專利名稱：各向異性稀土燒結(jié)磁體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電動機等中的各向異性稀土燒結(jié)磁體，以及制備其的方法。
背景技術(shù)：
自從1982年發(fā)現(xiàn)(JP-A S59-46008)以來，包含四方NdJe14B化合物作為主相的 NbFeB磁體(簡稱為Nd磁體)已經(jīng)用于許多應(yīng)用中?，F(xiàn)在，它們在電子/電氣、運輸和工業(yè)設(shè)備的制造中是有用的材料。盡管具有包括相對低的居里溫度( 310°C )和不良的耐腐蝕性在內(nèi)的一些缺點，然而Nd磁體具有包括如下的優(yōu)勢室溫下高的飽和磁化強度、相對廉價的成分、相對高的機械強度。Nd磁體優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的2-17SmCo磁體并且具有日益增加的應(yīng)用領(lǐng)域。其中，認為最有希望的是它們作為車載部件的應(yīng)用，包括電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的電動機以及發(fā)電機(JP-A 2000-245085)。車載部件典型用于超過100°C的環(huán)境中。對于EV和HEV電動機，需要具有超過150°C且有時約200°C的溫度下的耐熱性。然而，由于相對低的居里溫度( 310°C )， Nd2Fe14B化合物在高溫下發(fā)生顯著的矯頑力下降(典型的Hc溫度系數(shù)為約-0. 6% /°C )。 在超過100°C的溫度范圍內(nèi)難以使用低Hc的磁體。本文中使用的術(shù)語“矯頑力”是指M-H 曲線的矯頑力Hcj，通常簡稱為He。針對該問題最期望的解決方案是改善矯頑力的溫度系數(shù)。然而，實質(zhì)性的改進是困難的，因為這種方案基于磁晶各向異性常數(shù)和居里點，它們是磁性Ndfe14B化合物的固有物理性質(zhì)。其次最佳的改進是用重稀土元素Dy或Tb替代部分Nd以便改善各向異性場(有時稱為Ha)從而提高室溫下的矯頑力He。室溫下的高矯頑力確保即使當暴露于高溫而發(fā)生Hc的下降時，在該溫度下仍維持適于預(yù)期應(yīng)用的Hc水平。不僅用Dy/Tb替代Nd位點， 而且用Al、Cu、GaJr等替代!^e位點對于Hc改善也是有效的。然而這種取代導(dǎo)致的Hc增強效果是有限的。實現(xiàn)與取代量成比例的Hc增強效果的元素限于重稀土元素Dy和Tb。如上所述，重稀土元素Dy和Tb的取代對于Hc增強是非常有效的。然而，由于Nd 和Dy/Tb在相反方向產(chǎn)生磁矩，因此飽和磁化強度(有時稱為Ms)的降低與取代量成比例。 由于Ms降低的發(fā)生是以Hc增強為交換，因此最大能量乘積(有時稱為(BH)max)的降低與 Ms平方(即Ms2)成比例。也就是說，在犧牲Ms時獲得耐熱性。另外，Dy和Tb具有低的卡拉克(Clarke)值，這表明它們的資源量僅僅是Nd的一部分，并且比Nd更稀少。當然，Dy和 Tb礦物的價格是Nd價格的幾倍至十倍。這些礦物的存在極端偏向于一個國家。從價格和資源兩方面來看，Dy和Tb的使用從今往后會成為Nd磁體制造的瓶頸。希望增強Nd磁體的Hc而不取代或添加以Dy和Tb，使得Nd磁體可用于超過100°C 的高溫環(huán)境。能實現(xiàn)該目標的開發(fā)工作是重要的。從組成和工藝兩方面進行了深入研究， 包括取代不同于上面所列出的Al、Cu和( 的元素，燒結(jié)結(jié)構(gòu)的晶粒細化等等，并且目前仍在繼續(xù)進行研究。