專利名稱：制備稀土燒結(jié)磁體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備稀土燒結(jié)磁體的方法。
通過(guò)將稀土合金破碎成合金粉末、在磁場(chǎng)下壓制合金粉末獲得壓坯(作為壓制體)以及隨后在燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)壓坯來(lái)制備稀土燒結(jié)磁體。如果包含在R-T-(M)-B型磁體中的稀土元素、比如釹(Nd)在燒結(jié)過(guò)程中氧化，所獲得的磁性能會(huì)顯著惡化。因此，為了避免不利的氧化，燒結(jié)爐內(nèi)的氣氛通常為真空，或者是Ar、He或任何其它惰性氣體的負(fù)壓惰性氣氛。在燒結(jié)多個(gè)壓坯時(shí)，將這些壓坯裝入密封的燒結(jié)箱內(nèi)(也叫做“燒結(jié)包”)，然后整體加熱包括這些壓坯的燒結(jié)箱以提高生產(chǎn)率。另外，當(dāng)同時(shí)燒結(jié)大量的壓坯時(shí)，使用裝有類似擱板堆放的許多燒結(jié)基板的燒結(jié)箱。在此情形下，將壓坯排列在燒結(jié)基板上，隨后將這些板如同擱板一樣儲(chǔ)放在燒結(jié)箱內(nèi)。
例如，可加工成發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體的壓坯95如圖3A和3B所示排列于燒結(jié)箱9內(nèi)側(cè)后被燒結(jié)。
在圖3A和3B所示的實(shí)施例中，燒結(jié)箱9包括底部容器90和與底部容器90相配合的蓋92。底部容器90包括底板90a和側(cè)壁90b。在底部容器90內(nèi)，垂直堆放了許多燒結(jié)基板94，隔板96提供基板之間預(yù)定的間隙。在燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)箱9被加熱到比如約1000℃或更高的高溫。因此，底部容器90和蓋92均由高耐熱性材料制成(例如，鉬或SUS310)。
底部容器90的側(cè)壁90b包圍燒結(jié)基板94的外圍，并且側(cè)壁的上邊緣支撐其上的蓋92。側(cè)壁90b所包圍的空間(即，儲(chǔ)藏空間)其水平尺寸(即，寬度)比燒結(jié)基板94的寬度略大。其差別為幾個(gè)毫米至幾個(gè)厘米級(jí)。無(wú)論如何，此燒結(jié)箱9的設(shè)計(jì)應(yīng)使得燒結(jié)基板94和側(cè)壁90b之間有窄的間隙。采用此窄的間隙以盡可能有效地在燒結(jié)箱9內(nèi)同時(shí)儲(chǔ)放最大可能數(shù)量的壓坯95。這是因?yàn)椋g隙越窄，燒結(jié)基板94的寬度可越大。另外，當(dāng)燒結(jié)基板94和側(cè)壁90b之間的間隙很小時(shí)，即使燒結(jié)箱9在比如運(yùn)輸過(guò)程中受到振動(dòng)，燒結(jié)基板94在燒結(jié)箱9內(nèi)的移動(dòng)不至于無(wú)意間使燒結(jié)基板94上的隔板96倒塌。
如圖4A、4C所示，每個(gè)壓坯95具有包括凹面95a和凸面95b的曲面。當(dāng)沿著與凹面95a和凸面95b相交成直角的平面觀看圖4A所示的壓坯95時(shí)，壓制體95的橫截面具有包括兩個(gè)弧的形狀。例如，凹面95a和凸面95b分別組成了曲率半徑相互不同的兩個(gè)圓柱面的一部分。在此情形下，凸面95b所定義的外徑比凹面95a所定義的內(nèi)徑大。具有該形狀的壓坯被稱為“彎曲壓坯”或“弧形壓坯”。如圖4A所示，此壓坯95包括彼此相對(duì)的兩個(gè)曲面(即，凹面95a和凸面95b，此處也稱為“主面”)、兩個(gè)曲面95a和95b置于其間的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面95d、與曲面95a和95b及側(cè)面95d基本相交成直角的兩個(gè)端面95c。主面95a和95b的面積比壓坯95任何其它面的面積大。通常，端面(或底面)95c的面積比壓坯95任何其它面的面積小。
