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一提到稀土永磁材料很多人都会觉得很陌生。
其实这一刻你也许正在把它捧在手心里：手机上的变焦镜头是由一个微型电机运行而成，而这个电机中包含了几颗小稀土永磁材料。
稀土永磁除在手机上使用外，在战略性新兴产业中也是一种重点功能性材料。在江西赣州，世界首条采用永磁磁浮技术的“兴国号”列车正穿梭于革命老区兴国县，其中就应用了一种新型稀土永磁材料——铈磁体。
经过多年的攻关，中国工程院院士、中国钢研科技集团有限公司（以下简称中国钢研）副总工程师李卫研究团队率先在铈磁体的研制上取得突破，并成功实现产业化。
禁止将稀土元素转化为土壤状态”
稀土永磁作为一种材料，其原材料——稀土，无疑是不可或缺的。稀土永磁产业是一个典型的“高投入、高能耗”型产业。自上世纪80年代起，李卫多次展开对我国北方稀土矿的实地考察，致力于解决稀土资源的平衡利用难题，这一问题一直萦绕在他的脑海之中。
稀土就像是一个由17种元素组成的多胞胎，然而它们的丰度却存在着极大的差异。稀土元素是由镧系元素和钪等碱土金属组成的化合物，它们与其它元素相比，其原子数目较少，因而原子间相互作用力较弱，具有独特而优异的性能。比如，白云鄂博的伴生稀土矿中铈元素占50%左右，镧元素占25%左右，镨和钕元素约21%。
然而，当前市场上主流的稀土永磁材料为钕磁体所占比例。钕磁体在生产过程中要消耗一定量的稀土元素。这类磁体最初由国外成功研发，需要大量运用稀土中稀缺的钕、镨元素，然而含量较高的镧、铈元素却难以施展其功效。
“剩下的大部分稀土元素都没得到充分利用，堆积在那里，稀土真的变成了‘土’。”稀土是一种战略性稀缺的矿产资源，如果我们能够高效地利用其中丰富的镧、铈元素，那么我国的稀土资源量将会翻倍，这让李卫深感痛心。
为了应对当前所面临的困境，李卫在2006年毅然决定率领团队开展铈磁体的研发工作，旨在解决稀土元素中最为丰富的铈元素在稀土永磁材料中的应用难题。
自20世纪80年代钕磁体问世以来，人们一直在探索将铈元素引入其中的可能性。多年来，然而始终未能获得胜利。
钕磁体中，钕、铁、硼三种原子的数量比例呈现出2比14比1的比例关系。这是个有趣又有挑战性的课题，因为它决定了一个稀土永磁材料是否可以稳定地存在于钕铁硼磁体中。为了逐步替代钕原子，研究团队计划使用铈原子进行取代。因为铈的化学性能非常好，而且还可以用来做催化剂等材料。铈的性情实在是让人感到棘手，仿佛它是一股不可抗拒的力量。因为铈元素是一种非常活泼的金属元素，它很容易与其它元素发生反应生成新的金属氧化物或化合物。据研究团队成员朱明刚解释，铈元素的固有磁性相较于钕元素而言呈现出明显的减弱趋势。如果在永磁体中添加少量的铈元素，会让磁场变得更均匀些，同时也不会影响到材料的磁稳定性和矫顽力。先前的研究表明，在永磁体的制造过程中添加铈元素会显著降低其磁性能，因此该元素并不适用于永磁体的生产。
“过去，稀土永磁领域通常认为，铈是有害的，添加铈会对稀土永磁材料产生副作用。”李卫告诉科技日报记者,“如何将‘有害’变‘有用’？这正是我们要攻克的难题。”
啃下原创“硬骨头”
没有经验可循，只能埋头去啃这块“硬骨头”。
研究团队针对铈磁体研发中的瓶颈问题，反复建模、实验、分析，探索钕铁硼材料中添加铈元素的制备技术，尝试用各种方法改善铈磁体的微观组织结构。同时，他们每周都会举行讨论会，对实验结果进行分析。
经历无数次实验之后，在2010年的一次讨论会上，研究团队终于迎来重大转机。“我们对当时的多项实验结果进行分析后发现，当具备一种特殊的结构时，铈磁体展示出显著提升的综合性能。”李卫对那次讨论会记忆犹新。
新发现令团队成员欢欣鼓舞。李卫却给大家泼了盆冷水：“只有一次实验结果不行，要把实验重复出来，真正搞清楚这种结构背后的规律。”
又经历一年多艰苦的实验和探索，研究团队实现了实验的稳定重复，真正攻克了新型铈磁体的关键制备技术。2011年至2012年，中国钢研在国内申请了铈磁体发明专利，并先后在美国和德国获得发明专利授权。
这些年，李卫研究团队对铈磁体的研究逐步深入。伴随着一次次技术突破与创新，铈磁体的性能不断提升。铈元素占材料中稀土元素的比例，也从零一步步提升到60%以上。比例越高，难度越大。让铈元素占材料中稀土元素用量的80%甚至100%，同时拥有良好性能，这是研究团队目前正在攻关的目标。
“第一代和第二代稀土永磁材料，国内的研发属于‘跟跑’。但铈磁体是中国人的原创，我们拥有完全自主知识产权。”中国钢研总经理李波自豪地说。
从实验室走上生产线
“铈磁体要以应用为主，边研究边应用，不能让研究成果躺在那里不发挥作用。”李卫多次向团队强调。
现实是“骨感”的：从实验室中的样品，到生产线上的商品，科研成果的转化绝非易事。刚开始，有不少企业主动找上门，结果都打了退堂鼓，原因之一是认为铈元素在永磁材料中大量替代钕元素不太可能。
为了让铈磁体真正发挥出应用价值，研究团队迎难而上。他们主动找生产企业洽谈合作，上门推荐这种新型稀土永磁材料。
功夫不负有心人。2013年，研究团队终于找到两家有勇气“第一个吃螃蟹”的企业——宁波复能新材料股份有限公司和山东上达公司。随后，他们开始与这两家企业合作开展铈磁体的成果转化，进行产业化技术攻关。2017年，宁波复能新材料股份有限公司获得专利授权许可生产销售的新型铈磁体达到6000吨，铈磁体成功实现产业化。
短短几年过去，国内铈磁体的年产量已超过6万吨，规模约占整个稀土永磁产业的三分之一。契合中国稀土资源禀赋、具有中国特色的铈磁体产业初具雏形。“铈磁体产业成长这么迅速，连我自己都没预料到。”李卫笑言。
从“谈铈色变”，到备受欢迎，其背后隐藏着强大的市场逻辑。研究团队成员李安华告诉记者，由于铈元素在稀土中丰度较高，铈的价格只有钕的二十分之一左右，无论在资源的可持续利用，还是产品的性能价格比上，铈磁体都占有竞争优势。
目前，铈磁体已广泛应用于机器人、高端机床、医疗、节能家电和电动自行车等领域各类电机中。去年5月底，一台应用了1吨铈磁体的1.5兆瓦风力发电机，在宁夏宁东灵武一期京能风电场安装调试完毕，正式并网发电。新能源汽车驱动电机等更广阔的市场也正在开拓。
党的二十大报告指出，以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战。“一种新型材料的研发需要十几年甚至几十年的努力。要扎扎实实，不为一时一利，瞄准国家战略需求，推动整个行业的发展进步。”李波说，“这也是我们作为科研型央企的责任和使命！”
内容来源：湖南日报
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