迄今，在磁體組成中去除Dy/Tb仍不可行，但是已通過若干提議來嘗試節(jié)省Dy/Tb，其中一些正在接近實用水平(W0 2006/64848)。對于Dy/Tb節(jié)省，已知若干不同的提議，但是它們的共同之處是在燒結(jié)磁體的制備和機加工之后，使Dy/Tb從表面沿晶界擴散和滲透到本體中。所得燒結(jié)磁體具有Dy或Tb 僅以高濃度位于主相晶界處或附近的結(jié)構(gòu)，并且Dy或Tb的濃度從表面朝向磁體內(nèi)部逐漸降低。這樣的非平衡結(jié)構(gòu)對于Hc增強是有效的，因為Nd磁體的矯頑力機制是成核生長方式從而Hc由近晶界結(jié)構(gòu)形貌以及主相Iy^e14B組成控制(R是至少一種稀土元素主要包括 Nd，下文簡稱為2-14-1)。盡管對于成核生長機制的任何定量討論仍然是不可能的，但事實上可通過用Dy或Tb僅對近晶界結(jié)構(gòu)進行磁強化來增強He。另外，由于這些元素僅位于晶界附近，與整個合金的取代相比，飽和磁化強度Ms的降低非常小。晶界局域化過程減少了用于獲得相同Hc的Dy或Tb量，達到或低于現(xiàn)有技術(shù)中用于在熔融期間取代整個合金所用 Dy或Tb量的一半。如上所述，從資源節(jié)省和磁增強的角度看，Dy或Tb晶界局域化過程是非常有利的。然而，該過程具有一些問題，這些問題并不關(guān)鍵，但是非常嚴重以致不能被忽略。一個問題是磁體機加工之后必須進行擴散或再處理的額外步驟以便Hc增強。這些增加的步驟數(shù)目當然增加了工藝費用。由于Dy/Tb從磁體表面沿晶界向內(nèi)部擴散，因此在表面和內(nèi)部之間產(chǎn)生所述元素的濃度差，導(dǎo)致Hc在磁體內(nèi)的分布取決于所述元素的分布。例如，如果磁體厚度超過10毫米(mm)，則Dy/Tb的量在磁體中心處可能為零。如果增加擴散處理的溫度和時間以便拉平表面和內(nèi)部之間的濃度分布，則擴散朝向磁體內(nèi)部更深處發(fā)生，但是Dy/ Tb從晶界擴散進入主相2-14-1晶粒內(nèi)部的趨勢變得突出。這在合金制備期間當添加Dy/ Tb時導(dǎo)致相同的情形。因此，可有效進行擴散處理的磁體的厚度最多為幾毫米(mm)。有時認為，在電動機和發(fā)電機情形中，僅在磁體表面附近的Hc增強是令人滿意的，渦流從所述表面流過產(chǎn)生顯著的熱量。Hc在磁體內(nèi)的分布在磁體應(yīng)用中是否成為速率控制因素今后將取決于Nd磁體的使用和數(shù)量。本質(zhì)上希望的是去除Dy/Tb。Nd2Fe14B化合物具有約6. 4MA/m(80k0e)的各向異性場Ha (理論最大矯頑力)。相反，無Dy/Tb的Nd基組成的燒結(jié)磁體具有至多約0. 8MA/m的 He。即，僅獲得了對應(yīng)于理論值的約1/8的He。Nd磁體的Hc的定性描述是，在尺寸為幾微米(μπι)至10 μ m的燒結(jié)主相晶粒邊界附近的最混亂的區(qū)域(缺陷、過渡、非平滑表面等) 在施加逆向磁場時成為逆磁疇的萌芽，并且磁化反轉(zhuǎn)起源于此處。事實上主相的近晶界結(jié)構(gòu)形貌與Hc有關(guān)，然而并不清楚該結(jié)構(gòu)的什么區(qū)域或什么組分是實際Hc的速率控制因素， 盡管迄今已進行了大量的觀察和研究。當然，目前研究集中于控制晶界和其近鄰，以便弄清楚Hc的速率控制因素。該測量/分析問題的難點在于，具有微米量級尺寸的晶粒表面附近的納米量級部分是Hc速率控制因素，在成為Hc的速率控制因素的磁性最弱部分可被確定之前，必須在超過1000倍尺寸的整個表面上進行分析。沒有能夠在納米量級上對具有微米量級尺寸的燒結(jié)顆粒的整個三維表面進行分析的方法。然而，從上面提到的晶界局域化方法的結(jié)果易于認定，通過調(diào)節(jié)Nd磁體晶粒表面附近的結(jié)構(gòu)和組成會改善He。例如，如果獲得1. 6MA/m的Hc (這為理論Ha的約1/4)，則適用于大部分的Nd磁體應(yīng)用。如果獲得2. IMA/m的Hc (這為理論Ha的1/3)，則除特殊的應(yīng)用之外，Dy/Tb添加是不必要的。目前的要求是排除Dy/Tb而不是節(jié)省Dy/Tb。引用文獻列表專利文獻1 JP-A S59-46008專利文獻2 JP-A 2000-245085