將此形狀的壓坯95放置在每個(gè)燒結(jié)基板94上以使它們不相互接觸，例如，如圖4B和4C所示，使得凹面95a的水平邊緣或凸面95b的中心與燒結(jié)基板94接觸。采用這些排列方式可防止壓坯95在制造和加工步驟中翻轉(zhuǎn)，比如在將壓坯95放置于燒結(jié)基板94上或?qū)Y(jié)基板94裝入燒結(jié)箱9的步驟中。鑒于此目的，當(dāng)壓坯95放置于燒結(jié)基板94上，要使其質(zhì)量中心位于最可能低的水平(即，使得它們的高度位于最可能低的水平)。為了提高取向度，壓坯95(例如，特別是可加工成R-T-(M)-B型磁體的壓坯)的壓坯密度應(yīng)比可加工成鐵磁體的壓坯的低。例如，可加工成R-T-(M)-B型磁體的壓坯95的壓坯密度約3.9g/cm3至約5.0g/cm3。因此，這些壓坯95很脆，并且受到硬物的撞擊(例如，當(dāng)它們倒下或墜落的瞬間)易于破損或碎裂。因而，排列壓坯95應(yīng)該使其不易翻轉(zhuǎn)。應(yīng)該指出，排列在同一燒結(jié)基板94上的壓坯95可單獨(dú)經(jīng)受壓制處理或通過(guò)將單個(gè)壓坯切開(kāi)并分離成多個(gè)小的磁體來(lái)獲得。
另外，如果對(duì)直接放置于燒結(jié)基板94上的壓坯95進(jìn)行燒結(jié)，則所獲得的燒結(jié)磁體95和燒結(jié)基板94有時(shí)偶然會(huì)部分熔合在一起。這是因?yàn)椋琑-T-(M)-B型合金粉末中所包含的稀土元素比如Nd和燒結(jié)基板94中所包含的金屬元素在等于或低于燒結(jié)溫度時(shí)可產(chǎn)生共晶反應(yīng)。如果基板94和燒結(jié)體95部分熔合在一起，則被燒結(jié)的壓坯95的尺寸不會(huì)隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行而平穩(wěn)地降低，從而可能使得所獲得的燒結(jié)磁體95破損或碎裂。另外，即使基板94和燒結(jié)體95不熔合在一起，基板94和燒結(jié)體95之間也會(huì)產(chǎn)生不均勻的摩擦，從而也可能使得與燒結(jié)基板94相接觸的燒結(jié)體95的表面破損。
因此，為了防止燒結(jié)基板94和燒結(jié)體95熔合在一起，根據(jù)已知的技術(shù)在燒結(jié)基板94的表面涂覆底粉(未示出)，使得壓坯95在底粉上被燒結(jié)(例如，參看日本公開(kāi)說(shuō)明書(shū)No.4-154903)。底粉應(yīng)該是與壓坯95反應(yīng)性低并且高溫化學(xué)穩(wěn)定性高的材料粉末。當(dāng)壓坯95包括稀土金屬時(shí)，底粉可為與稀土金屬反應(yīng)性低的材料粉末，例如稀土氧化物粉末，如氧化釹或氧化釔。通過(guò)利用此底粉，燒結(jié)基板94和燒結(jié)體95不熔合在一起，因而燒結(jié)體95與基板94相接觸的部分既不被破壞(例如，破損)也不變形。
但是，如果如圖3A和3B所示在燒結(jié)箱9內(nèi)排列多個(gè)壓坯95，則能同時(shí)儲(chǔ)放于燒結(jié)箱9內(nèi)的壓坯95的數(shù)量相對(duì)少，不能高效率地實(shí)施燒結(jié)過(guò)程。特別是，當(dāng)放置平板形壓坯95并且使其質(zhì)量中心位于最可能低的水平時(shí)，每個(gè)這些壓坯95在基板94上的投影面積相當(dāng)大，從而降低了有限面積上排列壓坯95的數(shù)量。此處所使用的每個(gè)壓坯95的“投影面積”是指壓坯95在基板94上的覆蓋面積。
另外，如果如圖4B或4C所示放置壓坯95，則每個(gè)這些壓坯95與基板94的接觸面積窄。從而，隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，由于壓坯95的收縮所產(chǎn)生的(摩擦)應(yīng)力將集中于所接觸的部分。在此情形下，即使如上所述使用了底粉，所產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力通常仍然會(huì)使燒結(jié)體95破壞或變形。
