專利名稱：磁鐵用固體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料，該材料具有較高的密度、優(yōu)良的磁性以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和耐氧化性。本發(fā)明也涉及一種磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料，該材料不但重量較輕，具有優(yōu)良的磁性，并且具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
本發(fā)明涉及一種裝置和一種部件，其中使用了包括所述固體材料的磁鐵。
本發(fā)明也涉及一種制造磁鐵用固體材料的方法，該方法包括將磁性材料粉末沖擊壓縮，并防止其分解和脫氮，從而得到具有高密度、高性能的永磁鐵。
此處所用的術(shù)語“固體材料”表示塊狀材料。而且，此處所用的術(shù)語“磁鐵用固體材料”表示塊狀磁性材料，其中構(gòu)成該固體材料的磁性材料粉末彼此直接地或者通過金屬相或無機相結(jié)合，從而整體形成塊狀。磁鐵也屬于此處所說的“磁鐵用固體材料”的范疇；一種處于通過受磁被磁化的狀態(tài)下、并具有剩余磁通密度的材料稱為“磁鐵”。
此處所用的術(shù)語“稀土元素”指元素周期表IIIa族中的Y；和原子序數(shù)從57到71的鑭系元素，即La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb和Lu。
此處所用的術(shù)語“分解”指一種現(xiàn)象，即，隨著稀土/鐵/氮/氫系磁性材料粉末的結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化，形成了α-Fe的分解相。上述分解是一種要避免的現(xiàn)象，因為這種α-Fe分解相的存在會對磁性產(chǎn)生不良影響。
背景技術(shù)：
作為一種高性能稀土磁鐵，例如，已知有Sm-Co系磁鐵，以及Nd-Fe-B系磁鐵。前者由于其高熱穩(wěn)定性、抗腐蝕性等而被廣泛地應(yīng)用，而后者由于其優(yōu)良的磁性、低廉的成本和穩(wěn)定的原料供應(yīng)等而被廣泛地應(yīng)用。今天，需要兼具高的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的磁性、并且原料成本低的稀土磁鐵作為電力設(shè)備或各種FA用的致動器、或者作為旋轉(zhuǎn)機械的磁鐵。
另一方面，據(jù)報告，當具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵化合物在NH3和H2的混合氣體等中在400℃-600℃范圍內(nèi)的較低溫度下反應(yīng)時，氮和氫原子進入上述晶體，例如Th2Zn17型化合物的間隙位置，這顯著地增加了居里溫度和/或磁各向異性(見日本專利No.2703281，和美國專利No.5186766)。
最近，希望這種稀土/鐵/氮系磁性材料作為一種能夠滿足上述需求的新磁鐵材料進行實際應(yīng)用。
含有位于金屬間化合物晶格內(nèi)的氮和氫原子，并且具有所述的菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料(在下文中稱為“R-Fe-N-H系磁性材料”)一般是以粉末形式得到的。然而，由于其在常壓、約600℃以上的溫度下易于分解為α-Fe分解相和稀土氮化物相，因而通過自燒結(jié)將其固化從而為一般工業(yè)過程提供磁鐵是非常困難的。
因此，作為一種使用R-Fe-N-H系磁性材料的磁鐵，制造并使用了以樹脂作為粘結(jié)劑粘合的磁鐵。盡管許多用所述材料制造的磁鐵具有400℃以上的居里溫度，并包括即使在200℃以上的溫度下都不會本質(zhì)地失去磁性的磁性粉末，但不可逆退磁率仍然增加。這主要是因為粘結(jié)劑，例如12-尼龍樹脂的耐熱溫度低，并且矯頑磁力的溫度系數(shù)為約一0.5％/℃，而矯頑磁力較低，例如0.6MA/m(參見日本電氣學(xué)會技術(shù)報告(Institute of Electrical Engineers of Japan Techical Report)729號，日本電氣學(xué)會編，第41頁)。因此，上述磁鐵通常僅僅用于低于100℃的溫度下。換句話說，對應(yīng)最近的高負荷要求在制造作為在150℃以上的高溫環(huán)境下使用的動力源的無電刷電動機等時，存在無法使用這種粘結(jié)磁鐵的問題。
此外，在制造使用樹脂作為粘合劑的壓塑的粘結(jié)磁鐵時業(yè)已存在一個問題，即，為增強填充率以提供技術(shù)優(yōu)勢，1GPa以上的壓塑壓力是必要的，但是工業(yè)上卻難于實施這樣的壓塑壓力；考慮到模具的有用壽命，在大多數(shù)情況下磁性材料的混合比被強制設(shè)定為體積分數(shù)小于80％；因而，壓塑粘結(jié)磁鐵不能令人滿意地表現(xiàn)出R-Fe-N-H系磁性材料優(yōu)良的基本磁性。
在使用R-Fe-N-H系磁性材料作為原料的粘結(jié)磁鐵中，已報道了作為具有顯著優(yōu)良的磁性的一種磁鐵，例如，具有(BH)max為186kJ/m3的壓塑粘結(jié)磁鐵(參照Appl.Phys.Lett.，第75卷，第11期，1601頁)。然而，同常規(guī)的Sm-Co系或Nd-Fe-B系燒結(jié)磁鐵等相比，這種粘結(jié)磁鐵并未令人滿意地表現(xiàn)出R-Fe-N-H系磁性材料高的基本磁性。
為解決上述問題，日本專利公報No.3108232(美國專利No.5425818)提出了不使用樹脂粘合劑的稀土/鐵/氮系永磁鐵的制造方法。然而，這種方法的缺點在于沖擊壓縮的壓力要被限制在一定范圍內(nèi)，以將沖擊壓縮后的殘余溫度限制在Th2Zn17型稀土/鐵/氮系磁性材料的分解溫度，或低于該分解溫度的溫度。這是因為當采用常規(guī)沖擊波時，不論這種沖擊波的持續(xù)時間多短，磁性材料的溫度都較高，并會保持相當長的時間，因而，該磁性材料可能被分解。
而且，根據(jù)這種方法，所得材料的密度被限制在7.28g/cm3。另外，由于不能令人滿意地抑制稀土/鐵/氮系磁性材料的分解，矯頑磁力最高也被限制在0.21MA/m這個較低的值。
此外，JP-A-2001-6959公開了一種使用柱面會聚沖擊波壓緊和固化Th2Zn17型稀土/鐵/氮系磁性材料的方法。然而，即使在通過這種方法提供的磁鐵中，密度的最大值也只是7.43g/cm3而矯頑磁力的最大值為0.62MA/m，這不能令人滿意。
另外，在J.Appl.Phys.，第80卷，第1期，356頁報道了通過沖擊波壓縮形成的Th2Zn17型稀土/鐵/氮系磁性材料的一個實例。然而，當沖擊波為10GPa時，填充率降低，而在20GPa時，發(fā)生向α-Fe分解相和SmN相的分解，同時，在各沖擊壓縮條件下的壓實體密度不必超過7.45g/cm3，而磁性的最高值是矯頑磁力為0.57MA/m，(BH)max為134kJ/m3，因而，不能認為，為Th2Zn17型R-Fe-N-H系粘結(jié)磁鐵提供了令人滿意的優(yōu)良磁性。
如上所述，迫切地需要不分解的、具有優(yōu)良的磁性和改進的熱穩(wěn)定性的、磁鐵用高密度固體材料。
除這些高性能磁性材料應(yīng)用于高性能磁鐵以外，在家電、辦公自動化設(shè)備以及電動車輛的應(yīng)用中，也有對重量減輕和高性能方向的需要。由于Sm-Co系磁鐵的密度為約8.4g/cm3而Nd-Fe-B系磁鐵的密度為約7.5g/cm3，因此，當裝置、轉(zhuǎn)子等加載了這些磁鐵中的任何一種時，其重量傾向于增加，從而在某些情況下能量效率可能降低。而且，由于一些應(yīng)用具有供磁性用的足夠空間，因此即使可以通過減小磁鐵的尺寸實現(xiàn)重量減輕，考慮到加工產(chǎn)量，其在成本上也不見得是有利的。例如，由于磁鐵的切屑量與切削面積成比例，因而磁鐵的體積越小，該產(chǎn)品的單位體積的產(chǎn)量就越小。
如上所述的各種粘結(jié)磁鐵的熱穩(wěn)定性都較差。因此，尚未研制出具有高磁性的、并且盡管重量較輕，也具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性的高性價比磁鐵。
發(fā)明的公開本發(fā)明的第一個目的是提供一種磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料，該材料具有高密度和優(yōu)良的磁性，熱穩(wěn)定性和耐氧化性優(yōu)良；以及提供一種制造該磁鐵的方法。特別是提供一種磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料，該磁鐵具有高于7.45g/cm3的密度，并提供一種用于制造該磁鐵的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種磁鐵用固體材料，該磁鐵也包括通過受磁等被磁化的磁鐵等。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種磁鐵用固體材料，其特征在于所述固體材料含有80-97體積％具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的R-Fe-N-H系磁性材料；該材料具有6.15g/cm3-7.45g/cm3的低密度，并且盡管重量輕，磁性和穩(wěn)定性也優(yōu)良；并且提供一種制造該磁鐵的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種磁鐵用固體材料，該磁鐵也包括通過受磁等被磁化的磁鐵等。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種部件或一種裝置，其中使用了上述的磁鐵用固體材料。
本發(fā)明人考慮上述問題進行了努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一種主要包括R-Fe-N-H系磁性材料的磁鐵用高密度固體材料，可由下述步驟制得在具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵/氮系磁性材料粉末中混入氫，從而在磁場中或非磁場中形成粉末壓塊；此后使用水下沖擊波將其沖擊壓實；良好地利用沖擊壓縮所具有的超高壓剪切性、活化作用、短時間現(xiàn)象等特性的同時將沖擊壓縮后的殘余溫度控制到R-Fe-N-H系磁性材料的分解溫度(在常壓下約600℃)，或者控制到低于該分解溫度的一個溫度，以防止分解，從而完成了本發(fā)明。
此外，為重現(xiàn)性良好地獲得具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的磁鐵用高密度R-Fe-N-H系固體材料，本發(fā)明人致力于研究粉末的組成，和制造該固體材料的方法。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，通過下面的步驟，可以容易地得到含有R-Fe-N-H系磁性材料，具有大于7.45g/cm3的密度和200kJ/m3以上的(BH)max，并通過金屬鍵固化的磁鐵用固體材料在磁場中將含有氫和氮的磁性材料粉末粉末壓塊；此后使用具有特定的沖擊波壓力的水下沖擊波將所述的粉末壓塊沖擊壓縮并防止其分解和脫氮。從而完成了本發(fā)明。
而且，本發(fā)明人也發(fā)現(xiàn)，當使用上述水下沖擊波時，R-Fe-N-H系磁性粉末和硬磁性粉末和/或軟磁性粉末或固體材料、或者非磁性材料粉末或固體材料能夠容易地一體化，從而完成了本發(fā)明。
此外，為進一步獲得含有具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的R-Fe-N-H系磁性材料，重量輕，磁性和穩(wěn)定性高的磁鐵用固體材料，本發(fā)明人致力于研究原料的組成、其百分比、及其制造方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，密度為6.15g/cm3-7.45g/cm3，可以在100℃以上使用，通過金屬鍵固化的R-Fe-N-H系磁鐵用固體材料，可容易地由下述步驟得到提供含有氫和氮的磁性材料粉末，將其體積分數(shù)調(diào)整到80-97體積％，在磁場中形成粉末壓塊，然后，使用具有特定沖擊波壓力的水下沖擊波沖擊壓縮所述粉末壓塊。從而完成了本發(fā)明。