專利文獻3 :W0 2006/64848專利文獻4 JP-A 2006-264316專利文獻5 JP-A 2008-133166 (EP 1921638，US 20080101979)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種各向異性的稀土燒結(jié)磁體，該稀土燒結(jié)磁體產(chǎn)生超過 1. 6MA/m的矯頑力而無需重稀土元素Dy和Tb并且也無需限制形狀等；本發(fā)明的目的還在于制備所述稀土燒結(jié)磁體的方法。Nd磁體的矯頑力機制分類為前文所述的成核/生長模式，圖1顯示了永磁體的矯頑力機制如何按初始磁化曲線進行分類。具有如圖IA所示初始磁化曲線的Nd磁體分類為成核/生長模式，正如前面所指出的，并不清楚其定量討論。具有如圖IB所示初始磁化曲線的2-17SmCo磁體分類為疇壁釘扎模式。圖2是Nd燒結(jié)磁體在主相晶界附近的TEM顯微圖。定性而言，認為希望與晶界相IA和IB緊密接觸的2-14-1主相2A、2B和2C的最外層部分的形貌是盡可能平滑且具有最少缺陷的結(jié)構(gòu)。這是因為，如前所述，Nd磁體的矯頑力由主相最外層部分的結(jié)構(gòu)形貌決定。然而，在通過粉末冶金法的Nd磁體實際制造中，不可能有意地控制主相最外層的結(jié)構(gòu)形貌。因此，僅可得到小于各向異性場Ha或者理論矯頑力的一部分的矯頑力He。應(yīng)注意圖2中以3描繪出ZrB析出相。本發(fā)明試圖在不添加Dy和Tb的情況下，通過有意地建立與現(xiàn)有技術(shù)相比更平滑、 更少缺陷狀態(tài)的主相最外層，將NdFeB磁體(Nd磁體)的矯頑力Hc增強到約1. 6Ma/m的水平。當然，本文中可以使用Dy和/或Tb。當添加Dy和/或Tb時，能以少于現(xiàn)有技術(shù)中的量獲得必需的He。在該意義之下，本發(fā)明并不排除Dy和Tb的添加。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過控制Nd磁體的兩個軸(即作為易磁化軸的c軸和作為難磁化軸的a軸)的定向，主相的最外層可具有更平滑、缺陷更少的狀態(tài)。這改善了燒結(jié)晶粒之間的匹配并且建立了比現(xiàn)有技術(shù)更平滑、缺陷更少的晶界鄰近結(jié)構(gòu)。因此可以在不添加Dy 和Tb的情況下制備具有至少1. 6MA/m的Hc的Nd磁體。在一方面，本發(fā)明提供了一種各向異性稀土燒結(jié)磁體，該磁體包含四方Iy^e14B化合物作為主磁性相，其中R是至少一種主要包括Nd的稀土元素，具有兩個定向的晶軸即c 軸和a軸的化合物相晶粒。在優(yōu)選實施方案中，該磁體具有基本由R-R’ -T-M-B和偶存雜質(zhì)構(gòu)成的組成，其中 R是稀土元素，所述稀土元素為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合Y、La、Ce、Pr、Sm、 Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu ；R，是Dy和/或Tb ；T是!