專利名稱：R-t-b系燒結磁體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及R-T-B(R為包括Y(釔)的稀土類元素的1種或2種以上，T為以Fe、或Fe和Co為必須成分的1種或2種以上的過渡金屬元素，B為硼元素)系燒結磁體。

背景技術：
在稀土類永久磁體之中，R-T-B系燒結磁體由于磁特性優(yōu)良，作為主要成分的Nd資源豐富且比較便宜，所以廣泛應用于各種電氣設備。不過，具有優(yōu)良的磁特性的R-T-B系燒結磁體也存在若干應該解決的技術性課題。其中之一就是由于熱穩(wěn)定性低，因而伴隨著溫度的上升，頑磁力的下降明顯。為此，例如專利文獻1(特公平5-10806號公報)提出了如下的方案即通過添加以Dy、Tb、Ho為代表的重稀土類元素以提高室溫下的頑磁力，由此即使因升溫而使頑磁力降低，也可以使其維持在使用上不會產生故障的程度。使用這些重稀土類元素的R2T14B化合物與使用Nd、Pr等輕稀土類元素的R2T14B化合物相比，各向異性磁場較高，從而可以得到高的頑磁力。
R-T-B系燒結磁體由燒結體構成，該燒結體至少含有由R2T14B化合物構成的主相晶粒、和比該主相含有更多R的晶界相。關于對磁特性的影響較大的主相晶粒中的重稀土類元素的最優(yōu)濃度分布及其控制方法的提案，已被專利文獻2(特開平7-122413號公報)及專利文獻3(特開2000-188213號公報)所公開。
專利文獻2提出了以下方案對于將以R2T14B晶粒(R為稀土類元素的1種或2種以上、T為過渡金屬的1種或2種以上)為主體的主相和R富集相(R是稀土類元素的1種或2種以上)作為主構成相的稀土類永磁體，在該R2T14B的晶粒內使重稀土類元素至少在3個部位形成高濃度分布。專利文獻2的R-T-B系燒結磁體，是將以R2T14B為主構成相的R-T-B系合金和至少含有1種重稀土類元素的R-T共晶的面積率在50％以下的R-T系合金分別進行粉碎并混合后、通過成形和燒結而得到的。該R-T-B系合金優(yōu)選以R2T14B晶粒為主構成相，推薦的組成為27wt％≤R≤30wt％、1.0wt％≤B≤1.2wt％、T余量。
另外，專利文獻3公開了顯示出高的剩磁通密度以及高的最大能積的R-T-B系燒結磁體，其具有包含重稀土類元素的濃度比晶界相高的第1R2T14B型主相晶粒、以及上述重稀土類元素的濃度比晶界相低的第2R2T14B型主相晶粒的組織。
專利文獻3為了得到上述的組織，采用混合Dy等重稀土類元素的含量不同的2種以上的R-T-B系合金粉末的所謂混合法。此時，對于各R-T-B系合金粉末的組成，其R元素的合計量在各合金粉末中設定為一樣。例如在Nd+Dy的情況下，1種合金粉末設定為29.0％Nd+1.0％Dy，另1種合金粉末設定為15.0％Nd+15.0％Dy。另外，對于R元素以外的元素，優(yōu)選設定的是各合金粉末實質上一樣。
根據(jù)專利文獻2的R-T-B系燒結磁體，所得到的頑磁力(iHc)為14kOe左右，希望更進一步提高頑磁力。
另外，專利文獻3所公開的方案，是為了使R-T-B系燒結磁體的剩磁通密度以及最大能積得以提高的有效技術。但是，不容易得到高頑磁力，也難以兼?zhèn)涓呤４磐芏纫约案哳B磁力。
專利文獻1特公平5-10806號公報
專利文獻2特開平7-122413號公報
專利文獻3特開2000-188213號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明是基于這樣的技術課題而完成的，其目的在于提供一種可以兼?zhèn)涓叩氖４磐芏燃案叩念B磁力的R-T-B系燒結磁體。
為達到這樣的目的，本發(fā)明涉及一種R-T-B系燒結磁體，其特征在于由燒結體構成，該燒結體含有R2T14B化合物作為主體，且含有包括作為重稀土類元素的Dy及Tb中的至少1種、以及作為輕稀土類元素的Nd及Pr中的至少1種的晶粒作為主相；包含具有包括內殼部和包圍內殼部的外殼部的芯-殼結構的晶粒；內殼部中的重稀土類元素的濃度比外殼部周邊的重稀土類元素的濃度低10％以上；在具有內殼部及外殼部的晶粒中，(L/r)ave在0.03～0.40的范圍內。
R包括Y的稀土類元素的1種或2種以上 T以Fe、或Fe和Co為必須成分的1種或2種以上 L從晶粒的周邊到內殼部的最短距離 r晶粒的當量圓直徑 (L/r)ave該燒結體中存在的具有芯-殼結構的晶粒的L/r的平均值 在本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體中，(L/r)ave優(yōu)選為0.06～0.30，進一步優(yōu)選為0.10～0.25。
