替代稀土的強磁鐵材料研制成功

氮化鐵：替代稀土的強磁鐵材料，首次以克為單位制造成功 圖1：成功以克為單位生成的氮化鐵Fe16N2粉末 圖2：以有機金屬絡合物為原材料的一種制備方法（ 　　由日本東北大學研究生院教授高橋研、助教小川智之及戶田工業等組成的研究小組，成功地以克為單位生成了氮化鐵（Fe16N2）粉末（圖1）。作為日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的“稀有金屬替代材料開發項目”的一部分，該研究小組在推進將Fe16N2作為不使用稀土類元素的強磁鐵候補材料的研究過程中，全球首次以高達91％的純度和以克為單位的再現性成功生成了Fe16N2粉末。 　　生成的Fe16N2粉末粒徑為幾十至幾百nm，飽和磁化強度在溫度50K下為230emu/g、在室溫下為221emu/g，高于純鐵（1emu/g＝4π×10－7Wb·m/kg）。雖然與矯頑力成比例的磁晶各向異性較低，但決定磁鐵磁力的最大磁能積為100MGOe（796kJ/m3），比釹·鐵·硼（Nd-Fe-B）類燒結磁鐵高30％多。 　　以氮化鐵為材料的磁鐵投入使用目標時間為2023～2025年。目前面臨的課題有：（1）確立量產技術；（2）減少該材料的界面缺陷和尺寸上的偏差；（3）通過將部分Fe和N置換成其他元素來提高矯頑力；（4）確立對于納米尺寸的該粉末進行配向及固化的技術；（5）確立200℃以下的提高Fe16N2填充率的配向和固化技術（Fe16N2一旦超過200℃就會熱分解）。 　　此次，之所以能夠以克為單位生成Fe16N2粉末，是因為找到了在生成過程中的降溫階段抑制Fe16N2變成Fe4N和Fe的工藝條件和原材料。制備方法方面，嘗試了以有機金屬絡合物為原材料的方法和純粹以無機條件制造鐵化合物的方法等幾種方法，通過其中的幾種方法成功生成了粉末。例如，以有機金屬絡合物為原材料的方法方面，不僅工藝條件得到優化，原材料方面還控制了結晶顆粒的形狀和尺寸等（圖2）。生成粉末所需要的時間因制備方法而異，生成約2g的粉末時長則需要1天半～2天，短則需要半天。戶田工業負責合成原材料，東北大學則負責采用該原材料生成高純度Fe16N2的技術。（記者：富岡 恒憲）