^e或者Fe與Co ；M是選自下組中的至少一種元素Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W 禾Π Ta ；這些元素的含量是10原子R彡20原子％，0原子％<R’彡5原子％，0原子彡15 原子％，3原子15原子％，余量的Τ。更優(yōu)選地，所述組成包含的稀土元素R為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合 Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，且該組成不含Dy和Tb，并且該磁體具有至少 1. 6MA/m的矯頑力Hcj。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于制備各向異性稀土燒結(jié)磁體的方法，該各向異性稀土燒結(jié)磁體包含四方Rfe14B化合物作為主磁性相，其中R是至少一種主要包括Nd的稀土元素，該方法包括步驟提供磁體粉末，該磁體粉末包含四方Iy^e14B化合物作為主磁性相，具有兩個晶軸的化合物相晶粒，所述兩個晶軸即作為易磁化軸的c軸和作為難磁化軸的a軸；緊壓該粉末同時跨該粉末施加第一磁場以便使c軸定向在該磁場方向上，并且施加與第一磁場基本上正交的第二磁場以便使a軸定向；和燒結(jié)所得壓坯以便形成其中c軸和a軸被定向的燒結(jié)磁體。優(yōu)選地，第一磁場是靜磁場而第二磁場是脈沖磁場。所述磁體組成的優(yōu)選實施方案也適用于該方法。發(fā)明的有益效果通過在磁場內(nèi)壓制步驟中施加磁場時控制Nd磁體粉末的主相晶粒的兩個軸(即作為易磁化軸的c軸和作為難磁化軸的a軸)的定向，能夠制備具有兩個定向的軸的燒結(jié)體。認為由于使燒結(jié)晶粒的兩個軸即c軸和a軸定向，這些晶粒通過非磁性晶界相平滑結(jié)合，由此使得晶界鄰近形貌平滑。作為結(jié)果，能夠建立至少1. 6MA/m的Hc而無需添加Dy和 / 或 Tb。


圖1圖解說明了初始磁化曲線，圖IA顯示了成核生長模式的矯頑力機制而圖IB 顯示了疇壁釘扎模式的矯頑力機制。圖2是NdFeB燒結(jié)磁體的TEM顯微圖，顯示了其晶體結(jié)構(gòu)。圖3說明了通過粉末冶金法制備稀土燒結(jié)磁體的過程，圖3A是本發(fā)明的過程而圖 3B是現(xiàn)有技術(shù)的過程。圖4是雙軸磁場定向的示意圖，圖4A顯示了磁場施加方向而圖4B顯示了施加脈沖磁場時一串磁性顆粒的釘扎狀態(tài)。
具體實施例方式圖3A說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案制備稀土燒結(jié)磁體的過程。圖:3B說明了通過通常的粉末磁場取向法的磁體制備過程。首先，本發(fā)明中使用的磁體組成可以在通常已知的范圍內(nèi)，具體而言為R-R，-T-M-B組成，其中R是稀土元素，所述稀土元素為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合:Y> La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu ；R，是Dy和/或 Tb ；T是Fe或者Fe與Co ；M是選自下組中的至少一種元素Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、 Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W和Ta ；這些元素的含量是10原子R彡20原子％， 0原子％<R’ < 5原子％，0原子彡15原子％，3原子彡15原子％，余量的 T。該組成可包含偶存雜質(zhì)。