在本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體中，優(yōu)選內殼部的重稀土類元素的濃度為外殼部周邊的重稀土類元素濃度的20～95％。內殼部的重稀土類元素的濃度進一步優(yōu)選為外殼部周邊的重稀土類元素渡度的20～70％，更優(yōu)選為20～50％。
另外，在本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體中，為兼?zhèn)涓叩氖４磐芏燃邦B磁力，優(yōu)選在其斷面上，具有芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)相對于形成燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)之比率為20％以上。進一步優(yōu)選具有芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)相對于形成燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)量之比率為30～60％。另外，在重視方形比的情況下，具有芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)的比率相對于形成燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)之比率優(yōu)選設定為60～90％。
本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體含有輕稀土類元素，但該輕稀土類元素優(yōu)選的是內殼部的濃度比外殼部周邊更高。
另外，本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體優(yōu)選的是，燒結體的組成為R25～37wt％，B0.5～2.0wt％，Co3.0wt％以下，余量Fe及不可避免的雜質，作為R，含有0.1～10wt％的重稀土類元素。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種兼?zhèn)涓叩氖４磐芏燃案叩念B磁力的R-T-B系燒磁體。



圖1示意表示了本發(fā)明的具有內殼部及外殼部的主相晶粒。
圖2示意表示了本發(fā)明的主相晶粒的重稀土類元素(例如Dy)的濃度分布的實例。
圖3是表示使用EPMA、就實施例1所得到的燒結體的斷面進行元素分布測定(mapping)的結果。
圖4表示實施例1得到的燒結體的(L/r)ave和剩磁通密度(Br)及頑磁力(HcJ)之間的關系。
圖5是表示在實施例2得到的燒結體的Dy(重稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布(Dy/TRE)的圖。
圖6是表示實施例2得到的燒結體的Nd和Pr(輕稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布((Nd+Pr)/TRE)的圖。
圖7是表示實施例3得到的燒結體的Dy(重稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布(Dy/TRE)的圖。
符號說明 1主相晶粒 2內殼部 3外殼部
具體實施例方式 <組織> 本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體由燒結體構成，該燒結體至少含有由R2T14B晶粒(R為包括Y的稀土類元素的1種或2種以上，T為以Fe、或Fe和Co為必須成分的過渡金屬元素的1種或2種以上，B為硼元素)構成的主相晶粒、和比該主相晶粒含有更多R的晶界相。另外，在主相晶粒之中，包含具有包括內殼部和包圍內殼部的外殼部的結構的主相晶粒。
在這里，內殼部及外殼部根據(jù)重稀土類元素的濃度來確定。也就是說，內殼部與外殼部相比，重稀土類元素的濃度較低。
