磁性材料應用曆史（shǐ）悠久，從中國古代“四大發明”就開始了。現（xiàn）代經濟社會發展所需的計算機、通信、新能源、新家（jiā）電、汽車無不建立在磁性材料產業的基礎（chǔ）上。現（xiàn）代社會，人均磁性材料使用量，已經成（chéng）為衡量一個國家（jiā）科技發達程度的重要（yào）標誌。
   

一、磁性材料的基本概（gài）念

    1.磁性材料定義
    磁性材料是功能材（cái）料的一種，主要指利用材料的磁性能和磁效應來（lái）實現對能量和信息的轉換、傳遞、調製、存儲和（hé）檢測等功能作（zuò）用（yòng）的材（cái）料。
    2.磁性材料分類及其（qí）主（zhǔ）要應用領域
    磁性材料按照磁性能特征主要分為軟磁、硬磁、半硬磁三類。由於磁（cí）性材（cái）料主要用於能量和信息的傳遞、轉換領域（yù），所以在（zài）電子信息產業和節能環保產業快速發展的今（jīn）天具有廣闊的用武之地。
    (1)軟磁材料
    指較（jiào）容易磁化和去磁的材料， 磁感應強度較高。普遍運（yùn）用於通（tōng）訊、廣播、電視、儀表等需要對外磁場變（biàn）化有高靈敏性（xìng）反應的領域。它是發展較早、品種最全、產量最多、應用最廣泛的磁性材料。在軟磁材料中，鐵氧體軟磁是目前使（shǐ）用最廣泛、品種最多、性價比最高的類型。鐵氧體軟磁是信息（xī）材料支柱產業之一（yī），全球電子信息（xī）產業、新型照明技術、電子產品數字化等（děng）飛速發展極大地推（tuī）動了對（duì）軟磁鐵氧體材料的需求。
    (2)硬磁材料
    又稱為永磁體，這（zhè）是因為它（tā）經磁化（huà）後仍能保持較強的磁性。大量應用於電（diàn）動機、發電機、揚聲器、軸承、緊固件和傳動裝（zhuāng）置等需要一個有恒定磁場的領域。永磁（cí）材料（liào）的主體是稀土永（yǒng）磁和鐵氧體永磁。稀（xī）土永磁材料應用廣泛、需求量大、前景（jǐng）樂觀，如核磁共振、計算機（jī）及設備、移動通訊設備、風力（lì）發電及電梯等都需要大量的稀土永（yǒng）磁材料，電動（dòng）汽車、混合動力汽（qì）車、永磁變頻空調（diào）更（gèng）是國內稀土永（yǒng）磁市場的新（xīn）增長點。鐵氧體永磁材料主（zhǔ）要占（zhàn）據傳統中低端產品領域， 如揚聲器、吸附磁體、玩具電機（jī）、磁選器件。
    (3)半硬磁材料
    性能介於軟磁材料和硬磁材料之間，特點是在小於一定的外部幹擾磁場下具有穩定的剩餘磁感應強度(類似硬（yìng）磁性材料)，但在（zài）大於一定的磁場條件（jiàn）下易於改變磁化方向(類（lèi）似軟磁材料)。半硬磁材料是（shì）一種（zhǒng）用作（zuò）動（dòng）態使用的材料， 在當今趨於智能化的社會（huì），動態使用情況日益增多，大量用（yòng）於（yú）硬盤、磁帶（dài）、信用卡等信息存（cún）儲設（shè）備以及（jí）繼電器、半固定存儲器和警報器等設備中，有很好的發展前（qián）景。
   

二、我國磁性（xìng）材料產業發展現狀及麵臨的主（zhǔ）要問題

    1.磁性材料產業的發（fā）展曆程
    縱觀世（shì）界磁性材料發展曆程，大致可以分為以下4個階段:
    (1)20世紀30年代，鋁（lǚ）-鎳-鈷永磁(AlNiCo)，特點是工作溫度可高達600℃以上。