換句話說，本發(fā)明的各方面如下(1)一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料；和(2)一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性粉末，并具有大于7.45g/cm3的密度；和(3)一種磁鐵用固體材料，其含有80-97體積％的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，并且重量輕；和(4)一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，其密度為6.15g/cm3-7.45g/cm3，并且重量輕；和(5)一種磁鐵用固體材料，其含有具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料；和(6)一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，該材料由下列通式表示RαFe100-α-β-γNβHγ其中R為選自稀土元素的至少一種元素；α、β、γ為原子百分比，分別為3 20、5 30、0.01 10；和(7)一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以下列通式表示RαFe100-α-β-γ-δNβHγMδ其中R為選自稀土元素的至少一種元素；M為選自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Pd、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb和Bi的至少一種元素和/或選自R的氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、氫化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、氯化物和硝酸鹽的至少一種；α、β、γ和δ為原子百分比，分別為3 20、5 30、0.01 10，01 40；和(8)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土量的50原子％以上為Sm，和(9)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述鐵量的0.01-50原子％被Co置換；和(A)一種如(6)所述的磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料，其中由下列通式RαFe100-α-β-γNβHγ表示的所述磁性材料具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)；和(B)一種如(6)或(A)所述的磁鐵用固體材料，其中所述R和/或Fe量的10原子％以下由選自Ni、Ti、V、Cr、Mn、Zn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、W、Ru、Rh、Pd、Hf、Re、Os和Ir的至少一種元素所置換；和(C)一種如(6)、(A)或(B)所述的磁鐵用固體材料，其中所述N和/或H量的10原子％以下由選自C、P、Si、S和Al的至少一種元素所置換；和(D)一種如(7)所述的磁鐵用固體材料，其中由下列通式RαFe100-α-β-γ-δNβHγMδ表示的所述磁性材料具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)；和(E)一種如(A)-(D)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土量的50原子％以上為Sm；和(F)一種如(A)-(E)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述鐵量的0.01-50原子％為Co所置換；和(G)一種如(5)-(7)和(A)-(F)的任一項所述的磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料，其具有大于7.45g/cm3的密度；和(H)一種如(3)或(4)所述的磁鐵用固體材料，其中所述磁性材料具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)；和(I)一種如(3)、(4)和(H)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料由下列通式表示RαFe100-α-β-γNβHγ其中R為從包括Y在內(nèi)的稀土元素中選擇的至少一種元素；α、β和γ為原子百分比，并且分別為3 20、5 30、001 10；和(J)一種如(3)、(4)、(H)、(I)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述R和/或Fe量的10原子％以下由選自Ni、Ti、V、Cr、Mn、Zn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、W、Ru、Rh、Pd、Hf、Re、Os和Ir的的至少一種元素所置換；和(K)一種如(3)、(4)和(H)-(J)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述N和/或H量的10原子％以下由選自C、P、Si、S和Al的至少一種元素所置換；和(L)一種如(3)、(4)和(H)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料由下列通式表示RαFe100-α-β-γ-δNβHγMδ其中R為從包括Y的稀土元素中選擇的至少一種元素；M為選自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Pd、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb和Bi的至少一種元素、和/或選自R的氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、氫化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、氯化物和硝酸鹽的至少一種；α、β、γ和δ為原子百分比，并且分別為3 20、5 30、001 10，0.1 40；和(M)一種如(H)-(L)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土量的50原子％以上為Sm；和(N)一種如(H)-(M)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述鐵量的0.01-50原子％由Co所置換；和(10)一種如(1)和(3)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的成分是密度為6.5g/cm3以下的元素或化合物，或者其混合物；和(O)一種如(H)-(N)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的成分是密度為6.5g/cm3以下的元素或化合物，或者其混合物；和(P)一種如(10)、(H)-(O)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的一部分含有從惰性氣體和還原氣體中選擇的至少一種；和(Q)一種如(10)、(H)-(P)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的一部分含有從氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、氫化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、氯化物和硝酸鹽中選擇的至少一種；和(R)一種如(10)、(H)-(Q)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的一部分含有有機物；和(11)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中其中所述固體材料具有關(guān)系式Br 0HcJ(Pc+1)(11000-50Tmax)/(10000-6Tmax)其中Br為常溫下的剩余磁通密度，HcJ為常溫下的矯頑磁力，Pc為當所述固體材料用作磁鐵時的磁導(dǎo)系數(shù)，Tmax為最高工作溫度，μ0為真空的絕對磁導(dǎo)率；和(S)一種如(8)-(10)和(A)-(R)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述固體材料具有關(guān)系式Br 0HcJ(Pc+1)(11000-50Tmax)/(10000-6Tmax)其中Br為常溫下的剩余磁通密度，HcJ為常溫下的矯頑磁力，Pc為當所述固體材料用作磁鐵時的磁導(dǎo)系數(shù)，Tmax為最高工作溫度，μ0為真空的絕對磁導(dǎo)率；和(T)一種如(1)-(11)和(A)-(S)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述矯頑磁力(HcJ)為0.76MA/m以上，矩形比(Br/Js)為95％以上；和(12)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中均勻分散有一種含有選自Fe、Co和Ni至少一種元素的軟磁材料，并與其一體化；和(U)一種如(8)-(11)和(A)-(T)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中均勻分散有含有選自Fe、Co和Ni的至少一種元素的軟磁材料，并與其一體化；和(13)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中選自稀土/鐵/硼系磁性材料、稀土/鈷系磁性材料以及鐵磁性材料的至少一種磁性材料被添加到其中，并均勻地混合和一體化；和(V)一種如(8)-(12)和(A)-(U)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中選自稀土/鐵/硼系磁性材料、稀土/鈷系磁性材料以及鐵磁性材料的至少一種磁性材料被添加到其中，并均勻地混合和一體化；和(14)一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中在所述磁性材料的晶粒間界存在非磁相；和(W)一種如(8)-(13)和(A)-(V)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中在所述磁性材料的晶粒間界存在非磁相；和(15)一種磁鐵用固體材料，其中一種如(1)-(7)的任一項所述的磁鐵用固體材料與一種具有軟磁性的固體金屬材料接合，從而彼此一體化；和