圖1示意表示了具有內殼部2及外殼部3的主相晶粒1。如圖1所示，外殼部3包圍內殼部2。該內殼部2與外殼部3相比，重稀土類元素的濃度較低。圖2示意表示了主相晶粒1中的重稀土類元素(例如Dy)的濃度分布，橫軸表示主相晶粒的縱斷面寬度方向，而縱軸表示重稀土類元素的濃度。在主相晶粒1中，以其周邊的重稀土類元素的濃度為基準，以重稀土類元素濃度的降低低于10％的部分為外殼部3，以重稀土類元素濃度的降低在10％以上的部分為內殼部2。在圖2中，重稀土類元素的濃度處于1.0～0.9范圍內的部分構成外殼部3，而被外殼部3包圍、且重稀土類元素的濃度在0.9以下的部分構成內殼部2。
在該由內殼部2及外殼部3構成的主相晶粒1中，外殼部3必須形成于從主相晶粒1的表面開始的預定區(qū)域。即本發(fā)明的特征在于(L/r)ave處于0.03～0.40的范圍內。在這里，如圖1所示，L是從主相晶粒1的周邊到內殼部2的最短距離，r是主相晶粒1的當量圓直徑。在此，所謂當量圓直徑，是指面積與主相晶粒1的投影面積相同的圓的直徑。因此，所謂L/r＝0.03，就是指外殼部3占有從假想為圓的主相晶粒1的表面、到主相晶粒1的直徑的3％深度的區(qū)域。另外，所謂L/r＝0.40，就是指外殼部3占有從假想為圓的主相晶粒1的表面、到主相晶粒1的直徑的40％深度的區(qū)域。此外，(L/r)ave是在燒結體中存在的、具有內殼部2和外殼部3的主相晶粒1的L/r的平均值。本發(fā)明的(L/r)ave設定為根據(jù)后述的實施例所記載的計算方法而求出的值。
在這里，為了提高頑磁力，要求主相晶粒1具有較高的各向異性磁場。各向異性磁場因所選擇的稀土類元素的不同而不同。也就是說，使用重稀土類元素的R2T14B化合物與使用輕稀土類元素的R2T14B化合物相比，其各向異性磁場較高。因此，如果只考慮頑磁力，就可以設計出僅以使用重稀土類元素的R2T14B化合物為主相晶粒1的R-T-B系燒結磁體。但是，該R-T-B系燒結磁體存在以下問題。即，使用重稀土類元素的R2T14B化合物的飽和磁化較低，為此，在剩磁通密度方面是不利的。于是，本發(fā)明如上述那樣，通過將外殼部3設定為重稀土類元素的濃度較高的區(qū)域，使該區(qū)域的各向異性磁場得以提高，從而可以確保較高的頑磁力。
主相晶粒1除重稀土類元素以外，還含有以Nd、Pr為代表的輕稀土類元素。使用輕稀土類元素的R2T14B化合物與使用重稀土類元素的R2T14B化合物相比，其飽和磁化較高。作為R2T14B化合物全體的R的濃度本質上是均勻的。另外，在內殼部2中，重稀土類元素的濃度較低。因此，關于輕稀土類元素的濃度，內殼部2比外殼部3高，該內殼部2的飽和磁化得以提高，從而可以獲得較高的剩磁通密度。
如上所述，本發(fā)明的主相晶粒1可以擁有具有高剩磁通密度的區(qū)域(內殼部2)及具有高頑磁力的區(qū)域(外殼部3)。
在本發(fā)明中，當(L/r)ave低于0.03時，則重稀土類元素濃度高的區(qū)域不足，從而頑磁力(HcJ)的值降低。另一方面，當(L/r)ave超過0.40時，則內殼部2變得過小，從而剩磁通密度(Br)降低。于是，本發(fā)明將(L/r)ave設定為0.03～0.40。(L/r)ave優(yōu)選為0.06～0.30，進一步優(yōu)選為0.10～0.25。
在本發(fā)明中，隨著內殼部2相對于外殼部3的重稀土類元素的比率不同，頑磁力及剩磁通密度發(fā)生變化。也就是說，如果內殼部2的重稀土類元素濃度較低，內殼部2和外殼部3的重稀土類元素的濃度差增大，則剩磁通密度降低。相反，如果內殼部2的重稀土類元素濃度較高，內殼部2和外殼部3的重稀土類元素的濃度差減少，則頑磁力降低。因此，在兼?zhèn)漕B磁力和剩磁通密度的本發(fā)明中，內殼部2中心的重稀土類元素的濃度優(yōu)選為外殼部3周邊的重稀土類元素濃度的20～95％。在兼?zhèn)漕B磁力及剩磁通密度方面，優(yōu)選將內殼部2的重稀土類元素的濃度設定為外殼部3周邊的重稀土類元素濃度的20～70％。更優(yōu)選將內殼部2的重稀土類元素的濃度設定為外殼部3周邊的重稀土類元素濃度的20～50％。
在本發(fā)明中，全部的主相晶粒沒有必要是由內殼部2及外殼部3構成的主相晶粒1，但為了獲得上述的效果，應該以某種程度的比率存在于燒結體中。也就是說，在燒結體的斷面上，具有圖1所示結構的主相晶粒1的粒子數(shù)相對于形成燒結體的主相晶粒的粒子數(shù)的比率優(yōu)選為20％以上。如果該比率低于20％，則由于導致剩磁通密度(Br)提高的本結構的主相晶粒1的比率較少，所以剩磁通密度(Br)提高的效果減少。如果從兼?zhèn)涫４磐芏?Br)及頑磁力(HcJ)的角度考慮，則芯-殼結構的主相晶粒1的數(shù)量的比率設定為30～60％。此外，在本發(fā)明中，該比率設定為用后述的實施例所記載的計算方法求出的值。
