專利名稱：ThMn12型軟磁材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻軟磁材料，以及由這種材料制備的復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明 的材料是一種具有平面各向異性的ThMnl2型稀土磁性材料。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的高頻軟磁材料多為鐵氧體材料，如中國(guó)發(fā)明專利01120531. 8所公 開的內(nèi)容?，F(xiàn)有技術(shù)中也有采用稀土鐵基軟磁金屬玻璃的，如中發(fā)明專利02104348. 5所 公開的內(nèi)容；中國(guó)發(fā)明專利99124006. 5公開了在Fe-Co-Ni合金系內(nèi)，選擇a-Y相界 線附近的化學(xué)成分，并添加適量合金元素Nb和稀土，真空冶煉、澆鑄成型后采用兩次熱處 理的方法，得到以a相為主晶相，并含適量Y相的雙鐵磁性相軟磁合金；中國(guó)發(fā)明專利 99801411. 7公開了一種軟磁鐵-鎳-合金，其具有35至65重量％的鎳和一種或多種稀土金 屬鈰、鑭、鐠、釹以及熔化條件下的夾雜，其中，稀土金屬的總量是0. 003至0. 05重量％ ;中 國(guó)發(fā)明專利98103995. 2公開的電磁屏蔽和磁屏蔽用的軟磁合金粉末的基本組成(重量％) 是，Cr :0. 5 2. 0%，Si :0. 001 0. 5% . Al :0.01 20%，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)， 其制備方法是在磨碎機(jī)中扁平化，以30重量％以上的含量添加在基體材料中，含量最好盡 可能地高，并處理形成片和模制品；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200710047207. 4公開一種制備高頻 用含氧軟磁薄帶的方法，其特征在于，包括如下步驟A.采用中頻感應(yīng)加熱法制備F MyBmOn 母合金，其中M選自Zr、 Nb、 Ti、 V、 Cr中的一種，55《x《65， 10《y《20， 5《m《10， 10《n《30 ;B.將母合金切割成塊狀，封裝入套有石英玻璃管的氧化鋯坩堝內(nèi)，進(jìn)行真空 處理；C.使用中頻感應(yīng)加熱石英管中的母合金，待合金熔融完全后，向石英管中通入氬氣， 采用單輥熔體旋冷的方法噴制F MyBmOn薄帶；D.對(duì)薄帶進(jìn)行去應(yīng)力退火處理；中國(guó)發(fā)明專 利申請(qǐng)200710156841. 1公開的軟磁磁粉及其制造方法，包括由Fe基、Fe-Si基、Fe-B基、 Fe-Si-B基、Fe-Al-B基中的一種或多種構(gòu)成的主相和鑲嵌于主相中的由Fe、 C、 Cu、 Nb、 Zr、 Hf中的一種或多種構(gòu)成的非晶相組成的納米晶粉末。 近年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)，手機(jī)，和網(wǎng)絡(luò)等設(shè) 備(系統(tǒng))已廣泛應(yīng)用于信息的產(chǎn)生、傳輸、接收、存儲(chǔ)等處理過程，而這些設(shè)備在使用時(shí)會(huì) 產(chǎn)生電磁干擾以及電磁輻射。為了有效地減少和消除電磁干擾及電磁輻射，需要材料有較 高的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率。而目前廣泛使用的鐵氧體材料有頻帶狹窄，密度大，在高頻復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率低 等缺點(diǎn)。雖然金屬軟磁材料由于具有高的傳導(dǎo)系數(shù)和在電磁波中容易因渦流損耗而導(dǎo)致高 頻軟磁性能降低，不利于在高頻得到高的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，而且這方面的材料相對(duì)較少，特別是 在現(xiàn)階段可適用于lGHz甚至更高工作頻率的軟磁材料更少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種新型的能在高頻(> lGHz)保持高的磁導(dǎo)率以及寬的共振頻 率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大范圍頻段內(nèi)的電磁屏蔽和降低信號(hào)噪聲的高頻軟磁材料，以及這種材料 的制備工藝，本發(fā)明同時(shí)提供用這種材料制備復(fù)合材料的方法。
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本發(fā)明是一種由ThMnl2型金屬間化合物構(gòu)成軟磁材料，其材料為15% 24WX的 稀土元素、60 85WX的鐵或/和鈷，以及3X 14WX的釩或鉬或鈦中的任一種元素或者 任兩種元素的組合構(gòu)成，且材料的易磁化方向與C軸垂直的合金粉末。需特別說明的是當(dāng) 組成比例符合前述要求但其易磁化方向與C軸不垂直的材料不具有本發(fā)明的磁學(xué)特性。