(X)一種磁鐵用固體材料，其中一種如(8)-(14)和(A)-(W)的任一項所述的磁鐵用固體材料與一種具有軟磁性的固體金屬材料接合，從而彼此一體化；和(Y)一種具有軟磁層的磁鐵用固體材料，其中所述軟磁層和一種如(1)-(15)和(A)-(X)的任一所述的磁鐵用固體材料交替地層疊，從而彼此一體化；和(Z)一種磁鐵用固體材料，其中如(1)-(15)和(A)-(Y)的任一項所述的磁鐵用所述固體材料的至少一部分被非磁性固體材料覆蓋；和(a)一種如(1)-(15)和(A)-(Z)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其被賦予了磁各向異性；和(b)一種如(1)-(15)、(A)-(Z)和(a)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其中使用水下沖擊波對其進行了沖擊壓縮；和(c)一種如(1)-(15)、(A)-(Z)、(a)和(b)的任一項所述的磁鐵用固體材料，其被制成矩形、圓柱形、環(huán)形、圓盤形或平板形；和(16)一種制造含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料的磁鐵用固體材料的方法，其中在使沖擊壓縮所述固體材料時使用水下沖擊波；和(17)一種如(16)所述的方法，其中沖擊波的壓力為3-40GPa；和(d)一種制造如(1)-(15)、(A)-(Z)、和(a)-(c)所述的磁鐵用固體材料的方法，其中沖擊波的壓力為3-40GPa；和(e)一種制造如(2)或(G)所述的磁鐵用固體材料的方法，其中沖擊波的壓力為8-40GPa；和(f)一種制造如(3)、(4)、(10)和(H)-(R)所述的磁鐵用固體材料的方法，其中沖擊波的壓力為3-22GPa；和(18)一種如(16)所述的方法，其中原料粉末的粉末壓實在磁場中進行；和(g)一種制造磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料的方法，包括下列步驟對原料粉末進行粉末壓實，而后用水下沖擊波對其進行沖擊壓縮；和(h)一種制造磁鐵用稀土/鐵/氮/氫系固體材料的方法，包括下列步驟在磁場中對原料粉末進行粉末壓實，而后用水下沖擊波對其進行沖擊壓縮；和(i)一種制造如(c)所述的磁鐵用固體材料的方法，其中所述固體材料通過切削加工和/或變形處理而形成；和(19)一種如(16)所述的方法，其包括對所述固體材料進行至少一次熱處理的步驟，該熱處理的溫度為高于100℃但低于分解溫度；和(j)一種制造如(1)-(15)、(A)-(Z)、以及(a)-(c)所述的磁鐵用固體材料的方法，其包括對所述固體材料進行至少一次熱處理的步驟，該熱處理的溫度為高于100℃但低于分解溫度；和(20)一種在利用磁鐵靜磁場的裝置中使用的部件，所述的磁鐵靜磁場是使用如(1)-(7)所述的磁鐵用固體材料而產(chǎn)生的；和(k)一種在利用磁鐵靜磁場的裝置中使用的部件，所述的磁鐵靜磁場是使用如(8)-(19)、(A)-(Z)、以及(a)-(c)所述的磁鐵用固體材料而產(chǎn)生的；和(l)一種利用由磁鐵產(chǎn)生的靜磁場的裝置，其中最高工作溫度(Tmax)為100℃以上，并使用了如(20)或(k)所述的部件。
附圖簡單說明
圖1為一個示意圖，示出了磁鐵用固體材料的截面的一個例子，該材料是通過將稀土/鐵/氮/氫系磁性材料和軟磁固體金屬粘結(jié)從而使各種材料彼此一體化而得到的；圖2為一個示意圖，示出了磁鐵用固體材料的截面，其中稀土/鐵/氮/氫系磁性材料層和軟磁層交替層疊并一體化；圖3為一個示意圖，示出了磁鐵用固體材料的截面，其中主要含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料的層的周邊的全部或一部分被非磁性固體材料覆蓋；圖4為一個示意圖，示出了磁鐵用固體材料的截面；
圖5為表示通過將Sm2Fe17N3H0.1磁性材料進行球磨粉碎得到具有各種粒徑的磁性粉末，然后將該粉末在磁場中進行壓塑而制造的磁鐵用固體材料(以記號●示出)、及實施例6的磁鐵用固體材料(以記號○示出)的矯頑磁力和矩形比之間的關(guān)系的圖；圖6和圖7的每一個示出了在本發(fā)明的磁鐵用固體材料用于永磁鐵同步電動機的情況下，具有表面磁鐵結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的截面結(jié)構(gòu)的例子；圖8到13的每一個示出了在本發(fā)明的磁鐵用固體材料用于永磁鐵同步電動機的情況下，具有嵌入式磁鐵結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的截面結(jié)構(gòu)的例子；圖14為一個示意圖，示出了使用水下部擊波進行沖擊壓縮方法的裝置的一例；和圖15為一個示意圖，示出了直接使用在比較例2中使用的炸藥的爆轟波進行沖擊壓縮方法的裝置的一例。
實施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的磁鐵用固體材料中使用的的R-Fe-N-H系磁性材料可以根據(jù)公知方法(參見，例如，美國專利No.5186766和No.5164104；以及日本專利No.2703281，No.2705985，No.2708568，No.2739860和No.2857476等)制備。
例如，R-Fe-N-H系磁性材料可以通過下列步驟制造通過高頻感應(yīng)、快速淬火、R/D方法，HDDR方法、機械合金化法和/或機械研磨法等制備稀土/鐵合金；將該合金粗粉碎成粒徑大致為幾個到幾百個微米的粉末；然后在氮/氫混合氣體、氨/氫混合氣體等的環(huán)境中對該粉末進行氮化和氫化處理；并將該粉末細粉碎。磁性材料組成，合金的處理方法、或者氮化/氫化法可能不需要粗粉碎和/或細粉碎的步驟。
在本發(fā)明中，重要的是使原料與例如氫氣、氨氣、含氫化合物等的氫源相接觸以產(chǎn)生氫和氮。換句話說，在R-Fe-N-H系磁性材料中氫量優(yōu)選為0.01原子％以上。當氫量低于0.01原子％時，由于形成了α-Fe分解相和稀土氮化物分解相，矯頑磁力降低，并且耐蝕性也可能降低，所以不優(yōu)選。當氫量為0.1原子％以上時，形成了更優(yōu)選的磁鐵用固體材料的原料。
作為R-Fe-N-H系磁性材料的晶體結(jié)構(gòu)，可以列舉出具有Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)等或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的菱形晶體；具有Th2Ni17型、TbCu7型或CaZn5型晶體結(jié)構(gòu)、或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的六方晶體；以及此外的具有R2Fe14BNx型、R2Fe14CNx型或R(Fe1-yMy)12Nx型晶體結(jié)構(gòu)、或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的四方晶體。該磁性材料必須包括至少一種上述晶體結(jié)構(gòu)。其中優(yōu)選在整個R-Fe-N-H系磁性材料中含有50體積％以上具有Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)、或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的菱形晶體；或者具有Th2Ni17型、TbCu7型或CaZn5型晶體結(jié)構(gòu)、或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的六方晶體，最優(yōu)選在整個R-Fe-N-H系磁性材料中含有50體積％以上具有Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)、或與其類似的晶體結(jié)構(gòu)的菱形晶體。
R-Fe-N-H系磁性材料在整個本發(fā)明的磁鐵用固體材料中的體積分數(shù)優(yōu)選被設(shè)定為50％到100％。然而，當磁鐵用固體材料僅由R-Fe-N-H系磁性材料組成，或者當該固體材料為一種具有氣體或有機物的復(fù)合材料時，R-Fe-N-H系磁性材料在整個磁鐵用固體材料中的體積分數(shù)可以被設(shè)置為80％到100％。當體積分數(shù)小于80％時，在磁性顆粒之間的連續(xù)粘結(jié)是不令人滿意的，從而不能形成磁鐵用固體材料。然而，在R-Fe-N-H系磁性材料以外，也包括一種例如稀土/鐵/硼系磁性材料的硬磁材料，一種例如鉻的軟磁材料，和/或一種例如金屬或無機物的非磁相等，如果固體材料的體積分數(shù)在80％到100％的范圍內(nèi)，那么其就是令人滿意的，其中該體積分數(shù)的值包括上述其它材料的體積分數(shù)和R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)。
上述R-Fe-N-H系磁性材料以具有0.1μm到100μm的平均粒徑的粉末得到的，從而提供磁鐵用固體材料的原料。當該平均粒徑小于0.1μm時，磁性取向變差，而剩余磁通密度減小。相反地，當平均粒徑大于100μm時，矯頑磁力降低，從而使其實用性變差。為提供優(yōu)良的磁性取向，平均粒徑更優(yōu)選在1μm到100μm的范圍內(nèi)。
而且，R-Fe-N-H系磁性材料的特征在于，該磁性材料具有大的磁各向異性，以及高的飽和磁化和高的居里點。因此，當磁性材料可以被制成單晶粉末時，可以在外部磁場中容易地磁定位，從而，其可以被制成具有優(yōu)良磁性的各向異性磁鐵用固體材料。
另外，即使磁性材料為如下除氫外還含有氧的R-Fe-N-H系磁性材料，其同樣也可以用作本發(fā)明的磁鐵用固體材料。
(1)一種磁性材料，其特征在于其由下述通式表示RαFe100-α-β-γ-δNβHγOδ其中，R為從包括Y的稀土元素中選擇的至少一種元素；α、β、γ和δ為原子百分比，并且分別為5 20、10 25、001 5，1 10；和(2)一種如(1)所述的磁性材料，其特征在于所述磁性材料具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)；和(3)一種如(1)或(2)所述的磁性材料，其中R和/或Fe量的20原子％以下由選自Ni、Ti、V、Cr、Mn、Zn、Zr、Nb、Mo、Ta、W、Ru、Rh、Pd、Hf、Re、Os、Ir和B的至少一種元素所置換；和(4)一種如(1)-(3)中任一項所述的磁性材料，其中N和/或H量的10原子％以下由選自C、P、Si、S和Al的至少一種元素所置換；和(5)一種如(1)-(4)中任一項所述的磁性材料，其中所述磁性材料的成分中R的50原子％以上由Sm所置換；和(6)一種如(1)-(5)中任一項所述的磁性材料，其中所述磁性材料的成分中Fe量的0.01-50原子％由Co所置換；和(7)一種如(1)-(6)中任一項所述的磁性材料，其中所述磁性材料的晶粒間界或表面已與Zn發(fā)生反應(yīng)。當R-Fe-N-H系磁性材料含有氧時，磁化受到一定程度地削弱，但是氧有助于改善矯頑磁力和磁性穩(wěn)定性。
R-Fe-N-H系磁性材料的一大特征在于耐氧化性較高，難以生銹。
Nd/Fe/B系燒結(jié)磁鐵具有非常高的磁性，并在例如VCM和各種電動機等致動器中具有重要的用途。然而，由于燒結(jié)磁鐵的表面即使在常溫下也易于氧化，因此為防銹，該燒結(jié)磁鐵必須通過鍍鎳、涂布環(huán)氧樹脂等進行表面處理。
另一方面，在含有R-Fe-N-H系磁性材料的磁鐵的情況下，上述表面處理可能是不必要或者可以簡化。換句話說，所述磁鐵不僅具有成本上的優(yōu)點，而且其優(yōu)點也在于，當該磁鐵用于致動器或電動機時能夠增加旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動的扭矩，因為可以通過具有低磁性的表面層的厚度而使定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙變窄。因此，所述磁鐵能夠最大程度地利用磁力。因此，例如，即使當所述磁鐵的(BH)max的值在常溫下低于Nd-Fe-B系磁鐵，其也能夠顯示出類似的性能。在含有R-Fe-N-H系磁性材料的磁鐵的情況下，當表面處理不是必要的時候，即使常溫下的(BH)max的值為200kJ/m3以上，也可以制成一種具有優(yōu)良性價比的優(yōu)選磁鐵，而如果該值為240kJ/m3以上，則可以制成一種更加優(yōu)選的磁鐵。然而，在具有銷式磁通反轉(zhuǎn)機構(gòu)的磁鐵用固體材料的情形下，由于原料磁鐵粉末本身具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性，因此特別是對于高溫扁平用途，即使(BH)max值在常溫下小于200kJ/m3，磁鐵用固體材料也可被有利地使用。然而，即使在此情形下，也優(yōu)選常溫下，(BH)max值為100kJ/m3以上。