理由雖然尚未明確，但主相晶粒1的比率將對R-T-B系燒結磁體的方形比產生影響。也就是說，如果具有本發(fā)明的內殼部2及外殼部3的主相晶粒1的數(shù)量增多，則可以使方形比得以提高。如果也考慮方形比，則主相晶粒1的比率優(yōu)選為40％以上，進一步優(yōu)選為60～90％。
<化學組成> 其次，就本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體所優(yōu)選的化學組成進行說明。這里所說的化學組成指的是燒結后的化學組成。
本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體含有25～37wt％的稀土類元素(R)。
在此，本發(fā)明中的R具有包含Y(釔)的概念。因此，本發(fā)明的R可以從Y(釔)、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu中選擇1種或2種以上。
在R量低于25wt％時，成為R-T-B系燒結磁體主相的R2T14B化合物的生成不充分而析出具有軟磁性的α-Fe等，導致頑磁力顯著降低。另一方面，在R超過37wt％時，主相R2T14B化合物的體積比率降低，剩磁通密度降低。另外，R與氧反應而使含有的氧量增加，隨之對頑磁力的產生有效的R富集相減少，導致頑磁力的降低。因此，R的量設定為25～37wt％，優(yōu)選的R量為28～35wt％，進一步優(yōu)選的R量為29～33wt％。此外，這里所說的R量包括重稀土類元素。
Nd和Pr的資源豐富且比較廉價，因此優(yōu)選將作為R的主成分設定為Nd和Pr。另一方面，本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體為了提高頑磁力而含有重稀土類元素。在此，所謂本發(fā)明的重稀土類元素是指Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu中的1種或2種以上。其中，最為優(yōu)選的是含有Dy以及Tb中的至少1種。因此，選擇作為R的Nd和Pr中的至少1種、以及Dy及Tb中的至少1種，這些元素的總計設定為25～37wt％，優(yōu)選設定為28～35wt％。另外，在該范圍內，Dy及Tb中的至少1種的量優(yōu)選設定為0.1～10wt％。Dy及Tb中的至少1種的含量可以根據(jù)偏重于剩磁通密度和頑磁力的哪一方而在上述范圍內決定其含量。也就是說，在欲得到高的剩磁通密度的情況下，可以將Dy及Tb中的至少1種的量設定得低些，為0.1～4.0wt％，在欲得到高的頑磁力的情況下，可以將Dy及Tb中的至少1種的量設定得高些，為4.0～10wt％。
另外，本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體含有0.5～2.0wt％的硼(B)。在B低于0.5wt％的情況下，不能得到高的頑磁力。另一方面，如果B超過2.0wt％，則剩磁通密度具有降低的傾向。因此，將上限設定為2.0wt％。優(yōu)選B的量為0.5～1.5wt％，更優(yōu)選B的量為0.8～1.2wt％。
本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體可以在0.02～0.5wt％的范圍內含有Al及Cu中的1種或2種。在該范圍內，通過含有Al及Cu中的1種或2種，可以使所得到的R-T-B系燒結磁體實現(xiàn)高頑磁力化、高耐蝕性化、以及溫度特性的改善。在添加Al的情況下，優(yōu)選Al的量為0.03～0.3wt％，進一步優(yōu)選Al的量為0.05～0.25wt％。另外，在添加Cu的情況下，優(yōu)選Cu的量為0.01～0.15wt％，更優(yōu)選Cu的量為0.03～0.12wt％。
本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體可以含有3.0wt％以下的Co，優(yōu)選含有0.1～2.0wt％，進一步優(yōu)選含有0.3～1.5wt％。Co形成與Fe同樣的相，但對居里溫度的提高、晶界相耐蝕性的提高有效。