而且，當(dāng)如圖4C所示放置壓坯95時(shí)，位于壓制體95凸面95b中心周圍的部分被破壞或變形。因此，僅去除燒結(jié)體95已破壞或變形的部分而使用其剩余的部分是不可能的。另一方面，當(dāng)如圖4B所示放置壓坯95時(shí)，壓制體95凹面95a的水平邊緣變形。該凹面95a的形狀不應(yīng)該通過(guò)變形才使得所獲得的磁體適用于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸。因此，僅去除其變形的部分而將剩余的部分加工成預(yù)定形狀的燒結(jié)磁體也是困難的。也就是說(shuō)，如果如圖4B或4C所示放置的任何燒結(jié)體變?yōu)榇纹?，則不能再此次品燒結(jié)體，從而顯著降低了燒結(jié)磁體的產(chǎn)量。
另一方面，日本公開(kāi)說(shuō)明書(shū)No.61-125114公開(kāi)了一種在制備相對(duì)薄的稀土燒結(jié)磁體時(shí)降低次品(例如，翹曲或變形)燒結(jié)體數(shù)量的技術(shù)。根據(jù)日本公開(kāi)說(shuō)明書(shū)No.61-125114公開(kāi)的技術(shù)，將厚度薄的壓坯夾入一對(duì)更厚的壓坯之間，厚壓坯與前面的壓坯由相同材料制成并且形狀相同。另外，根據(jù)本技術(shù)，當(dāng)需要時(shí)，將不易與壓坯發(fā)生反應(yīng)的材料粉末置于這些壓坯之間和/或置于壓坯與基板之間。
但是，在日本公開(kāi)說(shuō)明書(shū)No.61-125114公開(kāi)的方法中，為了獲得所需要的厚度小的單個(gè)燒結(jié)體，不僅需要制備薄的壓坯，而且需要制備其它兩個(gè)更厚的壓坯，因此降低了稀土合金粉末材料的產(chǎn)量。另外，根據(jù)本技術(shù)，增加壓坯95同時(shí)裝入燒結(jié)箱9的數(shù)量是困難的。而且，在燒結(jié)具有如圖4A所示形狀的壓坯95過(guò)程中，由于燒結(jié)時(shí)壓坯95收縮所產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力，因此充分減少所獲得燒結(jié)磁體95的破壞或變形是困難的。這在一定程度上可理解為，由于垂直堆放的壓坯的總重量壓在與基板接觸的最低的壓坯上，從而使得堆放最低的壓坯與基板之間產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力增加而進(jìn)一步使所獲得的燒結(jié)體破壞或變形。
如上所述，稀土合金粉末壓坯具有較大的比重(例如，R-T-(M)-B型合金粉末壓坯的比重約3.9g/cm3或更大)并且很脆。因此，當(dāng)由于燒結(jié)時(shí)壓坯收縮(失去40％或更多的體積)而產(chǎn)生摩擦應(yīng)力時(shí)，燒結(jié)體易于破壞或變形。特別當(dāng)如圖4B或4C所示放置壓坯使其重心位于很低的水平并且與基板的接觸面積很小時(shí)，所獲得的燒結(jié)體易于破壞或變形。另外，在燒結(jié)箱內(nèi)有效地儲(chǔ)放此壓坯也是困難的。
發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種制備稀土燒結(jié)磁體的方法，該方法使得被破壞或變形的燒結(jié)體的數(shù)量最小并且大大提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種制備稀土燒結(jié)磁體的方法。該方法優(yōu)選包括步驟壓制稀土燒結(jié)磁體用合金粉，由此制備大量的壓坯；以一定的方向在接受平面上排列壓坯，使得每個(gè)該壓坯在接受平面上的投影面積不是最大的；并且加熱壓坯，從而燒結(jié)壓坯并獲得大量的燒結(jié)體。
在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中，排列壓坯的步驟優(yōu)選包括以一定的方向在接受平面上排列壓坯，其中使得每個(gè)壓坯在接受平面上的投影面積最小。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式中，壓制稀土合金粉的步驟優(yōu)選包括制備具有至少一個(gè)曲面的大量的壓坯的步驟，并且排列壓坯的步驟優(yōu)選包括在接受平面上排列壓坯并且使得每個(gè)壓坯的至少一個(gè)曲面與接受平面基本上相交成直角。