根據(jù)本發(fā)明，磁鐵用固體材料的第一方式為一種磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料，其特征在于，具有大于7.45g/cm3的密度。由于磁化強度和磁通密度各自都與填充率成比例，因而，該固體材料的密度越低，剩余磁通密度就越低，從而降低了最大能量積，一般地，磁鐵用固體材料的填充率越大，該固體材料就越適于作為高性能磁鐵。而且，由于磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料在許多情形下為粉末形式，因此如果作為連續(xù)孔的空隙等氧通路存在很多，粉末的表面將被氧化劣化，這導(dǎo)致矯頑磁力的降低。因而，根據(jù)固體材料的組成和/或應(yīng)用，固體材料的密度必須令人滿意的增加，以防止來自表面的氧進入，從而填充率必須為95％以上，并優(yōu)選為98％以上，而特別靠近表面的填充率可能必須為接近100％。在該氧化劇烈的固體材料組成和應(yīng)用的組合中，磁鐵用固體材料密度優(yōu)選大于7.45g/cm3，并更優(yōu)選大于7.50g/cm3，更優(yōu)選大于7.55g/cm3，最優(yōu)選大于7.60g/cm3。另外，根據(jù)原料的組成，當固體材料的密度大于8.0g/cm3時，形成了優(yōu)良磁性的R-Fe-N-H相以外的相，從而，固體材料的磁性經(jīng)常變差。因此，這不是優(yōu)選的。
根據(jù)制造磁鐵用固體材料的方法和/或條件，固體材料的體積越大，內(nèi)部的填充率就越小。然而，即使在這樣一種情形下，如果表面層的填充率充分地增加，而該層充分地變厚，則固體材料可以作為一種實用的磁鐵提供。
然而，當磁鐵用固體材料僅由R-Fe-N-H系磁性材料組成，而剩余的為空氣時，如果所述固體材料的密度為7.45g/cm3以下，即使形成了具有任何形式和體積的磁鐵，該磁鐵也包括很多空隙，這些空隙經(jīng)常會導(dǎo)致裂縫和/或斷裂，矯頑磁力可能經(jīng)常減少，如上所述。因此，這不是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的一種方法，當僅由R-Fe-N-H系磁性材料作為原料制造體積為5cm3以下的磁鐵用固體材料時，具有大于7.60g/cm3的密度的磁鐵用固體材料可被容易地獲得。然而，當制造體積為0.1cm3的磁鐵用固體材料時，根據(jù)該固體材料形態(tài)，密度為7.45g/cm3以下的一部分可以在固體材料內(nèi)部形成。然而即使在這種情形下，當形成表面層部分的一部分的密度超過7.60g/cm3時，該固體材料具有耐氧化性和優(yōu)良的磁性，可以說屬于本發(fā)明的磁鐵用固體材料。
另一方面，不含氫的Th2Zn17型R-Fe-N系磁性材料，當磁性被最適化時，每個R2Fe17對應(yīng)的氮量小于3，從而形成了熱力學(xué)不穩(wěn)定的R2Fe17N3-Δ相。這種相在熱和機械能的作用下容易分解為α-Fe分解相和稀土氮化物分解相。因此，磁鐵用高性能固體材料不能通過現(xiàn)有的沖擊波壓縮方法形成。
相反，當氫量被控制在上述范圍內(nèi)時，通常主相形成熱力學(xué)穩(wěn)定的R2Fe17N3Hx相，或含有剩余量的氮的R2Fe17N3+ΔHx相，其中x通常在0.01-2的范圍內(nèi)，從而，與不含氫的Th2Zn17型R-Fe-N系磁性材料相比，在熱和機械能的作用下分解為α-Fe分解相和稀土氮化物分解相被顯著抑制。
這只是一個用來獲得具有高密度和優(yōu)良的磁性，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和耐氧化性的磁鐵用固體材料的重要信息。
用于本發(fā)明中的R-Fe-N-H系磁性材料可以形成各種磁性材料，例如成核型、銷型、交換彈性型、或交換耦合型磁性材料，它們彼此的磁化反轉(zhuǎn)機理不同，成為磁鐵用固體材料。由于每種上述的磁性材料在高于600℃時都導(dǎo)致分解反應(yīng)，因此所有的磁性材料都不能通過在高溫下實現(xiàn)密實化的燒結(jié)方法形成磁鐵用固體材料。所有的磁性材料是使用本發(fā)明的沖擊壓縮法成形非常有效的材料群。
如上所述，R-Fe-N-H系磁性材料在熱和機械能的作用下的分解被明顯抑制。然而，如果這種磁性材料被分解，從而形成具有大于100nm的大粒徑的稀土氮化物相和α-Fe分解相，即使含有大量昂貴的稀土元素，α-Fe分解相也作為磁種(magnetic seed)，從而矯頑磁力明顯地減少。因此，這不是優(yōu)選的。
所以，當作為R-Fe-N-H系磁性材料的第二相，使磁鐵中含有Fe；Co；Fe-Co；Fe-Ni如坡莫合金；Fe-Co-Ni；其氮化物；以及與一種或多種所述成分與一種或多種所述M(金屬)成分的合金、化合物等的軟磁相時，提供軟磁相以使得能夠獲得約5到100nm的軟磁相粒徑或厚度，從而可以保持實用的矯頑磁力，并且能夠節(jié)約昂貴的稀土元素，因而可以獲得具有高性價比的磁鐵。
這些軟磁性第二相具有如下效果，其中特別是R-Fe-N-H系磁性材料的剩余磁通密度得到增強。然而，當軟磁相的粒徑或厚度小于5nm時，飽和磁化減小，而當軟磁相的粒徑或厚度大于100nm時，不能保持由軟磁相和硬磁相之間的交換作用而產(chǎn)生的耦合以及軟磁相之間的交換作用而產(chǎn)生的耦合而獲得的各向異性，而第二相作為反磁疇的晶粒，從而矯頑磁力明顯地降低。因而，這不是優(yōu)選的。
為實現(xiàn)這種精細結(jié)構(gòu)，作為一種制造R-Fe原料的方法，可以采用在R-Fe原料中加入M成分，通過快速淬火法得到R-Fe-M的公知方法；諸如機械合金化或機械粉碎法的公知方法；或通過基于上述方法的粉碎法制作R-Fe或R-Fe-M原料的方法等。
另外，在此情形下，軟磁第二相的量優(yōu)選5-50體積％。當小于5體積％時，矯頑磁力一定程度的增加，但剩余磁通密度與僅有R-Fe-N-H系材料的情形下相比并未增加很多。另一方面，當其大于50體積％時，磁通密度逆向增加，而矯頑磁力明顯地減少。在任何情況下，都不可能獲得較高的(BH)max。軟磁相的量更優(yōu)選10-40體積％。
而且，通過將諸如稀土/鐵/硼系磁性材料(例如Nd-Fe-B系磁性材料)，稀土/鈷系磁性材料(例如SmCo5系或Sm2Co17系磁性材料)，或者鐵磁性材料等硬磁粉末中的一種或二種以上以50體積％以下的量與R-Fe-N-H系磁性材料混合，可以得到一種磁鐵用固體材料，其中各種實用要求，例如磁性、熱穩(wěn)定性、以及成本都能夠根據(jù)能夠應(yīng)用被優(yōu)化。
通常，在磁鐵用固體材料中包含了越多的稀土/鐵/硼系磁性材料，整體的磁性也就越高，但是抗腐蝕性卻降低了，而成本則升高，而如果其中包含了越多的稀土/鈷系磁性材料，熱穩(wěn)定性就得到了越好的改善，但是磁性將劣化，而成本則升高，而如果其中包含了越多的鐵磁性材料，其成本就越低，而其溫度特性也得到改善，但是磁性會顯著的劣化。當一種R-Fe-N-H系磁性材料與粒徑同R-Fe-N-H系磁性材料十分不同的不同磁性材料相混合時，獲得了增加填充率的條件更寬的優(yōu)點。
在一種用于本發(fā)明的磁鐵用固體磁性材料中，為形成一種特別具有高矯頑磁力和高矩形比的磁鐵，可以在晶粒間界設(shè)置一種非磁相。
作為其方法，可以舉出以日本專利No.2075985開始的公知方法，例如，將磁性粉末和非磁性成分混合，并進行熱處理的方法；對磁性粉末的表面進行鍍處理的方法；通過各種蒸鍍法用非磁性成分覆蓋磁性粉末表面的方法；用有機金屬處理磁性粉末，并將所述有機金屬光分解，從而使粉末表面為金屬成分覆蓋的方法。而且，將R-Fe-N-H系磁性材料和非磁性材料相混合，并進行壓塑，然后用沖擊波進行壓縮的方法也可被采用。
作為非磁性成分，無機成分和有機成分都能夠被使用，優(yōu)選熔點為1000℃以下、優(yōu)選為500℃以下的低熔點金屬，例如Zn，In，Sn或Ga。當這些中的Zn被使用時，矯頑磁力呈指數(shù)增加，熱穩(wěn)定性也增加。為取得優(yōu)良的磁性，非磁相的體積分數(shù)，包括前面在R-Fe-N-H系磁性材料中所含的非磁相量，優(yōu)選為10體積％以下，并更優(yōu)選為5體積％以下，最優(yōu)選為3體積％以下。此外，當小于0.01體積％時，非磁相在矯頑磁力方面的作用難以察覺。
通過將本發(fā)明的磁鐵用固體材料與軟磁性固體金屬材料組合并一體化，會實現(xiàn)更高的性價比。通過將Fe材料、Fe-Co材料、硅鋼板等與磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料組合，可以增加磁通密度，并且，通過在固體材料表面上層疊上述材料、Ni或含鎳材料，其加工性和抗腐蝕性也能夠得到進一步改善。
圖1和圖2示出了R-Fe-N-H系磁鐵用固體材料和軟磁材料被粘結(jié)并彼此一體化的例子。
圖1為一個示意圖，其示出了磁鐵用固體材料的截面的一個例子，該磁鐵通過將R-Fe-N-H系磁性材料(硬磁層)和軟磁固體金屬(軟磁層)接合并一體化而獲得。
圖2為一個示意圖，示出了磁鐵用固體材料的截面的一個例子，該磁鐵中，R-Fe-N-H系磁性材料層(硬磁層)和軟磁層交替地層疊并一體化。通過構(gòu)成如圖2所示的磁鐵，能夠降低磁鐵的成本而不減少磁鐵的表面磁通密度。
當R-Fe-N-H系磁性材料的粉末和軟磁塊狀材料或粉末同時地加載而不混合這兩種材料，并且受到?jīng)_擊波壓縮時，由于R-Fe-N-H系磁性材料的固化和其與軟磁材料的一體化能夠同時進行，而不需要為在后處理中實現(xiàn)材料的一體化而進行的切削、焊接或使用粘結(jié)劑粘結(jié)等，因而在成本上具有很大的優(yōu)點，這是本發(fā)明的一個顯著特征。
如圖3所示，本發(fā)明的磁鐵用固體材料全部表面的一部分可以被非磁性固體材料覆蓋。
圖3示出了磁鐵用固體材料截面，該磁鐵由非磁性材料覆蓋。對于所有的表面都可以被非磁性材料覆蓋的磁鐵用固體材料，由于抗腐蝕性也增加，即使為在高溫高濕的苛刻環(huán)境下使用磁鐵用固體材料而犧牲了一些磁性，被非磁性固體材料覆蓋也可以是有利的。作為非磁性固體材料，可以舉出分解溫度和/或熔點高的有機物、聚合物、無機物或非磁性金屬。在特別需要熱穩(wěn)定性的應(yīng)用中，用非磁性金屬或無機物覆蓋是優(yōu)選的。也在此情形中，當R-Fe-N-H系磁性材料的粉末和非磁性固體材料或粉末被同時加載而不相互混合，并進行沖擊波壓縮時，R-Fe-N-H系磁性材料的固化和其與非磁性材料的一體化能夠同時進行。
為了給磁鐵用固體材料提供各向異性以制成磁鐵，通常對其進行磁化。然后，磁鐵用固體材料受到巨大的沖擊，從而，即使是致密固化的R-Fe-N-H系磁鐵用固體材料也可以被裂開和/或碎裂。因此，根據(jù)磁化場和/或磁化方法，優(yōu)選用非磁性固體材料覆蓋部分或全部的磁鐵表面，以提供一種耐沖擊性高的磁鐵用固體材料。
圖4示出了本發(fā)明的另一種磁鐵用固體材料的截面的例子。換句話說，通過將R-Fe-N-H系磁性材料與軟磁材料和非磁性材料組合，可以形成如圖4所示的磁鐵用固體材料。
本發(fā)明的磁鐵用固體材料的特征在于磁化后優(yōu)良的磁性。在R-Fe-N-H系磁性材料作為磁各向異性材料的情形下，優(yōu)選在受到壓塑時，磁性粉末在80kA/m以上、優(yōu)選800kA/m以上的磁場中進行磁性取向。而且，優(yōu)選的是，在使用沖擊波壓塑后，通過在1.6MA/m以上、更優(yōu)選2.4MA/m以上的靜磁場或脈沖磁場中磁化壓塑的材料來增加剩余磁通密度和矯頑磁力。
在R-Fe-N-H系磁性材料作為磁各向同性材料時，在受到壓塑時不需要磁性取向。然而，壓塑的材料必須如上所述被磁化，以實現(xiàn)充分的磁各向異性。