本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體允許含有其它的元素。例如，可以適當含有Zr、Ti、Bi、Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge等元素。另一方面，優(yōu)選極力降低氧、氮、碳等雜質元素。特別是損害磁特性的氧，優(yōu)選將其含量設定為5000ppm以下。這是因為當氧含量較多時，作為非磁性成分的稀土類氧化物相增加，從而使磁特性降低。
<制造方法> 本發(fā)明的R-T-B系燒結磁體可以通過混合使用重稀土類元素含量不同的2種以上的原料合金來制作。
在此情況下，至少準備2種以R2T14B化合物為主體的R-T-B合金，最好使這2種R-T-B合金的重稀土類元素含量不同。例如，可以列舉出如下的(1)和(2)之類的實例。另外，也可以使用以R2T14B化合物為主體的R-T-B合金和不含R2T14B化合物的R-T合金。例如，可以列舉出如下的(3)之類的實例。但是，如下的(1)～(3)只是一種例示，并不是對本發(fā)明的限定。
(1)混合重稀土類元素含量不同的2種以上的R-T-B合金。除重稀土類元素含量以外，其余組成相同(％為wt％)。
具體實例 31％Nd-0％Dy-2％Co-0.1％Cu-1.0％B-bal.Fe 26％Nd-5％Dy-2％Co-0.1％Cu-1.0％B-bal.Fe (2)混合重稀土類元素含量不同的2種以上的R-T-B合金?？傁⊥令惲?Nd+Pr+重稀土類元素)相同，但組成中重稀土類元素的含量、Co、B量等不同(％為wt％)。
具體實例 31％Nd-0％Dy-0％Co-0.2％Cu-1.2％B-bal.Fe 26％Nd-20％Dy-5％Co-0.2％Cu-0.8％B-bal.Fe (3)混合R-T-B合金和R-T合金之后使用(％為wt％)。
具體實例 31％Nd-0％Dy-0％Co-0.1％Cu-1.3％B-bal.Fe 5％Nd-40％Dy-10％Co-0.1％Cu-0％B-bal.Fe R-T-B合金及R-T合金都可以在真空或不活潑氣體中，優(yōu)選在Ar氣氛中，通過帶坯連鑄法、或其它公知的溶解法進行制造。
R-T-B合金除稀土類元素、Fe、Co及B以外，還含有Cu及Al作為構成元素。R-T-B合金的化學組成可以根據(jù)最終欲得到的R-T-B系燒結磁體的化學組成進行適當?shù)臎Q定，但優(yōu)選設定的組成范圍是25～40wt％R-0.8～2.0wt％B-0.03～0.3wt％Al-bal.Fe。在使用重稀土類元素含量不同的2種以上的R-T-B合金的情況下，重稀土類元素含量優(yōu)選為相差5wt％以上(0％和5％，2％和8％等)。
另外，R-T合金除稀土類元素、Fe及Co以外，也可以含有Cu及Al。R-T合金的化學組成可以根據(jù)最終欲得到的R-T-B系燒結磁體的化學組成進行適當?shù)臎Q定，但優(yōu)選設定的組成范圍是26～70wt％R-0.3～30wt％Co-0.03～5.0wt％Cu-0.03～0.3wt％Al-bal.Fe。為得到上述的本發(fā)明的組織，在R-T合金中含有的稀土類元素優(yōu)選為重稀土類元素。
原料合金可以各自或一同進行粉碎。粉碎工序一般分為粗粉碎工序以及微粉碎工序。
首先，原料合金在粗粉碎工序被粉碎至粒徑數(shù)百μm左右。粗粉碎優(yōu)選使用搗磨機、顎式破碎機以及布朗磨機等，在不活潑氣體保護氣氛中進行。為使粗粉碎的程度得以提高，對其實施吸氫-脫氫處理后再進行粗粉碎是有效的。
經粗粉碎工序后移至微粉碎工序。將粒徑數(shù)百μm左右的粗粉碎粉微粉碎至平均粒徑3～8μm。此外，在微粉碎時可以使用噴射式粉碎機。
在原料合金于微粉碎工序各自進行粉碎的情況下，在氮氣氛中混合微粉砕過的原料合金粉末。原料合金粉末的混合比率可以按重量比從50∶50～97∶3的范圍內加以選擇。在原料合金一同粉碎的情況下，混合比率也是同樣的。在微粉碎時，通過添加0.01～0.3wt％左右的硬脂酸鋅和油酰胺等添加劑，能夠提高成形時的取向性。
其次，將原料合金的混合粉末進行磁場中成形。該磁場中成形可以在12～17kOe(960～1360kA/m)的磁場中、在0.7～2.0ton/cm2(70～200MPa)左右的壓力下進行。
