵氮各向異性磁粉的性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，該成果已取得了中國(guó)、美國(guó)、日本和歐盟的發(fā)明專利。

在稀土永磁材料中，釹鐵硼磁體是市面上最常用的產(chǎn)品，與釹鐵硼相比，釤鐵氮磁粉有四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)？首先，與當(dāng)前商用的釹鐵硼粘結(jié)磁粉相比，釤鐵氮各向異性磁粉具有更高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、更高的磁能積和更強(qiáng)的抗氧化和抗腐蝕能力。其次，釤鐵氮磁粉的成型工藝好，易于直接加工成薄壁環(huán)形、棒形、瓦型等三維復(fù)雜形狀，適于壓延、擠出、注射和模壓等各種粘結(jié)磁體工藝方法，成型后公差精度高；體積小、重量輕。第三，釤鐵氮磁粉完全是我國(guó)的自有專利技術(shù)。最后，從生產(chǎn)成本方面考慮，較之制備高性能釹鐵硼磁粉所需的材料，目前釤鐵氮磁粉的材料成本相對(duì)較低。

助力節(jié)能電機(jī)行業(yè)發(fā)展

稀土永磁電機(jī)是國(guó)家大力推廣的高效節(jié)能電機(jī)，與傳統(tǒng)勵(lì)磁式電機(jī)相比，具有減化結(jié)構(gòu)、降低損耗、提高效率的特點(diǎn)，是新能源汽車等行業(yè)的重要基礎(chǔ)部件。由于各向異性釤鐵氮磁粉磁能積高，因此以這種材料制作的粘結(jié)磁體可以縮小所需的磁體體積，減少稀土材料的使用，提高電機(jī)的效率。

此外，釹和釤是共生的，在大量使用釹的同時(shí)，導(dǎo)致了大量釤資源閑置，沒有得到充分利用，而我們這項(xiàng)以釤為基本元素的新型稀土永磁材料，恰恰能夠解決這一問題，促進(jìn)稀土資源的綜合有效利用。這項(xiàng)技術(shù)可廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電動(dòng)汽車、辦公自動(dòng)化、家用電器等電子產(chǎn)品中，對(duì)信息、交通、能源、環(huán)境諸領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步起著推動(dòng)和保障的作用，具有良好的應(yīng)用前景。

邁向稀土科技強(qiáng)國(guó)，促進(jìn)稀土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該是我們未來(lái)的奮斗目標(biāo)。我們應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)科技創(chuàng)新的引導(dǎo)和扶持，努力提升科技成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化進(jìn)程，擺脫知識(shí)產(chǎn)權(quán)嚴(yán)重受制于外國(guó)公司的局面。我們不僅要成為稀土資源大國(guó)、工業(yè)大國(guó)，還要成為科技強(qiáng)國(guó)。同時(shí)，科技創(chuàng)新要充分考慮我國(guó)資源特點(diǎn)，考慮資源的綜合利用、有效利用，服務(wù)于節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。