此外，當此種磁鐵用固體材料被磁化并用作磁鐵時，根據(jù)應(yīng)用，需要各種形狀。此種磁鐵用固體材料不含樹脂粘合劑，并且密度較高，并能被容易地用普通加工機械通過切削加工和/或塑性加工成任意形狀。特別的是，該固體材料的一個主要特征在于，其能夠容易地被加工成具有工業(yè)使用價值的棱柱形、圓柱形、環(huán)形、圓盤狀或平板狀。一旦此固體材料被加工成上述形狀，并且在此后對其進一步的切削加工等，以形成具有瓦形或任意底部形狀的方孔等也是可能的。換句話說，這種磁鐵用固體材料能夠從任意形狀，通過切削加工和/或塑性加工成由曲面和/或平面圍繞的形態(tài)而形成的，其中“加工”一詞指普通金屬材料的成型，即通過鋸、車床、銑床、鉆床、砂輪等進行的加工，而“塑性加工”指通過沖壓進行模切或成形、壓延、爆炸成形等。另外，這種磁鐵用固體材料能在磁性材料粉末的分解溫度以下受到熱處理，例如退火，以除去冷加工后固體材料中的應(yīng)變。根據(jù)磁性材料的組成，塑性加工可以提供磁各向異性或可以增強磁各向異性。而且，通過將塑性加工與熱處理組合，矯頑磁力能夠得到控制。熱處理也可以在沖擊波壓縮后實施，如下所述，以使得各磁性能夠通過給固體材料退火以去除所導(dǎo)致的扭曲和/或通過控制精細結(jié)構(gòu)而被增強。此外，例如，當一種具有低熔點的金屬被加到R-Fe-N-H系磁性材料中時，熱處理可以與粉末壓塊同時進行，或在其之前或之后進行，以增強磁性粉末之間的暫時粘結(jié)，從而便于接下來的操作，其中熱處理的溫度從100℃以上到小于分解溫度。除上述例子以外，在制造本發(fā)明的磁鐵用固體材料之前、之中和之后，可以進行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明，磁鐵用固體材料的第二方式為一種含有80-97體積％R-Fe-N-H系磁性材料的材料。這種方式試圖提供一種磁鐵用固體材料，其具有優(yōu)良的磁性和穩(wěn)定性，盡管重量輕。因此這種第二方式在目標上與第一主式相當?shù)夭煌Ｔ诘诙绞街?，R-Fe-N-H系磁性材料以外的3-20體積％的部分根據(jù)用途和/或材料組成可以是大氣，但也可以是真空、或者密度為6.5g/cm3以下的元素、化合物或者它們的混合物。
作為本發(fā)明的第二方式的磁鐵用固體材料的密度優(yōu)選在6.15到7.45g/cm3的范圍內(nèi)，以良好地使用這種固體材料的特征。即使當固體材料的密度小于6.15g/cm3時，如果R-Fe-N-H系磁性材料成分的量為80體積％以上，該密度也可以是優(yōu)選的。而且，如果R-Fe-N-H系磁性材料的量為97體積％以下，固體材料的密度可能會大于7.45g/cm3，這將不能很好地利用重量比現(xiàn)有固體磁鐵輕的本發(fā)明的磁鐵用固體材料的特征。例如，即使當真密度為7.69g/cm3的Sm2Fe17N3H0.1磁性材料(參見Trans.Magn.，MAG-28，2326頁；和ICDD的Power DiffractionFile WZ1430)以外的一部分是具有密度足以忽略的氣體時，如果該磁性材料的含量為80-97體積％，該固體材料的密度將在6.15到7.46g/cm3的范圍內(nèi)。
這里所說的“真密度”指根據(jù)由X射線分析所獲得的R-Fe-N-H單位晶胞的體積(v)與構(gòu)成單位晶胞的原子重量總和(w)所確定的密度(w/v)，其通常被稱為“X射線密度(Dx)”。而且，磁鐵用固體材料的密度(Dm)可以根據(jù)例如阿基米德方法或體積方法的宏觀方法確定。另外，本發(fā)明的磁鐵用固體材料為多晶物質(zhì)，并可以包括不同于R-Fe-N-H主相的一種表面相，因而即使在該固體材料不包括空隙的狀態(tài)下，Dm也經(jīng)常不與Dx對應(yīng)。因此，在本發(fā)明中，通過使用密度(Dm)本身作為指導(dǎo)來判斷該固體材料中的填實度通常比用填充率(Dm/Dx)判斷其更合適。
根據(jù)R-Fe-N-H系磁性材料的組成和該磁性材料以外的部分的種類，R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)和其密度之間的關(guān)系改變。另一方面，為獲得一種具有良好熱穩(wěn)定性的磁鐵用固體材料，磁性材料的含量必為80體積％以上，而為獲得重量輕的磁鐵用固體材料，該固體材料的密度必須為7.45g/cm3以下。因此，一種更優(yōu)選的磁鐵用固體材料含有80-97體積％的R-Fe-N-H系磁性材料，并具有在6.15到7.45g/cm3的范圍內(nèi)的密度。
關(guān)于磁鐵用固體材料的密度和R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)的更優(yōu)選的范圍，在一個特別要求熱穩(wěn)定性的應(yīng)用中，選擇體積分數(shù)范圍為83-97體積％而密度范圍為6.35g/cm3-7.45g/cm3，而為獲得具有顯著的機械強度、磁性和熱穩(wěn)定性的輕重量的磁鐵，選擇體積分數(shù)范圍為85-96體積％而密度范圍為6.50-7.40g/cm3。
在本發(fā)明的磁鐵用固體材料中，R-Fe-N-H系磁性材料以外的成分優(yōu)選密度為6.5g/cm3以下的元素、化合物或者它們的混合物。當該成分為密度大于6.5g/cm3的元素時，即使當磁性材料的體積分數(shù)被限制在80體積％，整個磁鐵用固體材料的密度通常大于7.45g/cm3，因而，本發(fā)明的第二方式的特下就無法得用。因此這種元素不是優(yōu)選的。
作為密度為6.5g/cm3以下的元素，可以列舉Al、Ar、B、Be、Br、C、Ca、Cl、F、Ga、Ge、H、He、Kr、Mg、N、Ne、O、P、S、Se、Si、Te、Ti、V、Y、Zr等。另外，即使磁鐵用固體材料中含有一種或多種上述元素的化合物和/或合金，和/或密度為6.5g/cm3以上的元素時，以化合物和/或合金的形式的密度為6.5g/cm3以下的，例如Mn-Al-C或者Al-Cu-Mg合金，或者以混合物形式的密度為6.5g/cm3以下的，例如比例為1∶1的Bi-Al等被優(yōu)選作為磁性材料以外的成分。
R-Fe-N-H系磁性材料以外的一部分可以是密度為6.5g/cm3以下的氣體，例如從由惰性氣體如氮氣、He、Ar或Ne，和還原氣體如氫氣或氨氣組成的組中選擇的至少一種。一種用上述材料制造的磁鐵用磁性材料/氣體復(fù)合固體材料的特征在于其重量輕。
此外，R-Fe-N-H系磁性材料以外的一部分可以優(yōu)選從由氧化物如MgO、Al2O3、ZrO2、SiO2或鐵氧體，氟化物如CaF2或AlF3，碳化物如TiC、SiC或ZrC，氮化物如Si3N4、ZnN、AlN等密度為6.5g/cm3以下的物質(zhì)組成的組中選出。
其中，特別是硬磁性鐵氧體，如BaO·6Fe2O3系、SrO·6Fe2O3系、添加鑭的鐵氧體、和/或根據(jù)情況而定的軟磁性鐵氧體如Mn-Zn系或Ni-Zn系等可以被包含在磁鐵用磁性材料/無機物復(fù)合固體材料中，從而使磁性和/或其穩(wěn)定性得到增強。這些磁鐵用磁性材料/無機物復(fù)合固體材料具有優(yōu)良的機械強度、熱穩(wěn)定性和磁性。
而且，R-Fe-N-H系磁性材料以外的一部分可以是密度為6.5g/cm3以下的有機物。例如，具有100℃以上的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、軟化點、熔點和分解點的有機物可以作為本發(fā)明的磁鐵用固體材料的成分。作為上述有機物，例如，可以列舉，被稱作“工程樹脂”的樹脂如聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯氧化物或全芳族聚酯；以及耐熱熱塑性或熱固性樹脂如液晶聚合物、環(huán)氧樹脂、苯酚改性的環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂或含氟樹脂；以及有機硅化合物如硅橡膠；以及有機金屬化合物如偶聯(lián)劑和潤滑劑。
然而，上述有機物的體積分數(shù)為20體積％以下，并優(yōu)選為17體積％以下，并更優(yōu)選為10體積％以下，并最優(yōu)選為5體積％以下，這不應(yīng)妨礙R-Fe-N-H系磁性材料通過金屬鍵固化。這種磁鐵用磁性材料/有機物復(fù)合固體材料盡管重量輕但具有優(yōu)良的抗震性。然而，在高溫和高濕的惡劣條件下，可能不會使用這樣的磁鐵用磁性材料/有機物復(fù)合固體材料。
本發(fā)明的磁鐵用固體材料的R-Fe-N-H系磁性材料以外的一部分可以同時包含選自上述氣體、無機物、和有機物的兩種以上。例如，一種磁鐵用R-Fe-N-H系磁性材料/無機物/有機物復(fù)合固體材料，其含有作為大氣的空隙，和分散有二氧化硅的硅橡膠；以及一種磁鐵用R-Fe-N-H系磁性材料/氣體/無機物/有機物復(fù)合固體材料，其含有填充有作為惰性氣體的氮氣的空隙，和分散有二氧化硅的硅橡膠。希望它們被合適地利用，以使各成分的特性都被很好的利用。
一種本發(fā)明的磁鐵用固體材料，進一步希望滿足下列關(guān)系Br 0HcJ(Pc+1)(11000-50Tmax)/(10000-6Tmax)其中Br為常溫下的剩余磁通密度，HcJ為常溫下的矯頑磁力，Pc為所述固體材料用作磁鐵時的磁導(dǎo)系數(shù)，Tmax為最高工作溫度，而μ0為真空的絕對磁導(dǎo)率。
上述關(guān)系式為一個限定了磁鐵不引起明顯退磁的所述固體材料的條件的公式，這的含義將在下面補充，其中“明顯的退磁”表示不可逆的和較大的退磁。例如，其指例如1000小時內(nèi)的不可逆退磁率超過-20％的退磁。
表示了與磁鐵的逆磁場相對的磁化變化的B-H曲線上的臨界點的H坐標在矩形比大約為100％時值大約為HcJ。當該磁鐵的工作點位于高于臨界點的磁場一側(cè)，該磁鐵迅速地退磁，從而磁鐵的性能不能被有效地獲得，因此工作點應(yīng)當在低于臨界點的磁場一側(cè)。因此，當由磁鐵的形狀決定的磁通密度和退磁率的比率作為內(nèi)部磁導(dǎo)系數(shù)(Pc0)，把固體材料作為磁鐵裝入磁回路或裝置中后、由施加到工作當中的磁鐵上的逆磁場的大小決定的各工作點的所述磁導(dǎo)系數(shù)中最小的磁導(dǎo)系數(shù)作為Pc，從Pc0和Pc中選出較小的一個值作為Pcmin時，如果至少下式(1)不能滿足，就將導(dǎo)致明顯的退磁(Br-μ0HCJ)μ0HCJ≤PCmin---(1)]]>式(1)為室溫下的條件式，其可以通過使用T℃下剩余磁通密度的溫度系數(shù)[α(Br)]和該溫度下矯頑磁力的溫度系數(shù)[α(HcJ)]轉(zhuǎn)變?yōu)橄率?2)Br{1+α(Br)×(T-25)100}≤(PC+1)μ0HCJ{1+α(HCJ)×(T-25)100}---(2)]]>
從而，可以確定沒有明顯退磁的條件。
這里，當Pc0小于Pc而即使固體材料被磁化時，一旦磁場被移除，固體材料退磁時，通過先將磁鐵套入磁軛中并然后使固體材料受到磁化而防止明顯地退磁。然而，如果至少由式(2)限定的條件不能被滿足，由磁鐵引起的明顯退磁就不能被避免。
根據(jù)R-Fe-N-H系磁性材料組成和/或其溫度范圍，α(Br)和α(HcJ)各自的值變化，α(Br)以約-0.06％/℃的速率變化，而α(HcJ)以約-0.5％/℃的速率變化。α(HcJ)的絕對值比α(Br)大，它們都是負值，因而T越高，滿足式(2)的正值(Br，HcJ)組合的范圍就越窄。因此，當含有本發(fā)明的磁鐵用固體材料的磁鐵在磁導(dǎo)系數(shù)(Pc)的條件下使用時，通過將由Br和HcJ各自的值控制在由工作中的最高溫度Tmax℃決定的式(2)所限定的范圍內(nèi)，鐵的退磁可以減弱。
將T＝Tmax，α(Br)＝-0.06和α(HcJ)＝-0.5代入，式(2)可被重新整理為下式(3)Br≤μ0HCJ(PC+1)(11000-50Tmax)(10000-6Tmax)---(3)]]>換句話說，如果該固體材料形成磁鐵，而Br、HcJ、Pc和Tmax滿足式(3)，該磁鐵可以說是一種不會導(dǎo)致明顯退磁的磁鐵。而且，根據(jù)式(3)，HcJ越大，Br的可能值就越大。為形成一種具有較高熱穩(wěn)定性和優(yōu)良磁性的磁鐵，優(yōu)選形成HcJ大于0.62MA/m的磁鐵用固體材料。