進行磁場中成形后，將其成形體在真空或不活潑氣體氣氛中進行燒結。燒結溫度必須根據(jù)組成、粉碎方法、粒度和粒度分布的不同等諸條件加以調節(jié)，但可以在1000～1150℃燒結1～5小時左右。
另外，以高特性化為目的，為減少雜質數(shù)量，特別是為減少氧量，制造時也可以將從氫粉碎到放入燒結爐的氧濃度控制在100ppm左右。
燒結后，可以對得到的燒結體實施時效處理。該工序是控制頑磁力的重要工序。在分2段進行時效處理的情況下，于800℃附近和600℃附近保持預定的時間是有效的。在燒結后如果進行800℃附近的熱處理，則頑磁力增大，因此對于混合法特別有效。另外，進行600℃附近的熱處理，則頑磁力大大增加，因此在進行1段時效處理的情況下，只要進行600℃附近的時效處理即可。
實施例1 在Ar氣氛中，通過高頻溶解制造表1的a所示的2種原料合金(第1合金和第2合金)。
將制造的第1合金、第2合金按50∶50的重量比混合后，使其在室溫進行吸氫之后，在Ar氣氛中實施600℃×1小時的脫氫處理。其次，在氮氣氛中用布朗研磨機進行粗粉碎。
在粗粉碎粉末中添加0.05％的硬脂酸鋅作為粉碎助劑。之后，進行基于使用高壓氮氣的噴射式粉碎機的微粉碎，便得到平均粒徑為4.5μm的微粉碎粉末。
將得到的微粉末在15kOe(1200kA/m)的磁場中用1.5ton/cm2(150MPa)的壓力進行成形而得到成形體。在真空中按照表2所示的各種條件對該成形體進行燒結，然后進行驟冷。接著對得到的燒結體實施850℃×1小時和600℃×1小時(均在Ar氣氛中)的2段時效處理。
對于所得到的燒結體，使用B-H描繪器(tracer)測量剩磁通密度(Br)及頑磁力(HcJ)。對各個燒結磁體進行了組成分析，結果為20％Nd-5％Pr-5％Dy-2％Co-0.1％Cu-1％B-bal.Fe。
另外，對于得到的燒結體的斷面，在100μm×100μm的范圍內，用EPMA(Electron Prove Micro Analyzer電子探針顯微分析)進行元素分布測定。其結果的一個實例如圖3所示。此外，圖3是在EPMA的元素分布測定圖上描繪了晶界的圖。晶界由于可以用元素分布測定圖的對比度差來確定，所以在該部分上以描畫實線的方式來表示。
根據(jù)元素分布測定的結果，以主相晶粒的周邊部的Dy的特性X線強度作為Dy濃度的標準，將Dy濃度的降低低于10％的部分設定為外殼部，且將Dy濃度的降低在10％以上的部分設定為內殼部。在圖3中，于內殼部及外殼部的邊界上畫出虛線。如圖3所示，除了具有內殼部和外殼部的結構的主相晶粒以外，還存在不具有這種結構的主相晶粒。另外，也具有在結構中，其中心部的Dy濃度高的主相晶粒。
對于如以上那樣進行觀察的各燒結體，使用FIB(Focused IonBeam聚焦離子束)制作透射電子顯微鏡觀察試料。從試料中隨機地選擇10個晶粒，通過使用透射電子顯微鏡的EDS(Energy DispersiveX-ray Spectroscopy能量分散X-射線光譜)進行元素分布測定分析和定量分析。此外，在該定量分析時，可以就最低10個的晶粒來進行，當然也可以選擇10個以上的粒子進行定量分析。從根據(jù)元素分布測定分析結果確認的主相晶粒周邊部向最短的內殼部，在線上進行定量分析，將從Dy濃度比周邊部降低10％以上的部分開始的內側作為內殼部，求出從周邊部到該位置的最短距離(L)。另一方面，由具有內殼部及外殼部的各主相晶粒的斷面積求出當量圓直徑(r)，就該主相晶粒計算出L/r。然后，求出各燒結體的L/r的平均值(L/r)ave。其結果如表1所示。另外，圖4表示了(L/r)ave和剩磁通密度(Br)及頑磁力(HcJ)之間的關系。
如表2及圖3所示，如果(L/r)ave減少，則頑磁力(HcJ)降低。相反，如果(L/r)ave增大，則剩磁通密度(Br)降低。如果(L/r)ave處于0.03～0.40的范圍，則剩磁通密度(Br)及頑磁力(HcJ)表現(xiàn)出較高的值。(L/r)ave優(yōu)選為0.06～0.30，進一步優(yōu)選為0.10～0.25。
表1wt％ 表2 實施例2 準備表1的原料合金a～d的4種組成的原料合金(第1合金、第2合金)，除燒結條件設定為1020℃×6小時以外，其余根據(jù)與實施例1同樣的工藝制作燒結磁體。
測量所得到的燒結體的剩磁通密度(Br)及頑磁力(HcJ)。各燒結磁體的組成分析的結果為20％Nd-5％Pr-5％Dy-2％Co-0.1％Cu-1％B-bal.Fe。