本發(fā)明的軟磁材料優(yōu)選成份為16. 7WX的釹、49WX的鐵、25WX的鈷，以及9. 4W% 的釩，或者優(yōu)選成份13. 7W%的鐠、59. 8W%的鐵、26. 5W%的鉬，或者為10. 5W%的釹、 80. 4WX的鈷、9. 1WX的釩。 本發(fā)明的軟磁材料制備方法是將各組份元素熔煉為合金，再將合金加熱充分進(jìn)行 均勻化處理，經(jīng)均勻化處理后的合金粉碎研磨成細(xì)小的顆粒后，再進(jìn)行球磨處理，得到粒度 小于10微米的粉末。 本發(fā)明的軟磁材料制備方法中，在球磨時(shí)加入合金質(zhì)量百分之一的酞酸酯偶聯(lián)劑 和用于稀釋偶合劑的溶劑正己烷，并使偶聯(lián)劑充分與合金表面接觸，如采用超聲振蕩的方 法。本發(fā)明所用的稀釋偶合劑的溶劑正己烷的量沒有限制，根據(jù)實(shí)際使用的情況，只要所用 的正己烷能在超聲過程中將超聲探頭完全浸沒即可。 用本發(fā)明的ThMnl2型軟磁材料制備高頻軟磁復(fù)合材料的方法是先在粉末中加入 用正己烷稀釋了的鈦酸酯偶聯(lián)劑，其中所用鈦酸酯的質(zhì)量為粉末質(zhì)量的百分之一，將所述 的材料放入未固化的粘結(jié)材料中，經(jīng)充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具內(nèi)，將 模具置于磁場(chǎng)中，同時(shí)使模具在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，如此對(duì)材料進(jìn)行取向處理直到粘結(jié)材料固化。 本發(fā)明的粘結(jié)材料為樹脂或石蠟，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材料。 本發(fā)明制備高頻軟磁復(fù)合材料的方法中，取向處理時(shí)所用的磁場(chǎng)為10—4 IOT，模 具旋轉(zhuǎn)速度為1 200轉(zhuǎn)/分。 經(jīng)本發(fā)明的處理所得到磁性材料能在高頻(> lGHz)保持高的磁導(dǎo)率以及寬的共 振頻率，可用于屏蔽和消除電磁干擾，滿足現(xiàn)代儀器對(duì)小型化、集成化和高效率的要求以及 隱身技術(shù)和儀器儀表等領(lǐng)域。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的材料在取向前后XRD衍射譜圖。
附圖2為附圖1所示材料在取向前后復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率與頻率關(guān)系圖。
附圖3為實(shí)施例2的材料在取向前后復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率與頻率關(guān)系圖。
附圖4為實(shí)施例3材料在取向前后復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率與頻率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案是 1、將稀土和鐵、鈷、釩或鉬、硅、鈦元素按比例熔煉成鑄錠，在IOO(TC均勻化處理一 周以上，然后保護(hù)劑保護(hù)下粉碎成粉末。 2、將稀土金屬間化合物粉末與體積比為1 9 : 9 1的未固化的粘結(jié)材料混合 均勻后放入非磁性材料制作的模具內(nèi)，置于10—4 IOT(特斯拉)的磁場(chǎng)中，同時(shí)模具在磁 場(chǎng)中以1 200轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，持續(xù)時(shí)間至少1分鐘后再使粘結(jié)材料固化。
本發(fā)明優(yōu)選的材料制備方法中稀土金屬間化合物粉末與未固化時(shí)的粘結(jié)材料混
4合的比例為體積比為3 1 : 7 i。 本發(fā)明優(yōu)選的材料制備方法是模具放置于0.8 1.2T(特斯拉)的磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí) 間為15分鐘以上后使材料固化。
以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例1 稱取1. 50g釹和3. 91g鐵，以及1. 02g釩和1. 77g鈷，在氬氣保護(hù)下在電弧爐中熔 煉成鑄錠，然后放入真空石英管中在95(TC下保溫均勻化處理一周。將均勻化處理的鑄錠 用瑪瑙研缽研磨成大約50微米的顆粒，然后將顆粒放入瑪瑙球磨罐中加入100ml正己烷和 0. 2ml酞酸酯偶聯(lián)劑在行星式球磨機(jī)上磨制成10微米以下粉粒，球磨中，球料的質(zhì)量比為 20 : 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間設(shè)定為12h。最后將樣品取出烘干，其結(jié)果如圖 一所示。由圖1可見，取向前，樣品的特征峰很明顯，由此可知該樣品為ThMnl2結(jié)構(gòu)，并且 樣品中沒有其他的雜相。取向后樣品(002)， (004)峰明顯加強(qiáng)，(301)， (400)峰明顯減弱 甚至消失，說明該樣品為平面各向異性的材料。 