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(a)優(yōu)選包括制備大量的壓坯的步驟，且每個(gè)壓制體具有彼此相對(duì)的兩個(gè)主面；插入兩個(gè)主面之間的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面；以及與主面和側(cè)面基本上相交成直角的兩個(gè)端面。步驟(b)優(yōu)選包括步驟在接受平面上排列壓坯，使得每個(gè)壓坯兩個(gè)端面的其中一面與接受平面接觸。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，壓制合金粉末的步驟優(yōu)選包括在定向磁場(chǎng)下壓制合金粉末的步驟，排列壓坯的步驟包括在接受平面上排列壓坯，并且使得合金粉末的取向基本上與接受平面平行的步驟。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，壓制合金粉末的步驟優(yōu)選包括制備壓坯密度約4.1g/cm3至約4.5g/cm3的壓坯的步驟。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，排列壓坯的步驟優(yōu)選包括在接受平面上排列壓坯，并且使得每個(gè)壓坯在水平方向上相互接觸(通常與壓坯的厚度方向基本平行)的步驟。
在此特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，排列壓坯的步驟優(yōu)選包括在接受平面上排列已經(jīng)磁化的壓坯，并且使得壓坯通過(guò)它們之間產(chǎn)生的磁力而相互吸引。
選擇性的是，排列壓坯的步驟可以包括向壓坯的至少一部分使用抗熔合劑，并且在接受平面上排列壓坯使得壓坯通過(guò)抗熔合劑相互接觸。通常將抗熔合劑涂覆于壓坯的一部分。
具體的所，抗熔合劑優(yōu)選包括氧化釔(Y2O3)粉末。尤其是，優(yōu)選氧化釔粉末的平均顆粒尺寸為約1μm至約10μm，更優(yōu)選約3μm至約5μm。
在此特定優(yōu)選的實(shí)施方式中，排列壓坯的步驟優(yōu)選包括對(duì)壓坯部分使用氧化釔粉末分散于有機(jī)溶劑所形成的漿料。
在另外優(yōu)選的實(shí)施方式中，此方法還包括去除每個(gè)燒結(jié)體與接受平面接觸的部分及其周圍部分的步驟。
本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式提供了發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體。優(yōu)選采用根據(jù)本發(fā)明的上述任何優(yōu)選實(shí)施方式的方法來(lái)制備燒結(jié)磁體。
通過(guò)以下參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明其它的特征、部件、性能、步驟和優(yōu)勢(shì)變得更加顯然。
圖2為透視圖，說(shuō)明

圖1A和1B所示的相鄰壓坯95是如何被排列的。
圖3A和3B分別為橫截面圖和俯視圖，示意性地表示在制備稀土燒結(jié)體常規(guī)方法的燒結(jié)處理步驟中，一種已知的壓坯95的排列方式。
圖4A、4B和4C說(shuō)明在燒結(jié)處理步驟中，壓坯95的已知排列方式所造成的問(wèn)題，其中，圖4A為可加工成發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體的壓坯95的透視圖，圖4B和4C為示意性地說(shuō)明壓坯95是如何放置在基板94上的截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最好方式下面將描述本發(fā)明應(yīng)用于比如發(fā)動(dòng)機(jī)用R-T-(M)-B型燒結(jié)磁體制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式。但是，應(yīng)該指出，本發(fā)明并不局限于下述特定的實(shí)施方式，而廣泛地適用于任何各種其它類型稀土燒結(jié)磁體的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明各種優(yōu)選實(shí)施方式制備稀土燒結(jié)磁體方法的主要是以燒結(jié)壓坯的制造和加工步驟表征。因此，下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的描述將集中于此燒結(jié)加工步驟，而在此省略了對(duì)其它可通過(guò)已知技術(shù)實(shí)施的制造和加工步驟的描述。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式制備稀土燒結(jié)磁體的方法優(yōu)選包括步驟壓制稀土燒結(jié)磁體用合金粉，由此制備大量的壓坯；以一定的方向在接受平面上排列壓坯，其中使得每個(gè)壓坯在接受平面上的投影面積不是最大的；和加熱壓坯，從而燒結(jié)壓坯并獲得大量的燒結(jié)體。
