磁性材料應用歷史悠久，從中國古代“四大發明”就開始了?，F代經濟社會發展所需的計算機、通信、新能源、新家電、汽車無不建立在磁性材料產業的基礎上?，F代社會，人均磁性材料使用量，已經成為衡量一個國家科技發達程度的重要標志。
   

一、磁性材料的基本概念

    1.磁性材料定義
    磁性材料是功能材料的一種，主要指利用材料的磁性能和磁效應來實現對能量和信息的轉換、傳遞、調制、存儲和檢測等功能作用的材料。
    2.磁性材料分類及其主要應用領域
    磁性材料按照磁性能特征主要分為軟磁、硬磁、半硬磁三類。由于磁性材料主要用于能量和信息的傳遞、轉換領域，所以在電子信息產業和節能環保產業快速發展的今天具有廣闊的用武之地。
    (1)軟磁材料
    指較容易磁化和去磁的材料， 磁感應強度較高。普遍運用于通訊、廣播、電視、儀表等需要對外磁場變化有高靈敏性反應的領域。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用最廣泛、品種最多、性價比最高的類型。鐵氧體軟磁是信息材料支柱產業之一，全球電子信息產業、新型照明技術、電子產品數字化等飛速發展極大地推動了對軟磁鐵氧體材料的需求。
    (2)硬磁材料
    又稱為永磁體，這是因為它經磁化后仍能保持較強的磁性。大量應用于電動機、發電機、揚聲器、軸承、緊固件和傳動裝置等需要一個有恒定磁場的領域。永磁材料的主體是稀土永磁和鐵氧體永磁。稀土永磁材料應用廣泛、需求量大、前景樂觀，如核磁共振、計算機及設備、移動通訊設備、風力發電及電梯等都需要大量的稀土永磁材料，電動汽車、混合動力汽車、永磁變頻空調更是國內稀土永磁市場的新增長點。鐵氧體永磁材料主要占據傳統中低端產品領域， 如揚聲器、吸附磁體、玩具電機、磁選器件。
    (3)半硬磁材料
    性能介于軟磁材料和硬磁材料之間，特點是在小于一定的外部干擾磁場下具有穩定的剩余磁感應強度(類似硬磁性材料)，但在大于一定的磁場條件下易于改變磁化方向(類似軟磁材料)。半硬磁材料是一種用作動態使用的材料， 在當今趨于智能化的社會，動態使用情況日益增多，大量用于硬盤、磁帶、信用卡等信息存儲設備以及繼電器、半固定存儲器和警報器等設備中，有很好的發展前景。
   