希望R包含至少50原子％、更希望90-100原子％的Nd。更優(yōu)選的范圍是12原子R彡16原子％，0原子R’彡3原子％，0. 005原子M彡1 原子％，5.5原子％彡B彡8.5原子％。最優(yōu)選的是不含R’(Dy和/或Tb)且主磁性相為 R2Fe14B的化合物，其中R的定義如上。使用含上述元素的組分，通過任何常規(guī)方法例如粉末冶金法和帶坯連鑄來制備組成在上述范圍內(nèi)的合金。在顎式破碎機或布朗磨機上或者通過氫爆碎將該合金粗粉碎，并在球磨機或噴射磨機上細磨，獲得由尺寸為單晶尺寸量級的顆粒組成的NdFeB細粉末(平均顆粒尺寸為2-8 μ m,簡稱為“Nd細粉末”)。使該Nd細粉末經(jīng)受本發(fā)明特有的定向和壓制步驟，其中使c軸定向在一個磁場方向上并且使磁場取向在垂直于c軸的a軸。由此使粉末在壓力下成型為生壓坯。然后在真空或惰性氣體中在1000-1200°C、典型約1100°C的溫度下燒結(jié)該壓坯 0.5-5小時，從而獲得高密度燒結(jié)體。在燒結(jié)后或者相繼于燒結(jié)，在惰性氣氛中(例如氮氣或氬氣)在低于燒結(jié)溫度的適宜溫度下、特別是300-60(TC、典型為約500°C下進行熱處理持續(xù)0. 5-5小時以便改善He。對該燒結(jié)體進行機加工和磁化，獲得其中磁通從取向的C面出來的磁體。在幾乎所有的磁體應(yīng)用中，均利用來自于C面的磁通。在實踐中并不利用垂直于此的平面，其為難軸方向。因此在現(xiàn)有技術(shù)中根本沒有認識到必須控制難軸的方向。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，雙軸定向?qū)τ诟纳茻Y(jié)晶粒之間的匹配、平滑晶界鄰近結(jié)構(gòu)和增強Hc是有效的。由于作為Nd磁體主相的NdJe14B相具有四方結(jié)構(gòu)，控制兩個晶體軸(a軸和垂直于其的c軸)的定向與三軸的定向相同。在不僅c軸方向而且a軸被定向的雙軸定向磁體中，燒結(jié)晶粒之間的晶體學(xué)匹配得到顯著改善。尺寸為約4-5 μ m的單晶晶粒通過非磁性相 (晶界相)結(jié)合形成偽單晶燒結(jié)體。借助富R的非磁性晶界相，主相邊界變得平滑或平坦。 這樣的平滑界面有效地起作用從而將如下文所述增強矯頑力He。這是從Hc增強的結(jié)果導(dǎo)出的，因為尚未明確地確定Hc增強與晶粒界面的定量關(guān)系，如背景技術(shù)部分中所述。兩個軸即c軸和a軸的定向意味著存在c軸定向疇和a軸定向疇。現(xiàn)在描述如何依照本發(fā)明施加磁場。在磁場定向步驟中，不但使作為2-14-1主相易磁化軸的c軸定向，而且使作為難磁化軸的a軸定向。使兩個或更多軸定向的一種示例性方法是通過向非磁性陶瓷粉末施加旋轉(zhuǎn)磁場(專利文獻4)。這種方法利用了根據(jù)沿軸的磁化率差異而不同的對磁場的弛豫響應(yīng)。通常，通過如下方式實現(xiàn)兩軸或三軸定向在溶劑中分散細顆粒以形成漿料，和然后跨所述漿料簡單施加旋轉(zhuǎn)磁場，或在各軸方向上改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度以便確保在定向弛豫時間內(nèi)的磁場施加。然而，該旋轉(zhuǎn)磁場方法并不適用于包括Nd磁體粉末在內(nèi)的磁體粉末。當跨Nd磁體粉末施加磁場以便在c軸方向上磁化顆粒時，N極和S極被吸引在一起從而形成一串連續(xù)結(jié)合的顆粒。通常，當取出一個磁化顆粒時，靜磁能增加，因此其狀態(tài)是亞穩(wěn)的，但是在能量上是不利的。另一方面，當磁化顆粒被連續(xù)結(jié)合形成串時靜磁能顯著減小，導(dǎo)致非常穩(wěn)定的狀態(tài)。