另外，關于得到的燒結體的主相晶粒，與實施例1同樣地進行基于EPMA的元素分布測定分析以及基于使用透射電子顯微鏡的EDS的元素分布測定分析和定量分析。再者，以EPMA元素分布測定分析結果為基礎，求出包含在觀察視場100μm×100μm范圍內的主相晶粒的個數(shù)和芯-殼結構粒子的個數(shù)，計算出芯-殼結構粒子的個數(shù)的比率。
圖5表示主相晶粒內的Dy(重稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布(Dy/TRE)。圖5的橫軸表示主相晶粒內的位置，“0”表示主相晶粒的周邊(或最外表面)，“0.5”表示主相晶粒內的中心。如上所述，該濃度分布是本發(fā)明的10個或更多個具有內殼部及外殼部的結構的主相晶粒的平均值。
另外，縱軸以將主相晶粒的周邊設定為1的指數(shù)來表示濃度。因此，例如，“0.8”表示Dy的濃度比周邊降低20％。同樣地，圖6表示Nd+Pr(輕稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布((Nd+Pr)/TRE)。另外，表3表示在主相晶粒內的中心位置的Dy/TRE和(Nd+Pr)/TRE。
如表3、圖5及圖6所示，通過改變原料合金(第1合金、第2合金)中的輕稀土類元素(Nd、Pr)和重稀土類元素(Dy)的分配比率，可以改變主相晶粒內的輕稀土類元素(Nd、Pr)和重稀土類元素(Dy)的濃度分布。也就是說，無論哪一種試料，輕稀土類元素(Nd、Pr)隨著移向主相晶粒的中心其濃度增大，相反，重稀土類元素(Dy)隨著移向主相晶粒的中心其濃度減少，特別地，可以大大地改變重稀土類元素(Dy)在主相晶粒內的濃度差。
就與磁特性的關系而言，如果主相晶粒內的Dy濃度差增大，則剩磁通密度(Br)提高，如果主相晶粒內的Dy濃度差減小，則頑磁力(HcJ)提高。如試料No.13那樣，主相晶粒的中心部的Dy的濃度在其濃度差較小而為“0.93”的情況下，就不會有本發(fā)明的芯-殼結構，從而剩磁通密度(Br)降低。在以兼?zhèn)涫４磐芏?Br)及頑磁力(HcJ)為目的的本發(fā)明中，主相晶粒中心部的Dy濃度優(yōu)選處于其周邊的20～95％的范圍內，更優(yōu)選處于20～70％的范圍內，最優(yōu)選處于20～50％的范圍內。
表3 實施例3 準備表4的原料合金e～g的3種原料合金(第1合金、第2合金)，按表4所示的重量比混合后，除燒結條件設定為1050℃×4小時以外，其余采用與實施例1同樣的工藝制作燒結磁體。所得到的各燒結磁體的組成分析的結果為30％Nd-2％Dy-2％Co-0.4％Cu-0.2％Al-0.19％Zr-1％B-bal.Fe。
對于得到的燒結體，進行與實施例2同樣的測量及方形比(Hk/HcJ)的測量。其結果如表5所示。另外，圖7表示Dy(重稀土類元素)相對于稀土類元素的總量(TRE)的濃度分布(Dy/TRE)。此外，Hk是在磁滯回線的第2象限中，磁通密度成為剩磁通密度的90％時的外部磁場強度。
如表5及圖7所示，可知當Dy的濃度差減少時，具有內殼部及外殼部的主相晶粒的比率增加。另外，在Dy的濃度差較小的情況下，方形比(Hk/HcJ)提高。因此，為要求特別高的方形比(Hk/HcJ)，并兼?zhèn)涫４磐芏?Br)及頑磁力(HcJ)，具有本發(fā)明的芯-殼結構的主相晶粒的比率優(yōu)選在60～90％的范圍內。
表4 wt％ 表5 實施例4 準備表6的原料合金h～j的3種原料合金(第1合金、第2合金)，按表6所示的重量比混合后，除燒結條件設定為1050℃×4小時以外，其余用與實施例1同樣的工藝制作燒結磁體。所得到的各燒結磁體的組成分析的結果為21.2％Nd-9％Dy-0.6％Co-0.3％Cu-0.2％Al-0.17％Ga-1％B-bal.Fe。
對于得到的燒結體，進行了與實施例2同樣的測量。其結果如表7所示。正如表7所示的那樣，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得兼?zhèn)涫４磐芏?Br)及頑磁力(HcJ)的磁體。
表6 wt％ 表7
權利要求
1.一種R-T-B系燒結磁體，其特征在于由燒結體構成，該燒結體含有R2T14B化合物作為主體，且含有包括作為重稀土類元素的Dy及Tb中的至少1種、以及作為輕稀土類元素的Nd及Pr中的至少1種的晶粒作為主相；