將經(jīng)球磨后的粉粒中加入異丙醇稀釋了的鈦酸酯偶聯(lián)劑，其中鈦酸酯的質(zhì)量為樣 品質(zhì)量的百分之一，攪拌超聲30分鐘，烘干。超聲后將樣品與用正己烷溶解了的石蠟以體 積比為35 : 65攪拌混合均勻，在液體揮發(fā)、混合物凝固后，將其置入非磁性材料制備的模 具(模具的內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm)內(nèi)，樣品與模具同時(shí)被加熱后，將模具放入磁場(chǎng) 內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場(chǎng)大小為0. 8 1. 2T(特斯拉)，旋轉(zhuǎn)的速度約為120轉(zhuǎn)/分，持續(xù)約30分 鐘后，在一定的壓力下壓制得到內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品。為 便于對(duì)比，同時(shí)制備不經(jīng)磁場(chǎng)處理的對(duì)比樣品，同樣壓成內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚 度為2-3mm環(huán)狀樣品。將所得的兩份測(cè)試樣品在安捷倫E8363B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測(cè)量其 微波磁性。實(shí)測(cè)所得結(jié)果見圖二。由圖2可見，未取向與取向樣品都具有較高的磁導(dǎo)率和 共振頻率，取向以后的樣品，由于磁矩更好的分布在環(huán)面內(nèi)部，其起始磁導(dǎo)率會(huì)較未取向的 樣品有一定的提高。這樣可以進(jìn)一步提高樣品的性能。
實(shí)施例2 稱取1. 49g鐠和5. 58g鐵，以及1. 92g鉬，在氬氣保護(hù)下在電弧爐中熔煉成鑄錠， 然后放入真空石英管中在95(TC下保溫均勻化處理一周。將均勻化處理的鑄錠用瑪瑙研缽 研磨成大約50微米的顆粒，然后將顆粒放入瑪瑙球磨罐中加入100ml正己烷和0. 2ml酞酸 酯偶聯(lián)劑在行星式球磨機(jī)上磨制成10微米以下粉粒，球磨中，球料的質(zhì)量比為20 : l，球磨 機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間設(shè)定為12h。最后將樣品取出烘干。 在球磨后的粉粒中加入異丙醇稀釋了的鈦酸酯偶聯(lián)劑，其中鈦酸酯的質(zhì)量為樣品 質(zhì)量的百分之一，攪拌超聲30分鐘，烘干。超聲后將樣品與用正己烷溶解了的石蠟以體積 比為35 : 65攪拌混合均勻，在液體揮發(fā)、混合物凝固后，將其置入非磁性材料制備的模具 (內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm)內(nèi)，樣品與模具同時(shí)被加熱后，將模具放入磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)取 向，磁場(chǎng)大小為0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋轉(zhuǎn)的速度約為120轉(zhuǎn)/分，持續(xù)約30分鐘后，在一 定的壓力下壓制得到內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品。為便于對(duì)比， 同時(shí)制備不經(jīng)磁場(chǎng)處理的對(duì)比樣品，同樣壓成內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm 環(huán)狀樣品。將所得的兩份測(cè)試樣品在安捷倫E8363B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測(cè)量其微波磁性。實(shí) 測(cè)所得結(jié)果見圖三。由圖3可見，未取向與取向樣品都具有較高的磁導(dǎo)率和共振頻率，取向以后的樣品，由于磁矩更好的分布在環(huán)面內(nèi)部，其起始磁導(dǎo)率會(huì)較未取向的樣品有一定的提高。這樣可以進(jìn)一步提高樣品的性能。
實(shí)施例3 稱取0. 98g釹和5. 89g鈷(純度0. 9999)以及1. 02g釩，在氬氣保護(hù)下在電弧爐中熔煉成鑄錠，然后放入真空石英管中在95(TC下保溫均勻化處理一周。將均勻化處理的鑄錠用瑪瑙研缽研磨成大約50微米的顆粒，然后將顆粒放入瑪瑙球磨罐中加入100ml正己烷和0. 2ml酞酸酯偶聯(lián)劑在行星式球磨機(jī)上磨制成10微米以下粉粒，球磨中，球料的質(zhì)量比為20 : 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間設(shè)定為12h。最后將樣品取出烘干，其結(jié)果如圖一所示。 在球磨后的粉粒中加入異丙醇稀釋了的鈦酸酯偶聯(lián)劑，其中鈦酸酯的質(zhì)量為樣品質(zhì)量的百分之一，攪拌超聲30分鐘，烘干。