這是因為磁性粉末內(nèi)的去磁化場顯著減小。在所述成串磁性顆粒狀態(tài)下，當采取打斷初始施加的靜磁場并再次以不同方向施加磁場的措施時，要求一旦消除能量穩(wěn)定的成串狀態(tài)，便使顆粒再次結(jié)合成串。即，在與初始施加的靜磁場方向不同的方向上的移動被抑制。換而言之，更長的弛豫時間被用于重新排列。另一方面，在Nd磁體粉末中，c軸(其為易磁化軸)方向上的磁化率Χ c遠大于a軸(其為難磁化軸)方向上的xa，即Xc >> Xa0相應(yīng)地，用于使c軸在磁場方向上取向的轉(zhuǎn)矩非常高，并且弛豫時間短。重新取向的狀態(tài)取決于這些作用的競爭。在Nd磁體粉末中，由于傾向于使易磁化的c軸在磁場方向上取向的磁化轉(zhuǎn)矩高，因此必須增加旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，這是難以控制的。因此，通過現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場取向方法的雙軸定向較不適合于磁體粉末。根據(jù)本發(fā)明，沿磁體合金主相的兩個軸施加磁場。首先，如圖4A所示，跨堆積在模具中的Nd粉末形體施加靜磁場，由此使磁性顆粒10的易磁化c軸定向在該磁場方向。施加該磁場使得c軸方向的定向可以發(fā)生在原生磁場強度為0. 5-5T的靜磁場下。使c軸定向后，在大致垂直于所述靜磁場的方向上重疊施加另一磁場(參見圖4A)。該垂直磁場可以是靜磁場或者是脈沖磁場，從難軸定向的角度看優(yōu)選脈沖磁場。即使當在垂直方向上施加脈沖磁場時，定向的磁性粉末10(其已經(jīng)形成處于靜磁場取向狀態(tài)的結(jié)合顆粒串)在兩個磁場的合成方向上幾乎不發(fā)生再定向(參見圖4B)。這是因為成串磁性顆粒的再定向的弛豫時間長并且因為所述顆粒串被固定在靜磁場方向上。由于脈沖磁場的施加時間短于再定向的弛豫時間，因此不發(fā)生成串磁性顆粒在合成磁場方向上的再定向。然而，在所述串結(jié)合狀態(tài)下，個體磁性顆粒在所述垂直取向平面上的旋轉(zhuǎn)是容易的。這是因為個體磁性顆粒的旋轉(zhuǎn)幾乎不引起對成串狀態(tài)靜磁能的改變。這時，在垂直方向上重疊施加脈沖磁場允許細顆粒在Nd磁體粉末的C面內(nèi)旋轉(zhuǎn)(即a軸定向)。即，c軸和a軸的雙軸定向是可能的。所述靜磁場和脈沖磁場兩者優(yōu)選具有0. 5-5T的強度，更優(yōu)選1-5T，且更加優(yōu)選 1-2. 5T (在脈沖磁場情形中為峰值)，然而定向可發(fā)生在甚至低于上述范圍的強度下。如果用于在a軸方向上定向的脈沖磁場的峰值小于0. 5T，這時a軸定向的程度可能逐漸降低。 對于靜磁場，施加時間優(yōu)選為0. 5-180秒。脈沖磁場可具有100微秒至1秒的上升時間，特別是1至100毫秒。小于100微秒的上升時間(其中可發(fā)生磁性顆粒旋轉(zhuǎn))是不期望的， 因為脈沖磁場幾乎不能穿透堆積有磁性粉末的模具?？梢砸远鄠€脈沖施加該脈沖磁場以便增加定向程度。然而，由于充電操作是耗時的，因此脈沖數(shù)目可取決于生產(chǎn)率與定向程度之間的折衷。對于靜磁場和脈沖磁場的時機選擇(timing)，其足以使靜磁場領(lǐng)先于脈沖磁場。 可接受的是基本上同時施加這些磁場。盡管可以在垂直方向施加靜磁場而不是脈沖磁場， 然而施加這種磁場耗費的時間長于脈沖磁場并且在c軸定向方向上引起一些影響。因此， 更希望脈沖磁場。所施加的磁場的持續(xù)時間可在100微秒至1秒的范圍內(nèi)選擇，然而并不特別限制。脈沖數(shù)目可根據(jù)需要在1-100、特別是1-20的范圍內(nèi)選擇。