貨源緊缺推動(dòng)多種稀土替代技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生
去年，由于中國削減出口配額，稀土的價(jià)格急劇上漲。在許多企業(yè)叫苦不迭的情況下，稀土替代技術(shù)越來越受到關(guān)注。
價(jià)格一度跳升10倍多
“由于中國一直在提高稀土的價(jià)格，本公司多年進(jìn)行開發(fā)、可大幅減少（稀土）使用量的技術(shù)終于得見天日了。”
在日本信越化學(xué)工業(yè)公司負(fù)責(zé)稀土磁鐵業(yè)務(wù)的電子材料業(yè)務(wù)本部部長(zhǎng)兼董事松井幸博這樣說。該公司以占全球市場(chǎng)份額居首位的半導(dǎo)體硅和聚氯乙烯樹脂而聞名，但實(shí)際上，在稀土磁鐵領(lǐng)域，也掌握著約4成的份額，排名世界第2位。
稀土磁鐵被大量用于混合動(dòng)力車（HV）、電動(dòng)汽車（EV）、空調(diào)和洗衣機(jī)等家電、產(chǎn)業(yè)設(shè)備及硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）等。雖然也會(huì)采用以氧化鐵為主要成分的低成本的鐵氧體磁鐵，但稀土磁鐵具有更高的磁力，有助于實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的小型輕量化及省電化。
將名為釹的稀土與鐵及硼一起燒結(jié)而成的磁鐵，據(jù)說是目前磁力最強(qiáng)的永久磁鐵。不過，如果溫度上升，磁力就會(huì)下降。對(duì)于高溫下使用的汽車及空調(diào)馬達(dá)專用的磁鐵，為了使其具有耐熱性，還會(huì)加入名為鏑的稀土。
僅在必要的部分使用
目前，全球稀土的約98％在中國生產(chǎn)。2010年中國大幅削減出口配額之后，稀土的價(jià)格上漲。尤其是2011年2月以后，價(jià)格急劇上漲，在達(dá)到峰值的7月份，釹平均每公斤約為500美元，鏑平均每公斤約為3000美元，均暴漲到了2010年4月的10倍以上。
盡管在中國釋放國內(nèi)庫存后，從2011年8月起，價(jià)格有所下降，但依然處于較高水平。于是，可減少稀土使用量的技術(shù)以及代替稀土的技術(shù)受到了關(guān)注。
信越化學(xué)開發(fā)出了可減少稀土磁鐵中鏑含量的技術(shù)。
為了提高耐熱性而加入的鏑，根據(jù)用途不同，其使用量也不同。如果是汽車及空調(diào)用的磁鐵，鏑會(huì)占到材料整體的5～7％。通過調(diào)整制造方法，信越化學(xué)成功地減少了其中的3％。如果是原本含有3％鏑的磁鐵，則可大體上減少到零。
通常，磁鐵的制造過程是這樣的。根據(jù)希望制造的磁鐵的組成，將稀土和鐵等金屬混合而成的材料熔化，注入鑄模中，制成鑄錠（生坯）。將鑄錠分多個(gè)階段進(jìn)行粉碎。將這些粉末在模具中成形并燒結(jié)后，進(jìn)行熱處理。以往，在混合原料的過程中會(huì)加入鏑。
然而，鏑無需遍布材料的內(nèi)部。只要鏑存在于構(gòu)成磁鐵的一個(gè)個(gè)粒子的空隙（粒界）表面，就能保證耐熱性。
事實(shí)上，雖然通過添加鏑能夠抑制磁力隨溫度上升而減弱的現(xiàn)象，但在沒有溫度上升的狀態(tài)下磁力降低。因此，鏑的添加量越少越好。
6成客戶將改用新產(chǎn)品
新加工方法是在燒結(jié)后在磁鐵的表面涂覆鏑，然后進(jìn)行熱處理。鏑會(huì)滲入一個(gè)個(gè)粒子之間，覆蓋粒界的表面。
涂覆的鏑只需微量即可，因此，與以往的方法相比，可大幅減少添加量。盡管具有相同程度的耐熱性，但磁力會(huì)提高。
信越化學(xué)自2003年起著手進(jìn)行“省鏑”磁鐵的開發(fā)，2008年投放市場(chǎng)。由于工序增加，新加工方法的成本提高。其銷路僅限于高性能產(chǎn)業(yè)設(shè)備以及商用高級(jí)空調(diào)等。