超聲后將樣品與用正己烷溶解了的石蠟以體積比為35 : 65攪拌混合均勻，在液體揮發(fā)、混合物凝固后，將其置入非磁性材料制備的模具(內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm)內(nèi)，樣品與模具同時(shí)被加熱后，將模具放入磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場(chǎng)大小為0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋轉(zhuǎn)的速度約為120轉(zhuǎn)/分，持續(xù)約30分鐘后，在一定的壓力下壓制得到內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品。為便于對(duì)比，同時(shí)制備不經(jīng)磁場(chǎng)處理的對(duì)比樣品，同樣壓成內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品。將所得的兩份測(cè)試樣品在安捷倫E8363B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測(cè)量其微波磁性。實(shí)測(cè)所得結(jié)果見圖四。由圖4可見，未取向與取向樣品都具有較高的磁導(dǎo)率和共振頻率，取向以后的樣品，由于磁矩更好的分布在環(huán)面內(nèi)部，其起始磁導(dǎo)率會(huì)較未取向的樣品有一定的提高。這樣可以進(jìn)一步提高樣品的性能。
權(quán)利要求
ThMn12型軟磁材料，其特征是材料為15％～24W％的稀土元素、60～85W％的鐵或/和鈷，以及3％～14W％的釩或鉬或鈦中的任一種元素或者任兩種元素的組合構(gòu)成的，且材料的易磁化方向與C軸垂直的合金粉末。
2. 權(quán)利要求1所述的ThMnl2型軟磁材料，其特征是材料為16. 7W%的釹、49WX的鐵、 25WX的鈷，以及9. 4WX的釩構(gòu)成的合金的粉末。
3. 權(quán)利要求1所述的ThMnl2型軟磁材料，其特征是材料為13. 7WX的鐠、59. 8WX的 鐵、26. 5WX的鉬構(gòu)成的合金的粉末。
4. 權(quán)利要求1所述的ThMnl2型軟磁材料，其特征是材料為10. 5W%的釹、80. 4W%的 鈷、9. 1WX的釩構(gòu)成的合金的粉末。
5. 權(quán)利要求1至4所述的任一種軟磁材料的制備方法，其特征是將各組份元素熔煉為 合金，再將合金加熱充分進(jìn)行均勻化處理，經(jīng)均勻化處理后的合金粉碎研磨成細(xì)小的顆粒 后，再進(jìn)行球磨處理，得到粒度小于10微米的粉末。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟磁材料制備方法，其特征是在球磨時(shí)加入合金質(zhì)量百分之 一的酞酸酯偶聯(lián)劑和用于稀釋偶合劑的溶劑正己烷，并使偶聯(lián)劑充分與合金表面接觸。
7. 用權(quán)利要求1至4所述的任一 ThMnl2型軟磁材料制備高頻軟磁復(fù)合材料的方法，其 特征是先在粉末中加入用正己烷稀釋了的鈦酸酯偶聯(lián)劑，其中所用鈦酸酯的質(zhì)量為粉末質(zhì) 量的百分之一，將所述的材料放入未固化的粘結(jié)材料中，經(jīng)充分混合均勻后再放入非磁性 材料制作的模具內(nèi)，將模具置于磁場(chǎng)中，同時(shí)使模具在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，如此對(duì)材料進(jìn)行取向處 理直到粘結(jié)材料固化，這里所述的粘結(jié)材料為樹脂或石蠟，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材 料。
8. 權(quán)利要求7所述的制備高頻軟磁復(fù)合材料的方法，其特征是取向處理時(shí)磁場(chǎng)為 10—4 IOT，模具旋轉(zhuǎn)速度為1 200轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能在高頻(≥1GHz)保持高的磁導(dǎo)率以及寬的共振頻率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大范圍頻段內(nèi)的電磁屏蔽和降低信號(hào)噪聲的，具有平面各向異性的ThMn12型高頻軟磁材料，以及由這種材料制備的復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的材料為15％～24W％的稀土元素、60～85W％的鐵或/和鈷，以及3％～14W％的釩或鉬或鈦中的任一種元素或者任兩種元素的組合構(gòu)成，且材料的易磁化方向與C軸垂直的合金粉末。
文檔編號(hào)C22C38/10GK101707108SQ20091020870
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月25日
發(fā)明者伊海波, 劉忻, 左文亮, 李發(fā)伸 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)