在排列壓坯的步驟中，優(yōu)選將壓坯儲(chǔ)放在具有接受平面的箱中。燒結(jié)步驟優(yōu)選包括整體加熱其中裝有壓坯的箱。當(dāng)使用該燒結(jié)箱時(shí)，例如，燒結(jié)加工步驟中的氣氛可更均勻。
在此方法中，排列壓坯的步驟可以利用如圖3A和3B所示的燒結(jié)箱9來(lái)實(shí)施。在下面的描述所參考的附圖中，與圖3A、3B、4A、4B或4C對(duì)應(yīng)部分具有基本相同功能的每個(gè)部件將利用相同的附圖標(biāo)記來(lái)確認(rèn)，在此將忽略其描述。
在本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，加工成發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體的壓坯95可如圖1A、1B和圖2所示方式排列。
在此優(yōu)選的實(shí)施方式中，比如圖1A和1B所示排列的壓坯95的外徑約22.13mm、寬約26.14mm、厚約9.73mm和高約45mm。在燒結(jié)箱9中，底部容器90內(nèi)的底板(即平板部分)90a的尺寸大致為270mm×305mm×1mm(厚度)，而其蓋92的外部尺寸大致為280mm×315mm×70mm(高度)并且厚度約1.5mm。底部容器90和蓋92可由耐燒結(jié)和其它過(guò)程中產(chǎn)生熱量的材料制成，例如，不銹鋼或難熔金屬，比如鉬。例如，燒結(jié)箱9可由SUS310制成。在此情況下，箱9不發(fā)生變形，因?yàn)槠錈崃看笮∨cSUS304材料制成的箱9相同。
在圖1A和1B所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，壓坯95排列在燒結(jié)基板94上，該基板94放置在底部容器90的底板90a上。可選擇性地，燒結(jié)基板94可以省去，可將壓坯95直接放置在底部容器90的底板90a上。也就是說(shuō)，基板94表面或底板90a表面的作用是作為壓坯95的接受表面。優(yōu)選使用燒結(jié)基板94，因?yàn)榭扇菀自谄渖吓帕写罅康膲号?5。例如，燒結(jié)基板94的尺寸大致為250mm×300mm×1mm(厚度)。燒結(jié)基板94優(yōu)選由鉬制成。這是因?yàn)殂f與壓坯的反應(yīng)性低并且顯示出良好的熱傳導(dǎo)性和耐熱性。此燒結(jié)基板94的接受平面的平均表面粗糙度Ra優(yōu)選約1μm至約50μm。
在此優(yōu)選的實(shí)施方式中，以一定的方向在接受平面上排列壓坯，使得每個(gè)壓坯95在基板94上的投影面積最小，這不同于圖4A和4B所示的排列。根據(jù)此排列，在相同的有限區(qū)域內(nèi)可排列更多數(shù)量的壓坯95。當(dāng)然，以一定的方向排列壓坯并且使得每個(gè)壓坯95在基板94上的投影面積最小是最有效的排列。但是，也可以任何其它的方向排列壓坯，只要使得每個(gè)壓坯95在基板94上的投影面積不是最大。這是因?yàn)椋峭队懊娣e最大，否則投影面積降低到一定的程度可使得壓坯95更有效地儲(chǔ)放在箱9內(nèi)。如果將基本上為平板形的壓坯95排列成其重心位于與以往技術(shù)相同的低水平，那么如上所述每個(gè)壓坯95在基板94上的投影面積是最大。相反，在本發(fā)明此優(yōu)選的實(shí)施方式中，排列壓坯95使其投影面積最小。