本發(fā)明的磁鐵用固體材料的最佳方式為一種磁鐵用固體材料，其中通過增加磁性材料的體積分數(shù)而使Br增加。具體地，它是一種磁鐵用固體材料，其中，通過將具有包括Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)或類似晶體結(jié)構(gòu)的菱形晶體的R-Fe-N-H系磁性材料的填充率控制為95％以上、優(yōu)選98％以上、最優(yōu)選99％以上，其密度被控制在優(yōu)選7.45g/cm3以上，并更優(yōu)選7.50g/cm3以上，最優(yōu)選7.60g/cm3以上，且常溫下的最大能量積(BH)max增加，所述的磁鐵用固體材料具有在目標應(yīng)用環(huán)境中具有滿足式(3)的磁性。
另一方面，即使當在常溫下具有最大能量積(BH)max的磁鐵用固體材料通過增加磁性材料體積分數(shù)從而增加Br而形成，如果Tmax為高溫，比如100℃以上，而式(3)不被滿足，所得的固體材料將明顯地退磁，而其性能可能比磁性材料填充率和Br都較小的磁鐵用固體材料小。換句話說，根據(jù)Pc和Tmax的組合，及磁鐵用固體材料HcJ，增加R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)以增加Br沒有意義。為獲得具有較輕重量并具有較高成本/性能的磁鐵用固體材料，優(yōu)選減少磁性材料的體積分數(shù)。
以下將通過列舉具體例子進行解釋。當這種HcJ＝0.62MA/m的R-Fe-N-H系磁性粉末用作原料并使用沖擊波壓縮時，在特定條件下可以形成具有約100％體積分數(shù)的磁鐵用固體材料，其中Br大于1.2T。
然而，在Pc＝1，且Tmax＝100℃的應(yīng)用時，根據(jù)公式(3)判斷，Br不必被設(shè)定到0.99T以上。換句話說，在此情形下，即使當所得的磁鐵用固體材料為Br大于0.99T的材料，該固體材料也通過該所得磁鐵的工作或使用而退磁，從而所得磁鐵性能類似于Br為0.99T的磁鐵。因此，優(yōu)選磁性材料的體積分數(shù)更適合降低到83-85體積％，以形成大致上Br＝0.99T的磁鐵，從而獲得了具有較輕重量和較低成本的磁鐵。
上面描述了磁鐵的熱穩(wěn)定性，這取決于磁性材料的磁性，例如取決于由磁鐵形狀、磁回路和磁鐵的工作決定的最小磁導(dǎo)系數(shù)、及Br、HcJ、α(Br)、α(HcJ)。熱穩(wěn)定性也被稱為“磁鐵的溫度特性”。
上述以外，作為導(dǎo)致熱穩(wěn)定性降低的較大原因，可以列舉磁性粉末沒有通過金屬鍵彼此充分接合而固化的事實。由于永磁鐵在外磁場中形成靜磁勢，它基本上排列在晶體容易磁化的方向上。然而，由于永磁鐵在磁性方面處于一種不平衡的狀態(tài)，如果其處于一個其中沒有磁性粉末彼此充分接合而固定的狀態(tài)，通過基質(zhì)中的各磁性粉末的旋轉(zhuǎn)而改變易于磁化的方向，從而蓄積的靜磁能逐漸降低。
在具有填充率小于80％的磁性粉末的材料中，例如在粘結(jié)磁鐵中，當其中的樹脂在100℃以上的高溫下被軟化或劣化時，相對容易導(dǎo)致松弛，從而該材料顯著地退磁。粘結(jié)磁鐵如其名稱所表示的，是用粘結(jié)劑粘結(jié)的磁鐵，而不是用金屬鍵固定的磁鐵。不良的熱穩(wěn)定性可以說是由其導(dǎo)致的一個問題。
另一方面，在本發(fā)明的磁鐵用固體材料中，如果磁性粉末體積分數(shù)為80體積％以上、優(yōu)選為83體積％以上、更優(yōu)選為90體積％以上、最優(yōu)選為95體積％以上，由于磁性粉末通過金屬鍵彼此固定，因而不會導(dǎo)致如上所述的這種松弛。如上所述，為獲得在100℃以上的溫度下滿足的該固體材料的熱穩(wěn)定性，根據(jù)該固體材料的磁性及其應(yīng)用，該磁性材料的體積分數(shù)的下限和上限應(yīng)被限制在一個特定的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的磁鐵用固體材料也可以作為當制成磁鐵時的矯頑磁力為0.76MA/m以上、和矩形比(Br/Js)為95％以上的磁鐵用固體材料提供，而無需特殊的處理，其中Js為常溫下的飽和磁化，在本發(fā)明中它為當外部磁場為1.2MA/m時的磁化值。
例如，一種Sm2Fe17N3H01材料，其具有一種關(guān)系，其中粒徑大致與矯頑磁力(HcJ)成反比，因為該材料具有成核型磁場反轉(zhuǎn)功能。當粒徑小于2μm時，矯頑磁力變?yōu)榇笥?.76MA/m。然而，在此粒徑范圍內(nèi)，在磁性粉末的粒徑降低時，該粉末變得容易聚集，從而在一般和工業(yè)用磁場中，磁性粉末磁性取向度急劇地降低，而矩形比也降低。
圖5示出了壓縮成型品的矯頑磁力(HcJ)和矩形比(Br/Js)之間的關(guān)系(在圖中以●表示)，該成型品由使具有各種粒徑的磁性粉末在1.2MA/m的外磁場和1.4GPa的成型壓力的條件下進行壓縮成型而制成，所述磁性材料通過用球磨機將Sm2Fe17N3H0.1磁性材料磨成粉而獲得。在圖5中，當矯頑磁力HcJ大于0.73MA/m時，矩形比急劇地下降到HcJ為0.76MA/m以上的95％以下。
當一種本發(fā)明的磁鐵用固體材料進行沖擊波壓縮和固化的時，固體材料的結(jié)構(gòu)可以被制得精細。因此，可以通過使用矯頑磁力小于0.76MA/m的磁性粉末制備具有高矩形比的粉末壓塊，并對其沖擊波壓縮和固化，并同時增加其矯頑磁力，而形成具有高矩形比和高矯頑磁力的磁鐵用固體材料。當矯頑磁力處于0.8到1.2MA/m的范圍內(nèi)時，通過改進磁性取向的方法和磁性材料中的成分，矩形比可被控制在95％到約100％的范圍內(nèi)。
以下，將說明一種用于制造本發(fā)明的磁鐵用固體材料的方法，特別是其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的磁鐵用固體材料的沖擊波壓縮。然而，本發(fā)明的制備方法并不限于此。
一種使用水下沖擊波的沖擊壓縮方法可從下面的組中選出將粉末在套管最內(nèi)部進行粉末壓實，在中間區(qū)域加水，在周邊布置炸藥，并通過引爆炸藥將沖擊波引入所述中間區(qū)域的水中，從而使在最內(nèi)部的所述粉末被壓縮的方法；將粉末在一個密封容器內(nèi)進行粉末壓實，將其投入水中，引爆水中的炸藥以通過來自其的沖擊波壓縮所述粉末的方法；以及一種公開于日本專利No.2951349或JP-A-6-198496中的方法。在任何一種方法中，來自水下沖擊波的沖擊壓縮的優(yōu)點可以描述如下在本發(fā)明的使用水下沖擊波的沖擊壓縮方法的壓縮固化步驟中，沖擊波所帶來的非常高的壓力剪切特性和激活作用導(dǎo)致在粉末的通過金屬鍵的固化作用，以及精細分割微結(jié)構(gòu)的作用，從而可以實現(xiàn)塊狀固化和高的矯頑磁力。
然后，沖擊壓力本身的持續(xù)時間長于使用現(xiàn)有沖擊波的情形，但由基于沖擊波的塊狀壓縮和非線性現(xiàn)象的熵增而導(dǎo)致的該磁性材料的溫度升高在很短時間內(nèi)消失(幾μs或更短)，而幾乎不會導(dǎo)致分解和脫氮。
在使用水下沖擊波的壓縮后也存在殘余溫度。當此殘余溫度變?yōu)榉纸鉁囟?常壓下約600℃)以上時，R-Fe-N-H系磁性材料等也開始被分解，從而磁性被破壞。因此，這不是優(yōu)選的。
然而，當使用水下沖擊波時，同使用現(xiàn)有沖擊波的相比，能夠容易的保持低殘余溫度。
換句話說，水下沖擊波具有如下特征。
(1)水下沖擊波的壓力取決于炸藥和水之間的Hugoniot關(guān)系，而壓力(P)可被大致地用下列公式表示P＝288(MPa){(ρ/ρ0)7.25-1}根據(jù)上述公式，當使用水下沖擊波時，相對于水的密度(ρ)的標準值(ρ0)的變化的壓力(P)增量相當?shù)卮?。因此，通過控制炸藥的量，能夠容易地獲得一個非常高的壓力，而磁性材料的溫度同使用現(xiàn)有的沖擊波的情況相比，能夠被容易地保持在較低的溫度。
(2)震動壓力本身的持續(xù)時間較長。
(3)由基于沖擊波的塊狀壓縮和非線性現(xiàn)象的熵增而導(dǎo)致的磁性材料溫度升高在很短的時間內(nèi)消失。
(4)接下來，磁性材料的溫度長時間保持在較高溫度的狀態(tài)被減弱。
(5)沖擊壓力均勻地施加到壓縮的材料上。
僅通過水下沖擊波所具有的上述特性，R-Fe-N-H系磁性材料能夠被簡單的壓縮和固化為高密度材料而不會受熱分解。
而且，通過對磁性材料在磁場中進行粉末壓實，磁性材料粉末的容易磁化的軸能夠被排列成同一方向，并且即使當所得的粉末壓塊通過沖擊壓縮和固化而被固化時，可以獲得一種用于具有磁同軸各向異性的磁鐵用固體材料而不使其磁性取向被劣化。
在本發(fā)明中，通過使原料磁性粉末被具有3到40Gpa的沖擊波壓力的水下沖擊波壓縮和固化，能夠獲得一種具有對于真密度(例如，7.7g/cm3)填充率超過80體積％的密度的磁鐵用固體材料。當沖擊波壓力小于3GPa時，具有80體積％的填充率的磁鐵用固體材料不能總被獲得。此外，當沖擊波壓力高于40GPa時，容易形成分解物，例如α-Fe分解相。因此這種壓力不是優(yōu)選的。當使用具有3到40GPa的水下沖擊波進行壓縮和固化時，具有對于所述原料磁性粉末的真密度填充率超過80體積％的密度的磁鐵用固體材料能夠被獲得，并具有良好的重現(xiàn)性。另一方面，當使用具有6到40GPa的水下沖擊波時，能夠獲得填充率超過90體積％的高密度磁鐵用固體材料。然而，當R-Fe-N-H系磁性材料以外的一種固體成分，例如，軟磁材料，諸如稀土/鐵/硼系磁性材料的硬磁材料，和/或非磁相被包含時，上述條件不僅由R-Fe-N-H系原料磁性粉末的體積分數(shù)決定。然而，為得到R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)至少50體積％的磁鐵用固體材料，水下沖擊波必須以上述類似方式控制在3到40GPa的范圍內(nèi)的沖擊波壓力。
接著，為制備作為本發(fā)明的磁鐵用固體材料的第一方式的磁鐵用高密度固體材料，應(yīng)該使用具有8到40GPa的沖擊波壓力的水下沖擊波。當沖擊波壓力低于8GPa時，不總能得到密度為7.45g/cm3以上的塊狀磁鐵。當沖擊波壓力高于40GPa時，可能會產(chǎn)生分解物，例如α-Fe分解相。因此這種壓力不是優(yōu)選的。
而且，為制備作為本發(fā)明的磁鐵用固體材料的第二方式的具有較輕重量和優(yōu)良的高溫特性的磁鐵用固體材料，沖擊壓縮中應(yīng)當應(yīng)用3到22GPa的沖擊波壓力，以控制在沖擊壓縮中粉末壓塊的溫度升高。當沖擊波壓力低于3GPa時，不總能獲得密度為6.15g/cm3以上的磁鐵用固體材料。當沖擊波壓力高于22GPa時，經(jīng)常會形成密度為7.45g/cm3以上的磁鐵用固體材料。另外，當沖擊波壓力高于40GPa時，可能會形成分解物，例如α-Fe分解相。因此這種壓力不是優(yōu)選的。另外，為重現(xiàn)性良好地獲得密度在6.35-7.45g/cm3的范圍內(nèi)、進而在6.50-7.40g/cm3的范圍內(nèi)的磁鐵用固體材料，沖擊波壓力應(yīng)當控制在3到20GPa，并進一步地在4-15Gpa范圍內(nèi)。然而，在磁鐵用磁性材料/氣體復(fù)合固體材料的情形下，過高的沖擊波壓力容易形成密度為7.45g/cm3以上的磁鐵用固體材料。因此，優(yōu)選使用具有3到15GPa的沖擊波壓力的水下沖擊波。
如上所述，僅通過選擇作為磁性粉末具有熱穩(wěn)定性、并難于產(chǎn)生α-Fe分解相等的R-Fe-N-H系磁性材料，以及將該材料通過上述的水下沖擊波壓縮和固化進行固化，能夠制備一種本發(fā)明的磁鐵用固體材料。使用這種磁鐵用固體材料制備的磁鐵具有較高的磁性，優(yōu)良的耐氧化性，以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，因為這種固體材料與粘結(jié)磁鐵不同，其不包括用作磁性粉末粘結(jié)劑的樹脂成分。
接下來，將描述作為本發(fā)明的第三方式的包含磁鐵用R-Fe-N-H系磁性材料的部件或裝置。