雙軸定向之后是如同常規(guī)粉末燒結(jié)過程中的壓制、燒結(jié)、機加工和涂覆步驟，產(chǎn)生燒結(jié)磁體。該過程成功地生產(chǎn)出雙軸定向的燒結(jié)磁體而不向粉末冶金過程增加任何額外步驟。僅必須對典型具有電磁體或超導(dǎo)磁體的磁場定向/壓制設(shè)備在垂直方向上另外配備脈沖磁場線圈。還可以使用脈沖磁場用于c軸定向。這是相對于常規(guī)過程的唯一額外因素。 脈沖線圈可位于取向電磁體的垂直方向上，這僅要求對常規(guī)磁場壓制設(shè)備的微小改動。由于可以在磁性粉末成型/堆積步驟期間進行產(chǎn)生脈沖磁場的電容器的充電，因此粉末成型所需時間與現(xiàn)有技術(shù)過程相當。實施例下面給出實施例以便進一步說明本發(fā)明，然而本發(fā)明并不受限于此。實施例1-11稱取Nd金屬、電解鐵、硼鐵和添加劑元素(包括額外的稀土金屬)的量以便滿足表1所示的組成。將起始材料裝入氧化鋁坩堝并放入高頻熔融爐，在其中制備NdFeB合金。 在顎式破碎機和布朗磨機上粗粉碎該合金，并在使氧化最小化的條件下于噴射磨機上將所述合金研磨成平均顆粒尺寸為3μπι的NdFeB細顆粒。將所述細粉末裝入壓力機中。在由靜磁場線圈和脈沖磁場線圈施加磁場以便進行雙軸磁場定向的同時，在1. 2t/cm2的壓力下緊壓所述粉末，形成雙軸定向的壓坯。所述靜磁場具有1. 5T的強度并且持續(xù)30秒的時間。 垂直的脈沖磁場具有2T的峰值強度，在峰值磁場之前的上升時間是10毫秒，并且脈沖計數(shù)為1。在Ar氣氛中于約1100°C的最佳燒結(jié)溫度下燒結(jié)該壓坯1小時并隨后在400-500°C下進行熱處理。通過BH描繪器來測量燒結(jié)體的磁性能，結(jié)果示于表1中。除將垂直脈沖磁場的峰值強度改變?yōu)镮T和3T之外，在與上述相同的條件下類似地制備具有表1中實施例8的組成的燒結(jié)磁體。這些燒結(jié)磁體的磁性能也以實施例10和 11記錄在表1中。從表1可以看出，即使無Dy/Tb的組成也具有超過1. 6MA/m的矯頑力He。含Dy/ Tb組成的雙軸定向磁體表現(xiàn)出更高的矯頑力He。在所有組成中均存在鋁，因為它是從起始的硼鐵而順帶引入的，這意味著鋁不是必要元素。燒結(jié)體的C面和垂直面上的X射線衍射 (CuKa)分析給出了衍射圖，其中歸因于C面反射的(001)峰以及歸因于A面反射的(h00) 峰是顯著的，這證實作為主相的2-14-1相是四方相并且在兩個軸即a軸和c軸上定向。比較例1-3除了按現(xiàn)有技術(shù)那樣在1. 5T的靜磁場中沿c軸對細粉末進行單軸定向之外，在相同條件下類似地制備具有表1中的實施例2、5和9組成的燒結(jié)磁體。這些燒結(jié)磁體的磁性能記錄在表2中。在X射線衍射分析時，沒有觀察到來自于與C面垂直的面的(h00)反射。 顯然，它們表現(xiàn)出比雙軸定向磁體更低的Hc。表 1磁體組成和矯頑力(Hcj)組成式(U，Ja (Fe1^zAlyMz) bBc(a、b和c以原子％表示)
權(quán)利要求
1.一種各向異性稀土燒結(jié)磁體，該磁體包含四方Iy^e14B化合物作為主磁性相，其中R 是至少一種主要包括Nd的稀土元素，具有兩個定向的晶軸即c軸和a軸的化合物相晶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁體，該磁體具有基本由R-R’_T-M-B和偶存雜質(zhì)構(gòu)成的組成，其中R是稀土元素，所述稀土元素為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合Y、La、Ce、Pr、Sm、 Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu ；R，是Dy和/或Tb ；T是!