然而，松井董事說：“稀土價(jià)格急劇上漲成了我們的東風(fēng)。”自去年7月以后，訂購蜂擁而至。已有10～20％的客戶改用了省鏑磁鐵。大多為空調(diào)制造商。由于汽車部件的更換比較需要時(shí)間，因而不在此列。
將來，包括汽車及家電在內(nèi)，“最多有6成的稀土磁鐵客戶可能會(huì)改用省鏑磁鐵”，松井董事這樣預(yù)計(jì)。雖然世界市場(chǎng)上稀土磁鐵的三分之一用于HDD，但由于HDD不會(huì)達(dá)到很高的溫度，因而幾乎不使用鏑。松井董事稱，所謂的最多6成意味著“剩余三分之二中幾乎全部”。
松井董事說：“即便鏑的價(jià)格恢復(fù)到原來水平，可能也不會(huì)回到大量使用鏑的時(shí)代了。”
日本TDK公司也開發(fā)出了大體相同的技術(shù)。僅在磁鐵表面等必要的部分涂覆鏑。這被稱為“HAL加工法”，今年已開始進(jìn)行量產(chǎn)。該公司已開始面向家電領(lǐng)域供貨，計(jì)劃年底面向汽車領(lǐng)域供貨。
鏑使用量為零
另外，TDK還開發(fā)出了將鏑的使用量減為零的技術(shù)。在鑄錠粉碎工序中，可將粒子的大小微細(xì)化到原來的一半以下。磁鐵的粒子越細(xì)小，高溫條件下可確保磁力的“保磁力”就越高。微細(xì)化有助于節(jié)省鏑的使用量。
但是，粉碎地越細(xì)，粒子接觸空氣后，就越容易混入雜質(zhì)。制造過程中如果發(fā)生氧化，還可能起火。該公司通過在氧氣較少的環(huán)境中制造，減少了雜質(zhì)。還調(diào)整了原材料的混合比例及熱處理工序，最終實(shí)現(xiàn)了不使用鏑的磁鐵。
為了在今年年底面向信息家電領(lǐng)域投放不使用鏑的磁鐵，目前正在進(jìn)行量產(chǎn)準(zhǔn)備。預(yù)計(jì)2014年面向汽車領(lǐng)域提供結(jié)合了該技術(shù)和HAL加工法的稀土磁鐵。
政府扶持技術(shù)開發(fā)
作為新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）業(yè)務(wù)的一環(huán)， 三菱電機(jī)公司一直大力開發(fā)不使用稀土磁鐵的馬達(dá)。通過在馬達(dá)轉(zhuǎn)子上安裝線圈流通電流，而不使用稀土磁鐵。也就是說制作了電磁鐵。該公司在汽車發(fā)電機(jī)領(lǐng)域擁有較高的份額。馬達(dá)與發(fā)電機(jī)有著相同的結(jié)構(gòu)，因而有了電磁鐵的立意。
2011年度，三菱電機(jī)試制出了輸出功率為20kW的馬達(dá)。混合動(dòng)力車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)需具備的輸出功率因設(shè)計(jì)而異，本田混合動(dòng)力車“Insight”為10kW。但這種電磁鐵馬達(dá)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化估計(jì)還需要時(shí)間。
日本電產(chǎn)公司也開發(fā)出了不使用稀土、用于混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車的馬達(dá)，將于2013年面向全球的汽車廠商供貨。
日本政府也為“省稀土”的技術(shù)開發(fā)提供支援。在2012年度預(yù)算案中，劃撥了20億日元用于開發(fā)省稀土的新一代汽車馬達(dá)，劃撥了8.2億日元用于開發(fā)替代材料及確立回收利用技術(shù)。
受去年稀土危機(jī)的影響，光學(xué)玻璃使用的鑭及HDD等使用的鈰也價(jià)格迅速上漲到了1年前的10倍以上。估計(jì)在稀土危機(jī)這一“東風(fēng)”的推動(dòng)下，顯露頭角的技術(shù)今后還會(huì)增加
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