在最大工作溫度(Tmax)為100℃以上的應(yīng)用中，因為現(xiàn)有R-Fe-N-H系粘結(jié)磁鐵包括樹脂成分而沒有磁性粉末通過金屬鍵彼此相粘結(jié)并固化，因此該磁鐵具有較差的熱穩(wěn)定性，并難以使用。本發(fā)明的磁鐵用固體材料具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，因為R-Fe-N-H系磁性材料通過金屬鍵彼此接合并固化，即使其包括了樹脂成分。而且，當磁鐵用固體材料的Br和HcJ在由形成磁鐵時的Pc和Tmax和公式(3)所限定的范圍時，能夠形成一種沒有明顯退磁、重量較輕、具有較高成本/性能和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性的磁鐵。
Tmax的上限接近R-Fe-N-H系磁性材料的居里點，并大于400℃，并且取決于磁鐵用固體材料的組成或成分，Tmax的上限可以為400℃以下的各值。例如，即使當使用為Zn所覆蓋、HcJ＝1.6MA/m的R-Fe-N-H系材料時，如果Tmax為220℃以上，本發(fā)明的磁鐵用固體材料不能被用作磁鐵。
從本發(fā)明的磁鐵用固體材料得到的磁鐵的Pc0在0.1到100的范圍內(nèi)，并更優(yōu)選在0.1到10的范圍內(nèi)，當Pc0、Br和HcJ的值的組合背離公式(1)的范圍時，優(yōu)選提供磁軛等，并從而增強Pc0，產(chǎn)生磁化。
使用通過本發(fā)明的磁鐵用固體材料、其中尤其是第二方式的磁鐵用固體材料、或權(quán)利要求11及前述本發(fā)明的方式(S)所規(guī)定的磁鐵用固體材料得到的磁鐵靜磁場的、作為轉(zhuǎn)子或定子的各種致動器、音圈電機、直線電機、旋轉(zhuǎn)機械電機，其中特別是，一種用于工業(yè)機械或汽車的電機，用于醫(yī)用裝置或金屬分級器的磁場源，以及用于分析裝置，例如VSM系統(tǒng)、ESR系統(tǒng)或加速器的磁場源、磁電行波管、OA裝置，例如打印頭或光學(xué)攝像管、波動器、擺動器、阻尼器、磁滾筒、電磁吸盤、各種磁片，即使在100℃以上的環(huán)境也能夠穩(wěn)定地使用而不產(chǎn)生明顯的退磁，除了例如具有非常小的Pc的步進電動機的特殊應(yīng)用。
對于一些應(yīng)用，即使是125℃以上的溫度該磁鐵也可以應(yīng)用。例如，可以舉出一種HcJ＞0.7(MA/m)而Pc＞1的情形。而且，該磁鐵能夠被用于即使是150℃以上的溫度，例如，HcJ＞0.8(MA/m)且Pc＞2的情況。
另外，當該磁鐵用于上述裝置或部件中時，本發(fā)明的磁鐵用固體材料可以通過對其進行不同處理，然后使其與各種形狀的磁軛、孔件和各種磁分路材料結(jié)合、粘接和接合在一起，并將其彼此組合在一起而使用。
另外，當磁鐵用固體材料被用作永磁鐵同步電動機的轉(zhuǎn)子，或者用作其組成材料的硬磁材料時，該固體材料用于具有表面磁鐵結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可能具有如圖6或圖7所示的旋轉(zhuǎn)軸的截面結(jié)構(gòu)，或者如圖8到圖13所示的旋轉(zhuǎn)軸的截面結(jié)構(gòu)。
以下，將通過實施例舉例說明本發(fā)明。另外，根據(jù)X射線衍射圖樣(使用Cu-Kα放射線)，R-Fe-N-H系磁性材料的分解程度通過來自在2θ＝44°附近的α-Fe分解相的衍射線的高度(b)與來自菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)，特別是例如Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)衍射線的最強線的高度(a)的比值(b/a)來評價。當該比值為0.2以下時，可以認為分解程度較小。這個比值優(yōu)選為0.1以下。更優(yōu)選為0.05以下，這時可以認為分解幾乎不存在。
然而，當用作磁鐵用固體材料的原料的R-Fe-N-H系磁性材料最初含有一種具有44°附近的峰的材料，例如一種鐵軟磁材料時，上述判定法不能被應(yīng)用。在此情形下，來自包含例如R-Fe-N-H系磁性材料的原料的比值“b/a”與來自由其產(chǎn)生的磁鐵用磁性材料的比值“b/a”的相較比值可被用作指導(dǎo)，以確定該磁性材料是否已分解。
實施例1一種具有60μm的平均粒徑的Sm2Fe17母合金在465℃下的氨-氫混合氣流中被氮化和氫化7.2ks，該混合氣體中氨分壓為0.35atm而氫氣分壓為0.65atm，然后其在氬氣流中退火1.8ks，然后用球磨機將其粉碎到2μm的平均粒徑。該粉末在1.2MA/m的磁場中進行磁場取向的同時受到粉末壓實，從而獲得成形體。圖14為一個示意圖，示出了用于使用水下沖擊波進行沖擊壓縮方法的裝置的一例。如圖14所示，所得到的粉末壓塊被設(shè)置于銅管(1)中并固定到一個銅塞(2)上。而且，銅管(3)被固定到銅塞(2)上，其間的間隙充滿水，套管(4)被設(shè)置在銅管(3)的圓周上，其中套管(4)和銅管(3)之間有均勻的間隔，且其間的空間填充了280g硝酸銨系炸藥(5)，然后高爆炸藥(5)通過一個起爆單元被起爆，因而該高爆炸藥(5)被爆炸。這樣，沖擊波的壓力為16GPa。
在沖擊壓縮之后，一種固化的具有Sm8.8Fe75.1N13.2H2.9組成的磁鐵用固體材料被從管(1)中移除，并在一個0.4MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得出剩余磁通密度(Br)＝1.22T，矯頑磁力(HcJ)＝0.75MA/m，能量積(BH)max＝260KJ/m3。此外，其密度根據(jù)阿基米德方法確定。結(jié)果，得到7.61g/cm3的密度和99％的填充率。
而且，作為X射線衍射方法分析的結(jié)果，業(yè)已證實，在固化的磁鐵用固體材料中幾乎沒有析出α-Fe分解相，該材料具有Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)。
炸藥的量被調(diào)整以多次重復(fù)類似實驗。
業(yè)已證實，當沖擊波壓力小于4GPa時，所得的磁鐵用固體材料的填充率不必大于80％，而當沖擊波壓力大于40GPa時，會形成分解物，例如α-Fe分解相。而且，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為重現(xiàn)地得到填充率大于80％的磁鐵用固體材料，沖擊波壓力被設(shè)定在6到40Gpa的范圍內(nèi)，可以好的重現(xiàn)性得到具有超過90％的填充率的磁鐵用固體材料，而且，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為重現(xiàn)性好地得到密度為6.15-7.45g/cm3的磁鐵用固體材料，優(yōu)選將沖擊波壓力設(shè)定在3到15GPa的范圍內(nèi)。
另外，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為重現(xiàn)性好好得到密度大于7.45g/cm3的磁鐵用固體材料，優(yōu)選將沖擊波壓力設(shè)定在10到40GPa的范圍內(nèi)。而且，業(yè)已證實，當沖擊波壓力設(shè)定在12到40GPa的范圍內(nèi)時，可以以好的重現(xiàn)性得到密度大于7.55g/cm3的塊狀磁鐵。
比較例1除了具有20μm的平均粒徑的Sm2Fe17母合金在495℃下在氮氣流中受到72ks的氮化，沖擊波壓力被設(shè)定為18Gpa以外，以類似于實施例1中的方法制備了一種具有Sm9.1Fe77.1N13.2組成的磁鐵用固體材料。這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得到剩余磁通密度(Br)＝0.96T，矯頑磁力(HcJ)＝0.36MA/m，(BH)max＝120kJ/m3。另外，其密度根據(jù)阿基米德方法被確定。結(jié)果，得到7.50g/cm3的密度。
在該材料的X射線衍射圖樣中，可觀察到α-Fe分解相的衍射線以及來自Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的衍射線。來自α-Fe分解相的44°附近的衍射線的強度與表示Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的最強線(303)的強度的比值(b/a)為0.21。
比較例2圖15為一個示意圖，示出了通過直接使用炸藥的爆震波而進行沖擊壓縮的裝置的一例。使用該裝置，將由實施例1得到的具有2μm平均粒徑的R-Fe-N-H系磁性材料設(shè)置于銅管(1)中，并固定于銅塞(2)上，套管(4)被設(shè)置于銅管(1)的周圍，在套管(4)和銅管(1)之間具有均勻的間隔，其間的間隔填充了與實施例1相同量的硝酸銨系炸藥(5)，然后炸藥通過起爆單元(6)被起爆，因此該炸藥被爆炸。在沖擊壓縮后，固化的試樣被從管(1)中移除，并用X射線衍射方法進行分析。結(jié)果，業(yè)已證實，在沖擊壓縮之后，產(chǎn)生了SmN和大量的α-Fe分解相，從而發(fā)現(xiàn)初始材料的R-Fe-N-H系化合物被分解。然后，衍射線的強度比(b/a)為約3。
實施例2預(yù)定量的金屬Sm和Fe粉末(以16.85∶83.15的重量比)通過震動球磨機受到180ks的金屬合金化處理，然后在600℃下在真空中受到7.2ks的熱處理。這些粉末含有約30體積％的鐵軟磁材料。該粉末在380℃下在氨一氫混合氣流中受到為期1.2ks的氮化和氫化，在該混合氣體中氨的分壓為0.35atm而氫的分壓為0.65atm，并接下來在相同溫度下在氫中受到300秒的熱處理。使用這些粉末，除沖擊波的壓力被設(shè)定為18Gpa以外，以類似于實施例1的方法制備出具有Sm6.1Fe81.6N9.2H3.1組成的磁鐵用固體材料。
這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得到剩余磁通密度(Br)＝1.25T，矯頑磁力(HcJ)＝0.40MA/m，最大能量積(BH)max＝209kJ/m3。另外，其密度根據(jù)阿基米德方法確定。結(jié)果得到7.74g/cm3的密度。
在這種材料的X射線衍射圖樣中，可以觀察到來自α-Fe分解相的衍射線和和來自Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的衍射線。然而，由于此種材料本質(zhì)上是含有鐵軟磁材料的材料，而不是α-Fe分解相的，因而通過X射線衍射方法不能嚴格地確定在固化中是否形成了α-Fe分解相。另外，作為通過射電顯微鏡的觀測結(jié)果，鐵軟磁相的體積百分比為約30％，而結(jié)晶粒徑為大約10到50nm。
實施例3將從實施例1中獲得的具有2μm的平均粒徑的R-Fe-N-H系粉末和具有25μm的平均粒徑、組成為Sm11.5Co57.6Fe24.8Cu4.4Zr1.7的Sm-Co系粉末被裝入瑪瑙研缽，以使得獲得50∶50的體積比，并與環(huán)己烷濕混和在一起。
使用這種混合粉末，除了沖擊波的壓力被設(shè)定為14Gpa以外，以類似于實施例1的方法制備了一種磁鐵用R-Fe-N-H系固體材料，這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得到剩余磁通密度(Br)＝1.10T，矯頑磁力(HcJ)＝0.83MA/m，(BH)max＝209kJ/m3。
實施例4通過使用公知的二乙基鋅的光分解法，制備出表面覆蓋有金屬鋅的、具有約1μm的平均粒徑的Sm-Fe-Co-N-H磁性粉末。使用這些粉末，除了沖擊波的壓力被設(shè)定為16Gpa以外，以類似于實施例1的方法制備了具有Sm8.4Fe64.3Co7.1N12.6H3.4Zn4.2組成的磁鐵用固體材料，這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得到剩余磁通密度(Br)＝1.27T，矯頑磁力(HcJ)＝0.76MA/m，(BH)max＝257kJ/m3和7.71g/cm3的密度。而且，其被通過X射線衍射方法進行分析。結(jié)果，業(yè)已證實，該磁鐵用固化固體材料具有Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)。來自α-Fe分解相的44°附近的衍射線強度與表示Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的最強線(303)的強度的比值(b/a)為0.08。