當(dāng)壓坯95的曲面與可加工成發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體的壓坯95的曲面一樣(即，凹面95a和凸面95b)時(shí)，優(yōu)選將壓坯95排列成其曲面95a和/或95b與基板基本上相交成直角。如圖4A、4B、4C所示，壓坯95基本上為平板形并且曲面95a和95b為相對(duì)的主面。如果在基板94上放置該壓坯95以使其曲面95a或95b與基板94的表面相對(duì)，則壓坯95和基板94間的接觸面小，如對(duì)圖4B和4C的描述，由于壓坯95的燒結(jié)收縮而產(chǎn)生更大的摩擦應(yīng)力，所獲得的燒結(jié)體會(huì)更大程度地受到破壞或變形。相反，如果在基板94上放置該壓坯95并且使其平面(例如，底面95c)與基板94的表面接觸，如圖1A、1B和2所示，則壓坯95和基板94間的接觸面增大，由于壓坯95的燒結(jié)收縮產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力更小。而且，壓坯95與基板94間接觸面的最大收縮量(即，一個(gè)尺寸長(zhǎng)度減少的最大值)比圖3A和3B所示的排列小。從而，也由于該原因降低了摩擦應(yīng)力。為了防止壓坯95與基板94隨機(jī)地熔合在一起，優(yōu)選將底粉置于壓坯95與基板94之間。
但是，如果將壓坯95如圖2所示底面95c朝下的方式放置在基板94上時(shí)，則壓坯95的重心位于較高的水平并且容易倒下。而且，在此情況下，以同樣的方式排列大量的壓坯95非常麻煩。如圖2所示的準(zhǔn)平板壓坯特別容易倒下。這是因?yàn)?，甚至?dāng)壓坯僅輕微地傾斜時(shí)，其重心易于偏離其底面95c。因此，當(dāng)壓坯95應(yīng)必須以其底面95c朝下的方式放置在基板94上，優(yōu)選排列壓坯95使其水平方向相互接觸(通常，以基本上與基板94表面平行和基本上與壓坯95的厚度方向平行的方向)。
特別是，如果壓坯被磁化(即，如果壓坯在磁場(chǎng)下實(shí)施的壓制過(guò)程中獲得了剩磁)，那么，壓坯通過(guò)它們之間產(chǎn)生的磁力而相互吸引。因此，壓坯95可連續(xù)穩(wěn)定地排列。當(dāng)經(jīng)過(guò)定向磁場(chǎng)下的壓制過(guò)程時(shí)，可加工成發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體的壓坯95獲得了剩磁M，并且如圖2所示它們通過(guò)剩磁M相互吸引。剩磁M的大小(即，剩磁)優(yōu)選約0.002T至約0.006T。對(duì)于通過(guò)在定向磁場(chǎng)下壓制合金粉末所獲得的用于制備如上所述各向異性燒結(jié)磁體的壓坯，優(yōu)選其不完全退磁以維持一定程度的剩磁。
另外，如圖2所示，優(yōu)選剩磁M的方向(此處也可稱為壓坯或合金粉末的“取向方向”)基本上與壓坯95的排列方向平行，即基本上為水平方向(通常，基本上與基板94的表面平行)。壓坯顯示各向異性磁性能。因此，被燒結(jié)的壓坯95在與其磁場(chǎng)平行的方向上有相對(duì)高比例的收縮。鑒于此原因，為了使得收縮比例乘以長(zhǎng)度所得到的收縮量最小，優(yōu)選壓坯95沿壓坯95三維尺寸最短的方向被磁化。例如，優(yōu)選準(zhǔn)平板壓坯95以如圖2所示的厚度方向被磁化。但是，剩磁M的方向不局限于厚度方向，而是只要壓坯95能以相互吸引的方式被磁化的任何其它的方向。例如，如果如圖2所示排列的壓坯95以高度方向被磁化(即垂直)，則壓坯95的排列方式可以是比如按照壓坯95的排列方向來(lái)輪換其磁化方向，即使得其中壓坯95的磁化方向與與之水平相鄰的另一個(gè)壓制體的磁化方向相反。這樣，壓坯95也可相互吸引。
另一方面，如果在制備壓坯(即，制備各向同性磁體用的壓坯)的過(guò)程中無(wú)必要施用任何定向磁場(chǎng)，也可在之后對(duì)已壓制的壓坯95施加磁場(chǎng)，使得壓坯95的剩磁在上述指定范圍內(nèi)。
應(yīng)該指出，為了盡可能穩(wěn)定地排列壓坯95，組成每排的壓坯95的數(shù)量?jī)?yōu)選大致根據(jù)所獲得的壓坯95的形狀來(lái)決定。而且，為了提高每排壓坯95的穩(wěn)定性，需要相互接觸的壓坯95的數(shù)量足夠大，以防止每排壓坯95的重心容易偏離排底，即使當(dāng)每排受到振動(dòng)或傾斜至預(yù)期的程度。