^e或者!^e與Co ；M是選自下組中的至少一種元素Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W 禾口 Ta ； 并且這些元素的含量是10原子20原子％，0原子R’ < 5原子％，0原子％ ^M^ 15原子％，3原子彡15原子％，余量的T。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁體，其中所述組成包含的稀土元素R為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，且該組成不含Dy和Tb，并且該磁體具有至少1. 6MA/m的矯頑力Hcj。
4.一種用于制備各向異性稀土燒結(jié)磁體的方法，該各向異性稀土燒結(jié)磁體包含四方 R2Fe14B化合物作為主磁性相，其中R是至少一種主要包括Nd的稀土元素，該方法包括步驟提供磁體粉末，該磁體粉末包含四方Iy^e14B化合物作為主磁性相，具有兩個晶軸即作為易磁化軸的c軸和作為難磁化軸的a軸的化合物相晶粒；緊壓該粉末同時跨該粉末施加第一磁場以便使c軸定向在該磁場方向上，并且施加與第一磁場基本上正交的第二磁場以便使a軸定向；和燒結(jié)所得壓坯以便形成其中c軸和a軸被定向的燒結(jié)磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中第一磁場是靜磁場而第二磁場是脈沖磁場。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中該磁體具有基本由R-R’-T-M-B和偶存雜質(zhì)構(gòu)成的組成，其中R是稀土元素，所述稀土元素為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合Y、La、Ce、 Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb 禾口 Lu ;R，是 Dy 禾口 / 或 Tb ；T 是 Fe 或者 Fe 與 Co ；M 是選自下組中的至少一種元素Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W 和Ta ；并且這些元素的含量是10原子R彡20原子％，0原子R’彡5原子％，0原子彡15原子％，3原子彡15原子％，余量的T。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述組成包含的稀土元素R為Nd或Nd與選自下組中至少一種的組合Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，且該組成不含Dy和Tb，并且該磁體具有至少1. 6MA/m的矯頑力Hcj。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種各向異性稀土燒結(jié)磁體及制備方法。本發(fā)明的各向異性稀土燒結(jié)磁體具有四方R2Fe14B化合物作為主磁性相，其中R是Nd或Nd與至少一種稀土元素的混合物。該化合物相的晶粒具有兩個定向的晶軸即c軸和a軸。該雙軸定向的磁體表現(xiàn)出至少1.6MA/m的矯頑力Hc。
文檔編號H01F7/02GK102468027SQ20111033185
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者大橋健 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社