實施例5根據(jù)公知的方法JP-A-8-55712，得到具有約30μm的平均粒徑的Sm-Fe-Co-Mn-N-H磁性粉末，其中磁化反轉(zhuǎn)機構(gòu)為銷型。使用這種粉末，除了沖擊波壓力被設(shè)定為14Gpa以外，以與實施例1中相同的方法制備了具有Sm8.5(Fe0.89Co0.11)66.8Mn3.6N18.5H2.6組成的磁鐵用固體材料。這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了磁性。結(jié)果，得到剩余磁通密度(Br)＝1.12T，矯頑磁力(HcJ)＝0.37MA/m，(BH)max＝125kJ/m3。根據(jù)體積方法確定的密度為7.70g/cm3。
而且，在這種材料的X射線衍射圖樣中，可以觀察到來自α-Fe分解相的衍射線和與來自Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的衍射線。來自α-Fe分解相的44°附近的衍射線強度與表示Th2Zn17型菱形晶體結(jié)構(gòu)的最強線(303)的強度的比值(b/a)為0.06。
實施例6除了使用了如表1所示的R-Fe-N-H系磁性材料以外的成分和沖擊波的壓力外，以類似于實施例1的方法制備了一種磁鐵用固體材料。這種磁鐵用固體材料在4.0MA/m的脈沖磁場中被磁化，并確定了剩余磁通密度(Br)、矯頑磁力(HcJ)、矩形比(Br/Js)以及(BH)max。
結(jié)果如表1所示。盡管HcJ值較大，為0.81MA/m，但矩形比也為96％。該結(jié)果在圖5中以標記“○”示出，其與通常的壓縮成形體相對照。
實施例7-9在這些例子中的每一個中，除了使用了如表1所示的R-Fe-N-H系磁性材料以外的成分和沖擊波的壓力外，以類似于實施例1的方法制備了磁鐵用固體材料。以類似于實施例6中的方法，確定了各固體材料的各種磁性。其結(jié)果如表1所示。
實施例10-11和比較例3在這些例子中的每一個中，除了使用了具有Sm9.0Fe76.4N13.5H1.1組成和2.5μm的平均粒徑的磁性粉末，并且，在實施例10和實施例11中分別使用了3GPa和23GPa的沖擊波壓力以外，以類似于實施例1的方法制備了磁鐵用固體材料。各種磁鐵用固體材料的各種磁性以類似于實施例1中的方法確定。結(jié)果如表2所示。
而且，這些磁鐵用固體材料中的每一個被精確地加工為盤狀的統(tǒng)一形狀，并在4.8MA/m的脈沖磁場中被磁化，從而形成具有Pc0為2的磁鐵。這些磁鐵被置于125℃的恒溫槽中3.6Ms的時間而不將逆磁場加到最大。使用試樣拉引型磁通量計，可以確定置于恒溫槽前后的磁通量值，以計算出磁通量的變化率，也即，不可逆退磁率(％)。該結(jié)果如表2所示，其中，可以估計到，不可逆退磁率絕對值越小，熱穩(wěn)定性就越好。而且，根據(jù)公知的方法，制備了一種具有磁性粉末的體積分數(shù)為60％、Pc0為2并使用12-尼龍作為粘合劑的注塑粘結(jié)磁鐵，其不是磁鐵用固體材料(比較例3)。使用與上述相同的方法，確定其不可逆退磁率。該結(jié)果在表2中示出。
在考慮到Pc與Pc0相等而Tmax＝125℃的應(yīng)用時，上述估計得出的結(jié)果與在工作或使用前后的退磁度相關(guān)。
如表2所示，當比較例3這樣的不含其它無機或金屬成分的R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)小于80％時，由于磁性粉末沒有通過金屬鍵彼此結(jié)合而固化，該磁性材料具有非常低的熱穩(wěn)定性。而且，在實施例10和實施例11中，磁性粉末通過金屬鍵彼此結(jié)合并固化，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在Pc、Tmax、Br和HcJ滿足公式(3)的實施例10的重量輕的磁鐵用固體材料的熱穩(wěn)定性好于不滿足公式(3)的實施例11。
實施例12和13組裝了一種安裝有在實施例10中制造的兩塊磁鐵，具有未使用磁軛進行固定的作為定子的電刷的直流電動機，然后在100℃的溫度環(huán)境下工作36ks，同時預(yù)定的電流大小被施加到線圈上(實施例12)。而且，使用實施例11的磁鐵與上面同樣地組裝了電機并同樣地工作(實施例13)。與初始旋轉(zhuǎn)速度剛剛穩(wěn)定下來的旋轉(zhuǎn)速度相比，在實施例12和13中該電動機36ks后的旋轉(zhuǎn)速度分別改變2％和10％。在各情況下，36ks后的旋轉(zhuǎn)速度大致為510rpm。用于實施例12中的在實施例10中制造的磁鐵的密度，同用于實施例13中的在實施例11中制造的磁鐵的密度相比，降低了不少于17％。因此，在實施例10中制造的R-Fe-N-H系磁性材料的體積分數(shù)小于實施例11。然而，當該磁性材料用于上述電動機時，前一磁性材料的性能與后者相同。
實施例14除了使用ZrO2作為R-Fe-N-H系磁性材料以外的成分，以及沖擊波的壓力被設(shè)定為14Gpa以外，以類似于實施例的方法制備了具有7.38g/cm3的密度的磁鐵。此后，以類似的實施例12的方法組裝了電動機。并于100℃的溫度環(huán)境下工作。結(jié)果，得到了與實施例12同等的性能。
表1
表2
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，一種具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料等，受到粉末壓實和水下沖擊波的沖擊壓縮，從而在不需要粘結(jié)劑的情況下通過非自燒結(jié)得到高密度的磁鐵用高性能固體材料，并防止其分解和氮化，而且，磁鐵用高性能固體材料不但重量較輕，也特別地在磁性方面具有能夠獲得的較高穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料。
2.一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性粉末并具有大于7.45g/cm3的密度。
3.一種磁鐵用固體材料，其含有80-97體積％的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料并且重量輕。
4.一種磁鐵用固體材料，其含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，具有6.15-7.45g/cm3的密度，且重量輕。
5.一種磁鐵用固體材料，其含有具有菱形或六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料。
6.一種磁鐵用固體材料，其含有由下列通式RαFe100-β-γNβHγ表示的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，其中R為選自稀土元素的至少一種元素；α、β和γ為原子數(shù)百分比，分別為3 20，5 30和0.01 10。
7.一種磁鐵用固體材料，其含有由下列通式RαFe100-α-β-γ-δNβHγMδ表示的稀土/鐵/氮/氫系磁性材料，其中，R為選自稀土元素至少一種元素；M為選自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Pd、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb和Bi的至少一種元素，和/或選自R的氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、氫化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、氯化物和硝酸鹽的至少一種；α、β、γ和δ為原子數(shù)百分比，分別為3 20，5 30，0.01 10和0.1 40。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土量50原子％以上為Sm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述鐵量的0.01-50原子％為Co所置換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和3-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述稀土/鐵/氮/氫系磁性材料以外的成分是密度為6.5g/cm3以下的元素、化合物，或它們的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中所述固體材料具有關(guān)系式Br 0HcJ(Pc+1)(11000-50Tmax)/(10000-6Tmax)其中Br為常溫下的剩余磁通密度，HcJ為常溫下的矯頑磁力，Pc為當所述固體材料用作磁鐵時的磁導(dǎo)系數(shù)，Tmax為最高工作溫度，μ0為真空的絕對磁導(dǎo)率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中均勻地分散有一種含有選自Fe、Co和Ni的至少一種元素的軟磁材料并一體化。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中添加并均勻分散了選自稀土/鐵/硼系磁性材料，稀土/鈷系磁性材料以及鐵磁性材料的至少一種磁性材料并一體化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料，其中在所述磁性材料的晶粒間界存在非磁相。
15.一種磁鐵用固體材料，其中根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁鐵用固體材料和具有軟磁性的固體金屬材料接合并彼此一體化。
16.一種制造含有稀土/鐵/氮/氫系磁性材料的磁鐵用固體材料的方法，其中，在所述固體材料進行沖擊壓縮時使用了水下沖擊波。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中沖擊波的壓力在3到40GPa的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中原料粉末在磁場中受到進行粉末壓實。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其包括對所述材料在100℃以上但小于分解溫度的溫度下進行熱處理的步驟。
20.一種在利用由磁鐵產(chǎn)生的靜磁場的裝置、系統(tǒng)或設(shè)備中使用的部件，其中所述的磁鐵使用了權(quán)利要求1-7中的任一項所述的磁鐵用固體材料。
全文摘要
通過使在具有菱形結(jié)晶或六方結(jié)晶結(jié)構(gòu)的R－Fe－N－H系磁性材料粉末中含有氫，在磁場中或無磁場條件下形成粉末壓塊后，使用水中沖擊波進行沖擊壓縮固化，產(chǎn)生具有沖擊壓縮的超高壓剪切性、激活作用、短時間現(xiàn)象等特征，并將沖擊壓縮后的殘余溫度控制到R－Fe－N－H系磁性材料的分解溫度(常壓下約600℃)以下以防止分解，從而得到了以R－Fe－N－H系磁性材料為主成分的磁鐵用固體材料。
文檔編號H01F41/02GK1505821SQ02808818
公開日2004年6月16日 申請日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月24日
發(fā)明者柿本悅二, 道家清孝, 柴崎一郎, 今岡伸嘉, 千葉昂, 嘉, 孝, 郎 申請人:旭化成株式會社