二、我國磁性材料產業發展現狀及面臨的主要問題

    1.磁性材料產業的發展歷程
    縱觀世界磁性材料發展歷程，大致可以分為以下4個階段:
    (1)20世紀30年代，鋁-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度較高。
    (3)20世紀60年代末，釤-鈷磁體(Sm-Co)，包括第一代稀土永磁SmCo5和第二代稀土永磁Sm2Co17，特點是防腐防銹耐高溫能力強。
    (4)20世紀80年代開始， 第三代稀土永磁釹鐵硼(Nd-Fe-B)，特點是磁能積高、體積小、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過了鐵氧體的產值，此趨勢與日俱增，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”，一種無需稀土即可獲得強力磁鐵的基礎技術，磁力可與用于混合動力車的發動機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
    我國磁性材料的使用雖然歷史悠久，但形成一個產業還是在20世紀80年代之后快速發展的結果。習慣上， 某個國家或地區磁體產量占世界一半以上即為“全球磁體產業中心”。進入21世紀后，以產量定義的該“中心”從二戰前的歐洲、二戰后的美國、70年代后的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(規模以上工業企業之和， 下同)，2012年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為240.46億元(占比41.68%)；鐵氧體軟磁材料工業總產值為185.46億元( 占比32.15%)，其他磁性材料占3.85%。以上同期，浙江省磁性材料企業總數、工業總產值對應為257家、291.47億元，均占全國一半以上。
    磁性材料行業屬于資源和人力密集型制造業，原材料成本占50%以上。我國擁有全球最大的稀土儲量和產量。出于競爭和成本的考慮，歐美和日本陸續將其永磁材料的生產轉移到中國，自身則向附加值高的磁體下游器件產品轉移。2000年以后，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。歐洲目前僅德國和芬蘭保有一定的產量，均只生產高性能釹鐵硼永磁材料。日本受經濟不景氣影響，近年來稀土永磁體產量亦持續下滑。
    中國燒結釹鐵硼產地分布以浙江省(產量占全國總量的一半以上)、山西地區(占全國產量的五分之一以上)為主。釹鐵硼永磁生產對環境(溫度、濕度)極為敏感，生產能耗大。山西有一定的氣候、能源和原料區位優勢，但浙江寧波企業在20世紀90年代率先獲得了生產專利，以寧波中科三環、寧波韻聲為龍頭的釹鐵硼磁材企業形成了規?；募喊l展。寧波釹鐵硼磁性材料生產總量占全國的40%～50%， 產品出口量占全國60%，全球市場的20%，成為國際著名的釹鐵硼生產基地和貿易中心。寧波中科三環、寧波韻升已成為世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的主要問題
    (1)綜合研發能力低、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業仍然屬于勞動密集型企業。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工和后處理工藝上能力不足，高端應用領域高性能釹鐵硼永磁材料產品的技術門檻被國外先進企業壟斷，造成我國永磁成品的性能很少能夠滿足高端市場的差異化需求，也很少具有更好的綜合性能。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(核磁共振成像)等高端產品領域，我國產品所占的市場份額較小。同時，由于永磁產業下游行業的拉動更多來自于國外廠商，因此，在磁體的整機研發能力方面，我國的永磁機械制造商與國外相比也存在劣勢。
    (2)產業組織化程度低、產品雷同
    我國磁材企業在產業鏈協同開發(聯合設計、共同試驗)、多工廠協同制造(統一標準、統一認證)、對標管理(企標、行標、國標、國際標準)等方面做的很少，產業組織化程度低，產品雷同，市場極為分散，生產經營幾乎完全處于被動應對市場的初級階段，產品和技術開發處于混沌狀態，產品結構未能形成企業自有體系。同時，我國因上游電子整機及關鍵部件核心技術開發環節的缺失， 電子產品關鍵部件靠進口，新產品開發的第一桶金我們得不到，我國磁材企業只能做成熟的中低端市場，企業盈利能力極大削弱，磁材產品定價權缺失，嚴重影響我國軟磁產業技術經濟水平的提高。
    (3)專利和標準受制于人
    目前，磁性材料的標準基本集中在3個方面:一是鐵氧體磁芯及變壓器、電感器鐵芯的尺寸標準；二是質量認證用磁芯和元器件的標準；三是測量方法及一些基礎標準。多年來，以英、法、德為主的西歐、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，企圖長期控制國際標準的技術大權，并且不遺余力地把本國標準變成國際標準。所以磁性材料標準采用歐洲標準和IEC(國際電工委員會)標準比例較大，而我國磁性材料標準與之相比有較大差距，對我國磁性材料產業參與國際貿易極為不利。
    此外高端磁材釹鐵硼的燒結和粘結工藝專利主要由日本和歐美企業所把持，這一專利許可費用高達幾百萬美元， 代表企業以麥格昆磁(美國Magnequench)和住友特殊金屬(日本Neomax)為主，雖然我國釹鐵硼磁體生產廠家達到100多家， 然而具有專利授權的企業只有5家。雖然釹鐵硼磁體專利在2003年后大部分已經失效， 但麥格昆磁和Neomax公司卻通過專利延伸和專利網戰略極大地延伸了專利保護期。
   