包含具有包括內殼部和包圍所述內殼部的外殼部的芯-殼結構的所述晶粒；
所述內殼部中的所述重稀土類元素的濃度比所述外殼部周邊的所述重稀土類元素的濃度低10％以上；
在具有所述內殼部及所述外殼部的所述晶粒中，(L/r)ave在0.03～0.40的范圍內；
R包括Y的稀土類元素的1種或2種以上，
T以Fe、或Fe和Co為必須成分的1種或2種以上，
L從所述晶粒的周邊到所述內殼部的最短距離，
r所述晶粒的當量圓直徑，
(L/r)ave該燒結體中存在的具有所述芯-殼結構的晶粒的L/r的平均值。
2.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于所述內殼部的所述重稀土類元素的濃度為所述外殼部周邊的所述重稀土類元素濃度的20～95％。
3.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于在其斷面上，具有所述芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)相對于形成所述燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)之比率為20％以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于對于所述輕稀土類元素，所述內殼部的濃度比所述外殼部周邊更高。
5.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于所述燒結體的組成為R25～37wt％，B0.5～2.0wt％，Co3.0wt％以下，余量Fe及不可避免的雜質；R含有0.1～10wt％的所述重稀土類元素。
6.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于(L/r)ave為0.06～0.30。
7.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于(L/r)ave為0.10～0.25。
8.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于所述內殼部的所述重稀土類元素的濃度為所述外殼部周邊的所述重稀土類元素濃度的20～70％。
9.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于所述內殼部的所述重稀土類元素的濃度為所述外殼部周邊的所述重稀土類元素濃度的20～50％。
10.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于在其斷面上，具有所述芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)相對于形成所述燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)之比率為30～60％。
11.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系燒結磁體，其特征在于在其斷面上，具有所述芯-殼結構的晶粒的粒子數(shù)相對于形成所述燒結體的全體晶粒的粒子數(shù)之比率為60～90％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兼?zhèn)涓叩氖４磐芏燃案叩念B磁力的R-T-B系燒結磁體。該R-T-B系燒結磁體為包含具有包括內殼部(2)和包圍內殼部(2)的外殼部(3)的芯-殼結構的主相晶粒(1)；內殼部(2)中的重稀土類元素的濃度比外殼部(3)周邊的重稀土類元素的濃度低10％以上；在具有內殼部(2)及外殼部(3)的主相晶粒(1)中，(L/r)ave在0.03～0.40的范圍內。其中，L從主相晶粒(1)的周邊到內殼部(2)的最短距離，r主相晶粒(1)的當量圓直徑，(L/r)ave該燒結體中存在的具有芯-殼結構的主相晶粒(1)的L/r的平均值。
文檔編號H01F1/053GK101111909SQ20068000339
公開日2008年1月23日 申請日期2006年3月8日 優(yōu)先權日2005年3月14日
發(fā)明者加藤英治, 石坂力 申請人:Tdk株式會社