    (2)20世紀50年代初，鐵氧體磁體，特點是磁能積和工作溫（wēn）度較高。
    (3)20世紀60年代末，釤-鈷磁體(Sm-Co)，包括第一代稀土（tǔ）永磁SmCo5和第二代稀土永磁Sm2Co17，特點是防腐防鏽耐高溫能力強。
    (4)20世紀80年代開（kāi）始， 第三代稀土永磁釹鐵硼(Nd-Fe-B)，特點（diǎn）是磁能積高、體（tǐ）積小（xiǎo）、重量輕。釹鐵硼具有目前磁性材料最高性能，在永磁材料中發展最快，2000年稀土磁體產值首次超（chāo）過了鐵氧體的產值，此趨勢與（yǔ）日俱增，將是21世紀磁性材料的主角。
    最新型的磁性材料也開（kāi）始研發，2012年2月初，日本東北大學研究生院等科研團體宣布， 已成功合成“強磁性氮化鐵”，一種無需稀土即（jí）可獲得強力磁鐵的（de）基礎技術，磁力可與用於混合動力車的發動機（jī）和家電的釹磁鐵相匹敵，但離產業化還有很長的路要走。
    2.我國磁性材料發展現狀
    我國（guó）磁性材料的使用雖然曆史悠久，但形成一個產業還是在20世紀80年代之後快速發展的（de）結果。習慣上， 某個國家或地區（qū）磁體產量（liàng）占世界（jiè）一半以上即（jí）為“全球磁（cí）體產業中心”。進入21世紀後，以產量定義的該“中心”從二戰前的歐洲、二（èr）戰後的美國、70年代後的（de）日本已轉移到當今的中國。
    至2013年9月末，全國磁性材料企業總數為474家(規模（mó）以上工（gōng）業企業之和， 下（xià）同)，2012年（nián）全國磁性材料工業總產值總額達到576.87億元，其中鐵氧體永磁材料工業總產值為128.74億元(占比22.32%)；釹鐵硼永磁材料工業總產值（zhí）為240.46億元(占比41.68%)；鐵氧體軟磁材料（liào）工業總產值為185.46億元( 占比32.15%)，其他磁性材料占3.85%。以上同期，浙江省磁性材（cái）料企業總（zǒng）數、工業總產值對應為257家、291.47億元，均占全國一半以上。
    磁性材料行業屬於資源和人力密（mì）集型（xíng）製造業（yè），原（yuán）材料成本占50%以上（shàng）。我國擁有全（quán）球最大的（de）稀土儲量和產量。出於競爭和成本的考慮，歐美和日本陸續（xù）將其永磁材（cái）料（liào）的（de）生產轉（zhuǎn）移到（dào）中國（guó），自（zì）身則向附加值高的磁體（tǐ）下遊器件（jiàn）產（chǎn）品轉（zhuǎn）移。2000年以後，美國和歐洲的產量持續下滑，2004年美國燒結釹鐵硼磁體的生產已完全停止（zhǐ）。歐洲目前僅德國和芬蘭保有一定的產量，均隻生產高性（xìng）能釹鐵硼（péng）永磁材料。日本受經濟不景氣影響，近（jìn）年來（lái）稀土永磁體產量亦持續下滑。
    中國燒結釹（nǚ）鐵硼產（chǎn）地分布以浙江省(產量占全國總量（liàng）的一半以上)、山西地（dì）區(占全國產量的五分之一（yī）以上)為主。釹鐵（tiě）硼永磁生產對環境(溫度、濕度)極（jí）為敏感（gǎn），生產能耗大。山西有一定的（de）氣候、能源和原料區位優勢，但浙江寧波企業在20世紀90年（nián）代率先獲得了生產專利，以寧波中科（kē）三環、寧波韻聲為龍（lóng）頭的釹鐵硼磁（cí）材企業形成（chéng）了（le）規模化的集群發展。寧波釹鐵硼磁性材料生（shēng）產（chǎn）總（zǒng）量占全國的（de）40%～50%， 產品（pǐn）出口量占全國60%，全球市場的20%，成為國際著（zhe）名的釹鐵硼生產基地和貿易中心。寧波中科三環、寧波韻升（shēng）已成為世（shì）界上最大的釹鐵硼生產企業之一。