如果壓坯95的排列彼此相鄰，那么在燒結(jié)過(guò)程中壓坯95可能會(huì)隨機(jī)地熔合在一起。為了避免這種不希望的情形，優(yōu)選至少對(duì)壓坯95相互接觸的部分使用抗熔合劑。也就是說(shuō)，優(yōu)選相互接觸的壓坯95之間具有抗熔合劑。
與常規(guī)的底粉相似，也優(yōu)選與壓坯95反應(yīng)性低的材料組成抗熔合劑，如稀土氧化物。在其它情況下，優(yōu)選抗熔合劑包括氧化釔粉末。這是因?yàn)檠趸惖幕瘜W(xué)穩(wěn)定性高，并且在稀土合金壓坯的燒結(jié)過(guò)程中幾乎不減少。優(yōu)選氧化釔粉末的平均顆粒尺寸約1μm至約10μm，更優(yōu)選約3μm至約5μm。
通過(guò)涂覆抗熔合劑(例如，Y2O3粉末)分散于有機(jī)溶劑中形成的漿料，可以將抗熔合劑施用于壓坯95預(yù)定的部分。優(yōu)選有機(jī)溶劑為揮發(fā)程度高的溶劑，例如，諸如異鏈烷烴的烴基溶劑或諸如乙醇的低醇基溶劑。當(dāng)氧化釔粉末被用作抗熔合劑時(shí)，利用刷子或噴涂器來(lái)涂覆漿料，該漿料中濃度約20g/l氧化釔粉分散于異鏈烷烴中。如果漿料具有此濃度，僅利用刷子來(lái)涂覆漿料可有效地防止不希望的熔合。如果必要，可改變漿料的濃度(例如，在約10g/l至約800g/l范圍內(nèi))或涂覆更多次。
壓坯95可選擇性地浸入漿料。但該技術(shù)并非優(yōu)選，因?yàn)榇罅康挠袡C(jī)溶劑被吸收而進(jìn)入壓坯95，從而提高了碳含量并且將殘留在所獲得的燒結(jié)體內(nèi)。鑒于此因，優(yōu)選對(duì)壓坯95選擇性的預(yù)定部分通過(guò)比如刷漿來(lái)使用抗熔合劑。另外，當(dāng)使用濃度位于上述范圍的易揮發(fā)漿料時(shí)，不必進(jìn)行干燥過(guò)程。
例如，在如圖3A和3B所示的常規(guī)排列中，在燒結(jié)箱9的四個(gè)基板94上僅能放置100個(gè)壓坯95(即，每塊基板25個(gè)壓坯95)，該燒結(jié)箱能容納尺寸大致為300mm×260mm的基板94。相反，根據(jù)圖1A和1B所示的排列，單個(gè)基板94可放置130個(gè)壓坯95。在圖1A和1B所示的排列中，優(yōu)選兩個(gè)相鄰壓坯95排的間距約10mm或更大，優(yōu)選燒結(jié)箱95的內(nèi)側(cè)與壓坯排的間距約20mm或更大。留下這些間距以便于工人在基板94上放置壓坯95，如果需要也可以調(diào)整。
根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施方式的排列使得壓坯95在燒結(jié)箱9內(nèi)的排列比常規(guī)排列更為有效。而且，壓坯95燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力也能降低，從而減少了對(duì)所獲得的燒結(jié)體的破壞或變形。
然而，根據(jù)壓坯95的形狀、尺寸或取向，燒結(jié)體95的底面95c周圍也可能被翹曲。例如，如果壓坯95相對(duì)高或以高度方向取向(即，垂直)，則壓坯95在高度方向?qū)⒂泻艽蟪潭鹊氖湛s。由于自身重量，壓坯95的底面95c和周圍部分也可由其垂直橫截面的形狀變形為梯形。例如，當(dāng)約20g/cm2或更大的壓力施加于壓坯95的底面95c時(shí)，壓坯95可變形。在此情形下，壓坯95會(huì)被壓塌，可以說(shuō)具有更寬的底面95c。無(wú)論如何，如果壓坯按本優(yōu)選實(shí)施方式排列，則僅壓坯95的底面95c和翹曲部分發(fā)生如上所述的變形。因此，例如通過(guò)僅去除(如，切割或磨除)這些變形的部分，燒結(jié)體95殘留的部分仍然可以利用，從而提高了材料(或燒結(jié)體)的產(chǎn)量。考慮到壓坯95所選擇的形狀，預(yù)計(jì)很難避免這些變形，制成壓坯95的尺寸比所需要的大，以易于通過(guò)去除不必要的變形的部分來(lái)處理其變形。利用此方式也能獲得理想尺寸的燒結(jié)體。
在圖1A、1B和2所示的實(shí)施例中，將壓坯95排列在基板94上，并且使其底面95c與基板94接觸。另外，根據(jù)壓坯95的形狀，壓坯95也可采用其側(cè)面95d與基板94接觸的方式排列。但是，最優(yōu)選的是壓坯以其底面95c朝下的方式排列在基板94上，以使得每個(gè)壓坯在基板94上的投影面積最小。