三、磁性材料產業發展的計量需求

    綜上所述我國磁性材料產業發展存在的問題，無論是研發和產業組織問題， 還是專利和標準問題，歸根結底都與磁性材料的生產工藝流程控制有關。磁性材料在生產工藝流程的關鍵領域和關鍵參數中存在大量檢定、校準和檢測的計量需求。下面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程與之大同小異，工藝的關鍵領域和關鍵參數可以相互借鑒。
    1.釹鐵硼磁性材料燒結法工藝流程
    工藝流程主要包括以下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→速凝鑄片→破碎→制粉→混料→磁場取向與壓型→燒結→回火→機械加工(磨、切、削)→表面處理(電鍍)→成品質檢(含充磁、包裝)。
    2.釹鐵硼磁材生產的關鍵領域和關鍵參數
    要生產出高品質并且性狀穩定的釹鐵硼磁材產品，從其工藝流程的過程控制中分析主要是以下幾個關鍵領域。
    (1)原材料配料
    制造高檔燒結釹鐵硼永磁體，一般要求稀土金屬總含量達到99.5%以上。因此，需要通過運用特殊的計量器具(如電感耦合等離子發射光譜儀)對原材料純度、雜質進行確定。這一步是整個工藝流程的前提。
    (2)熔煉
    必須保證配料好的各種金屬完全熔化，形成均勻熔融的液體，而這些金屬熔點很高(如釹的熔點高達2450℃)又極易氧化，因此如何確保高溫和高真空度的熔煉環境是一個難點。
    (3)速凝鑄片(快淬工藝)
    這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合金成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，基本不存在α-Fe相，產品性能穩定。
    (4)制粉
    要確保破碎好的物料在制粉階段達到(3～4)μm的顆粒尺寸， 并且此尺寸的顆粒比例要求要達到95%。磁粉要求顆粒小且分布窄，同時顆粒形狀要盡量呈球形， 制粉過程也要在高純氮氣的保護下防氧化。
    (5)燒結與回火
    通過燒結提高磁粉壓坯的密度，改善磁體的顯微組織特征，通過兩次回火使富稀土金屬相薄層的界面更加清晰光滑連續，提高矯頑力。這個過程的難點是燒結和兩次回火的溫度控制，以及回火的真空或高純氮氣保護狀態。
    (6)成品質檢
    主要是磁性比較檢測、磁熱穩定性和表面防腐蝕性能測試。難點在規格過大和過小磁材的檢測、磁性能精密測量能力， 以及表面防護鍍層結合力與厚度的測量。綜上所述幾個關鍵領域中的主要關鍵參數依次為:稀土原料純度(Nd/Fe/B等稀土元素的含量及比例)、超高溫溫度、氮氣純度、含氧量、真空度、磁粉粒徑、磁化曲線、矯頑力、居里溫度、密度等關鍵參數。
    3.磁性材料關鍵領域中關鍵參數的計量需求
    以上工藝過程中這些關鍵參數全部可以轉化為對計量的需求。歸納一下主要涉及五大類計量指標:
    (1)理化量(主要是Nd/Fe/B等稀土元素的含量及比例、氮氣純度、含氧量)。
    (2)溫度量(主要是超高溫溫度、居里溫度)。
    (3)力學量(主要是真空度、密度)。
    (4)幾何量(主要是磁粉粒徑、鍍層厚度)。
    (5)電磁量(主要是磁化曲線、矯頑力等磁性能指標)。
    這五大類計量指標涉及的計量需求突出地體現在3個方面: 一是磁材的在線生產過程中需要對這些指標進行計量監控；二是涉及這些指標的專用計量儀器設備需要進行檢定和校準；三是這些指標涉及的有關具體物質需建立或完善相應標準以備量值溯源的需要。
    4.計量測試技術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、極端量的過程控制需求。
    在工藝過程控制中按照優質磁材生產的標準要求，對爐內高溫溫度及分布、氧含量、氮氣純度、真空度、磁粉粒徑等這些關鍵參數進行在線計量監控，確保這些關鍵指標在連續量、動態量和極端量上滿足要求，以提高磁材產成品的成品率和性能穩定性。
    (2)制定和完善磁性材料產業專用計量儀器的檢定規程和校準規范，保障產業發展中關鍵參數的準確性。
    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、鹽霧試驗箱、含水率測量儀、金相分析儀等都缺乏相應的檢定規程和校準規范，應抓緊制定和完善這些規程和規范，在進行磁材性能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。
    磁性材料產業專用設備如真空計、X射線熒光鍍層測厚儀、永磁磁性能測試儀、特斯拉計等計量設備數量較少，計量需求相對較低，量值傳遞覆蓋率低的情況嚴重。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和覆蓋率。
    (4)針對磁性材料產業技術瓶頸，提升關鍵參數計量能力，增強產業核心競爭力。
    當前磁性材料產業的技術瓶頸主要是部分關鍵參數的在線測試困難。燒結法釹鐵硼永磁的技術瓶頸主要表現在物料高溫在線測試、真空度在線控制、磁粉粒徑在線測試、氣體成分在線分析等方面。通過計量測試技術的科技創新，研制和運用滿足這些在線測試要求的專用計量測試系統，必將提高磁性材料產業的核心競爭力。