    3.我國磁性材料產業存在（zài）的主要問題
    (1)綜合研發（fā）能力（lì）低（dī）、高端產品成品率低
    就普遍采用的生產工藝而言，我國磁性材料行業大部分企（qǐ）業仍然屬於勞動密集型企（qǐ）業。我國現有專門從事磁性材料研究開發的專業機構數量偏少，科研實力不強。特別是永磁產業在產品深加（jiā）工和後處理工藝上（shàng）能力不（bú）足，高端應用領域高性（xìng）能釹鐵硼永（yǒng）磁（cí）材料（liào）產品的技術門檻被國外先進（jìn）企業壟斷，造成我國永磁成品的性能（néng）很少能夠滿足高端市場的差異化需求，也很（hěn）少（shǎo）具（jù）有更（gèng）好的綜合性能（néng）。因此，在釹鐵硼永磁應用最多的計算機VCM(硬盤驅動器音圈電機)、新型電機、MRI(核磁共（gòng）振成（chéng）像)等高端（duān）產品領域，我國產品所占的市場份額較（jiào）小。同時，由於永磁產業下遊行業的拉動更多來自於國外廠商，因此，在磁體的整機（jī）研發能力方麵，我國的永磁（cí）機械製造商（shāng）與國外相比也存在（zài）劣勢。
    (2)產（chǎn）業組織化程度低、產品雷同
    我國磁材（cái）企業在產業鏈協同開發(聯合設（shè）計、共同試（shì）驗)、多工廠協同製造（zào）(統一標準（zhǔn）、統（tǒng）一認證)、對標管理(企標、行標、國標、國際標（biāo）準)等方麵做的很少，產業組織化程度低，產品雷（léi）同，市場極為分散，生產經營幾乎完全處於被動（dòng）應對市場的初級階段，產品（pǐn）和技術開發處於混沌狀態，產品結構未能形成企業自有體係。同時，我國（guó）因上遊電子整機及關鍵部件核心技（jì）術開發環節的缺失， 電子產品關鍵部件靠（kào）進口，新產品開發的第一桶金（jīn）我們得不到，我國磁（cí）材企業隻能（néng）做成熟的（de）中低端市場，企業盈利能力極大削弱，磁材產品定價權缺失，嚴重影（yǐng）響我國軟磁產業技術經濟水平的提高。
    (3)專利和標準受製於人
    目前，磁性（xìng）材料的標準基本集（jí）中在3個方麵:一是鐵氧體磁芯及變壓器、電感（gǎn）器鐵芯的尺寸標準；二（èr）是（shì）質量認證用磁芯和元器（qì）件的標準；三是測量方法（fǎ）及一些基礎標準。多年來，以英、法、德（dé）為主的西歐、美國，一直將很多精力和時間放在國際和區域標準化活動上，企圖長期控製國際標準的技術大權，並且不遺餘（yú）力地把本國標準變（biàn）成國際（jì）標準。所以磁性材料標準采用歐洲標準和IEC(國際電工委員會)標準比例（lì）較大，而我（wǒ）國磁性材料標準與之相比有較大差距，對（duì）我國磁性材（cái）料產（chǎn）業參與國際貿易（yì）極為不利。
    此外高端磁材釹鐵硼的燒結和粘結工藝專（zhuān）利主要由（yóu）日本和歐美企業所把持，這一專利許可（kě）費用高達幾百萬美元， 代表企業以麥格昆磁(美國（guó）Magnequench)和住友特殊金屬(日（rì）本（běn）Neomax)為主，雖然（rán）我國釹鐵硼磁體（tǐ）生產廠家達到100多家， 然而具（jù）有專利授權的企業隻有5家。雖（suī）然釹鐵硼磁體專（zhuān）利在2003年後大部分已經失效（xiào）， 但麥格昆磁和Neomax公司卻通過專利延伸和專利網戰略極大（dà）地延（yán）伸了專利保護期（qī）。
   

