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異向性釹鐵硼磁石成形及充磁技術 摘要 本技術可用於製造高磁能積之異向性釹鐵硼磁石，技術內容包括磁石熱間成形製程、充磁座設計及充磁模擬分析。應用本技術之熱間成形製程，可獲得具異向性微觀組織之釹鐵硼磁石；透過自主研發之充磁座及充磁模擬分析，可達成內外周輻射單極充磁、內外周多極充磁及傾斜充磁等不同型態充磁。以此技術製造之磁石具有特殊晶粒配向，可在少添加鏑(Dy)成分條件下達成高磁能積。不同充磁型態可使此類磁石廣泛應用於直線運動、旋轉運動或震動之馬達。 技術簡介 永久磁石材料之發展從鐵氧體磁石(Ferrite)、釤鈷磁石(Sm-Co)至目前廣泛使用的釹鐵硼(Nd-Fe-B)磁石，其技術指標是材料體積減少及磁力提升。在達到相同磁能積大小的前提下，所需的磁石材料，釹鐵硼磁石將遠低於其他類型磁石(圖一)。目前鐵氧體磁石仍是用量最多的永磁材料，但其產值已大幅低於釹鐵硼磁石。 圖1各類型永久磁石材料之磁能積比較 目前市面上常見之釹鐵硼磁石，可分為燒結型、粘結型與熱壓型三類。三類磁石製造方法各不相同，以燒結型磁石之磁能積最高，粘結型磁石尺寸精度較佳，廣泛應用於磁能積需求較低之小型馬達當中。本技術製造之釹鐵硼磁石，係利用熱間成形製程得到特殊晶粒配向之磁石，稱為異向性釹鐵硼磁石。藉由特殊晶粒配向提升磁石之磁能積至接近燒結型磁石，尺寸精度亦接近粘結型磁石。藉由中心自主研發之充磁座及充磁模擬分析，使熱壓型磁石達到不同的充磁型態。諸如徑向輻射之內外周輻射單極充磁、內外周多極充磁及傾斜充磁等，充磁完成之磁石可應用於直線運動、旋轉運動或震動之馬達。 全球發展現況 目前供應全球之釹鐵硼磁石，中國約佔90%。徑向輻射異向性釹鐵硼磁石，目前具有量產能力者僅有日本大同電子(Daido)公司，中國製造商並無量產能力。由於無競爭對手，此類磁石的售價乃操之於大同電子。以釹鐵硼磁石原料成本NT$600~900/公斤估算，燒結型磁石之價格約為NT$1800~2400/公斤，而異向性釹鐵硼磁石目前之價格約為NT$7500~1200/公斤。顯示異向性釹鐵硼磁石之經濟價值約提升12~20倍。2012年中國成都銀河磁體製造商決定投入大量資金開發量產化設備以開發異向性釹鐵硼磁石，預計2015年達成量產目標。預計未來市場出現競爭對手後，熱壓型磁石售價將下跌至合理範圍，可大幅提高馬達及下游產品之應用。 圖2為未來稀土磁石發展趨勢，顯示未來主流為減少鏑(Dy)元素之磁石，甚至達成無鏑化(Dy-free)。藉由本技術製造的異向性釹鐵硼磁石，由於具有特殊的微觀組織，可在磁石具有相同耐熱性的條件下，降低鏑元素含量，甚至達到無鏑化。 圖2 稀土磁石未來發展趨勢 國內現況發展趨勢 目前國內主要磁石業者仍未具有製造此類磁石之能力，也無相關生產設備可供先期研究開發。本計畫將投入進行機台設備、製程及模具設計之開發，期望藉由中心本身具備之研發能量，協助國內磁石業者建立相關技術及此類磁石之製造能力，已成為全球釹鐵硼磁石之主要生產者。 國內應用立基及未來發展趨勢 釹鐵硼磁石在高效率馬達中扮演相當關鍵之角色，其價格佔馬達生產成本可達20%以上。台灣曾被譽為小型馬達製造王國，對於馬達設計及研發有相當基礎。未來國內若需研發車用或家電用高效率馬達，高性能釹鐵硼磁石將是不可或缺的零件。目前異向性釹鐵硼磁石之製造，僅有日本大同電子公司可穩定量產，其餘業者仍無法穩定供貨。國內業者若能應用此技術製造高性能釹鐵硼磁石，除可供應至國內馬達製造廠外，亦可搶攻國際高階馬達市場。利用本技術製造出的異向性釹鐵硼磁石，搭配不同充磁型態，可應用於直線運動、旋轉運動及震動之馬達等類型(圖三)。 圖3 釹鐵硼磁石配合不同充磁型態可應用之馬達種類 游智翔、陳彥儒 金屬製程研發處 金屬成形組 電話：07-3513121轉2546 3 (研發年份)