三、磁性材料（liào）產業發展的計量需求

    綜上所述我（wǒ）國磁性材料產業發（fā）展存在的問題，無論是研發和產業組織問題， 還是專利和標準（zhǔn）問題，歸根（gēn）結底都與磁性材料的生產工藝流程控製有（yǒu）關。磁性材（cái）料在生（shēng）產工（gōng）藝流程的關鍵領域（yù）和關鍵參數中存（cún）在大量檢定、校準和檢測的計量需求。下麵（miàn）以釹鐵硼磁材的燒結法工藝流程為例進行說明，其他類型的磁材工藝流（liú）程（chéng）與（yǔ）之大同小異，工藝的關鍵領域（yù）和關鍵參數可以相互借鑒。
    1.釹鐵硼磁性材料燒結（jié）法工藝流程
    工藝流程主（zhǔ）要包括以下12個環節: 原材料準備(原材料成分分析、設計、配料與稱料)→熔煉→速（sù）凝鑄片→破碎→製粉→混料→磁場取向與壓型（xíng）→燒結→回火→機（jī）械加工(磨、切、削)→表麵處理(電鍍)→成品質檢(含充磁、包裝)。
    2.釹鐵硼磁（cí）材生產的關鍵領域和關鍵參數
    要生產出高品質並且性狀穩定的釹鐵（tiě）硼磁材產品，從其工藝流程的過程控製中分（fèn）析主要是以下幾個關鍵領（lǐng）域。
    (1)原材料配料
    製（zhì）造高檔燒結（jié）釹（nǚ）鐵硼永磁體，一般要求稀土金屬總含量達到99.5%以上。因此，需要通過（guò）運用特殊的計量器具(如電感耦合等離子發射（shè）光譜儀)對原（yuán）材料純度、雜質進行確定。這一步（bù）是整個（gè）工藝流程的前提。
    (2)熔煉
    必須保證配料好的各種金（jīn）屬完全熔化，形成均勻熔融的液體，而這些金屬熔點很高（gāo）(如釹的熔點高達2450℃)又極易氧化，因（yīn）此如何確（què）保高溫和（hé）高真空度的熔煉環境是一個難點（diǎn）。
    (3)速凝鑄（zhù）片(快淬工藝)
    這（zhè）是獲得高性能燒結釹鐵硼永磁材料的關鍵環節，通過準確的冷卻速度得到正確的（de）合金成（chéng）分設計和良好的鑄錠微結構， 使磁體成分結構盡可能接近Nd2Fe14B成分(即釹鐵硼比例接近2∶14∶1)，富Nd相分散均勻（yún），基本不存在α-Fe相，產品性能穩定。
    (4)製粉
    要確保破碎好的物料在製粉階段達到(3～4)μm的顆粒（lì）尺寸， 並且此尺寸（cùn）的（de）顆粒（lì）比例（lì）要求要達到95%。磁粉要求顆粒（lì）小且分布窄，同時顆粒形狀要盡量呈球形， 製（zhì）粉過程也要在高純氮氣的保護下（xià）防氧化（huà）。
    (5)燒結與回火
    通過燒結提高磁（cí）粉壓坯的密（mì）度，改善磁體的顯微組織特征，通過兩次回火使富稀（xī）土金屬相（xiàng）薄層的界麵更加清晰光滑連續，提高矯頑力。這個（gè）過程的難點是燒結和兩次回火的溫度控（kòng）製，以及回火的真空或高純氮氣保護狀態。
    (6)成品質（zhì）檢
    主要是磁性比較檢測、磁熱穩定性和表麵防腐蝕性能測試（shì）。難點在規格過大和過（guò）小（xiǎo）磁材的檢測、磁性能精密（mì）測量能力， 以及表麵防（fáng）護鍍層結合力與厚度的（de）測量。綜上所述幾個關鍵領域中的主要關鍵參數依次為（wéi）:稀土原料純度(Nd/Fe/B等稀土元素的含量及（jí）比例)、超高溫溫度、氮氣純（chún）度（dù）、含氧量、真空度、磁粉粒徑、磁化曲線、矯（jiǎo）頑力、居（jū）裏溫度、密度等關鍵參數。
    3.磁性材料關鍵（jiàn）領（lǐng）域中關鍵參（cān）數（shù）的（de）計量需求
    以上工藝過程中這些關鍵參數全部可以轉化（huà）為對計量的需求。歸納一下（xià）主要涉及五大類計量指標:
    (1)理化量(主（zhǔ）要是Nd/Fe/B等稀土元素的含量及比例、氮（dàn）氣純度、含氧（yǎng）量)。
    (2)溫度量(主要是超高溫溫度、居裏溫度)。
    (3)力學量(主要是（shì）真空（kōng）度、密度)。
    (4)幾何量(主要是磁粉粒徑、鍍層厚度)。
    (5)電磁量(主要（yào）是磁化曲線、矯頑力等磁性（xìng）能指標)。
    這五大（dà）類（lèi）計量（liàng）指標涉及的計（jì）量（liàng）需求突出地體現在3個方麵: 一是磁材的在線（xiàn）生產過程中需要對這些指標進行計量監控；二是涉及這（zhè）些指標的專用計量（liàng）儀器設備需要進行（háng）檢定和校準；三是這些指標涉（shè）及的有（yǒu）關具體物質需建立或（huò）完善相應標準以備量值溯源的需要。
    4.計量測試技術（shù）在磁性材料產業發展中的主要作用
    (1)通過關鍵參數的實時在線計量，滿（mǎn）足磁材工藝流程中這些參數動態量、連續量、極端量的過程控製需求。
    在工藝過程控製中按照優質（zhì）磁材生產（chǎn）的標準要求，對爐內高溫溫度及分布、氧含量、氮氣純度、真空度、磁（cí）粉粒徑等這些關鍵參數進行在線計（jì）量（liàng）監（jiān）控，確保這些關鍵指標在連續量、動態量和極端量上滿足要求，以（yǐ）提高磁材產成（chéng）品的成（chéng）品率和性能穩定（dìng）性。
    (2)製定和完善磁性材（cái）料產業專用計量儀器的檢定規程和校準規範，保障產業發展中關鍵參數（shù）的（de）準確（què）性。
    目前在磁性材料領域應用廣泛的專用計量儀器設備，如加速老化試驗箱（xiāng）、鹽霧試驗箱、含水率測量儀、金相分析儀等都缺乏相應的（de）檢定（dìng）規程和校準規範，應抓緊製定和完善這些規程和規範，在進行磁材性能（néng）測試過程中保障數據的準確性。
    (3)建立和完善磁性材料關鍵參數的計量標準，提高產業關鍵參數的量值傳遞能力。
    磁性材（cái）料產業專用設備（bèi）如真空計、X射線熒光鍍層測厚儀、永磁磁性能測試儀、特（tè）斯拉（lā）計等計（jì）量設備（bèi）數量較少，計量需求相對較低，量值傳遞覆蓋（gài）率低的情況嚴重。因此需建立和完善磁材產業專用的計量標準，填補空白，提高產業量值傳遞的能力（lì）和覆蓋率。
    (4)針對磁性材料產業技術瓶頸，提升關鍵參數（shù）計量能力，增強產業核心競爭力。
    當（dāng）前磁性材料產業的技術瓶頸主要（yào）是部分關鍵參數的在（zài）線測試困難。燒結法釹鐵硼（péng）永磁的技（jì）術瓶頸主要表現在物料高溫在線測試、真空度在線控製、磁粉粒徑在線測試、氣體成分在線分析等（děng）方麵。通（tōng）過計量測試技術的科技創新，研製和運（yùn）用滿足這些在線測試要求的專用計量測試係統，必將提高磁性材（cái）料產業（yè）的核心競爭力。