因此，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的上述各種實(shí)施方式，可更高產(chǎn)量地獲得燒結(jié)體，并且可更加高效地制備比如發(fā)動(dòng)機(jī)用的燒結(jié)磁體。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，制備稀土燒結(jié)磁體的方法可特別有效地制備與最終獲得的燒結(jié)磁體形狀相似的燒結(jié)體。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，可加工成比如發(fā)動(dòng)機(jī)用的壓坯具有內(nèi)外曲面且其曲率半徑相互不同。但是，自然可能將本發(fā)明用于具有內(nèi)外曲面且曲率半徑大致相同的壓坯。甚至在此可選擇的實(shí)施方式中，每個(gè)壓坯與燒結(jié)箱接受平面間的接觸面積也小于兩個(gè)相鄰壓坯間的接觸面積。而且，本發(fā)明同樣適用于形狀基本上為直角平行六面體(例如，用于IMP發(fā)動(dòng)機(jī))的薄板壓坯，其粉末以壓坯的厚度方向取向。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，將壓坯排列在燒結(jié)箱的水平接受面上，以使得這些壓坯的底面(即，與燒結(jié)箱的接受平面相接觸的平面)與壓坯的平面相互接觸交叉成直角(即，壓坯的側(cè)面)。但是，本發(fā)明不局限于這些特定的優(yōu)選實(shí)施方式。例如，當(dāng)壓坯的底面傾斜時(shí)，即當(dāng)壓坯的底面與壓坯的平面相互接觸交叉不成直角(即，壓坯的側(cè)面)時(shí)，其接受平面確定的角度可使壓坯相互水平接觸的燒結(jié)箱也可以被使用。例如，該接受平面可以是具有鋸齒交叉區(qū)基板的粗糙面。從而壓坯也能穩(wěn)定地排列在接受平面上。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，制備稀土燒結(jié)磁體方法中所用的稀土合金粉末不作特別的限制。例如，可利用美國(guó)專利No.4,770,723或No.4,792,368所公開(kāi)的R-T-(M)-B型稀土合金粉末。特別優(yōu)選通過(guò)比如美國(guó)專利No.5,383,978公開(kāi)的帶鑄工藝制備的R-T-(M)-B型稀土合金粉末以獲得良好的磁性能。在此一并引用上述美國(guó)專利Nos.4,770,723、4,792,368或5,383,978的內(nèi)容?？衫萌魏胃鞣N已知的技術(shù)來(lái)實(shí)施壓制過(guò)程。壓坯密度一般約3.9g/cm3至約5.0g/cm3并且通常約4.1g/cm3至約4.4g/cm3。
為了獲得足夠良好的磁性能和成型性能，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，優(yōu)選用于制備稀土燒結(jié)磁體的稀土合金粉末的平均顆粒尺寸(即，F(xiàn)SSS顆粒尺寸)約2μm至約10μm，更優(yōu)選約3μm至約6μm。另外，壓坯密度優(yōu)選約4.1g/cm3至約4.5g/cm3。原因如下如果壓坯密度低于約4.1g/cm3，則壓坯的燒結(jié)變形很大。另一方面，如果壓坯密度大于約4.5g/cm3，則磁粉將顯示出降低的取向度。排列在基板上的壓坯的垂直長(zhǎng)度(即，高度)優(yōu)選至多約70mm。當(dāng)高度約25mm或更高時(shí)，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式所采納的排列尤其有效。
以上述方式儲(chǔ)放于燒結(jié)箱9后，通過(guò)對(duì)燒結(jié)箱9進(jìn)行整體加熱來(lái)燒結(jié)壓坯95。利用已知的技術(shù)也可實(shí)施燒結(jié)過(guò)程，可根據(jù)所制備的稀土燒結(jié)磁體的類型優(yōu)化其條件。例如，可通過(guò)下面制造和處理步驟來(lái)燒結(jié)壓坯95。
首先，至少將燒結(jié)箱9裝入位于燒結(jié)設(shè)備入口處的預(yù)備室內(nèi)，并隨后密封燒結(jié)設(shè)備。接著，對(duì)燒結(jié)設(shè)備進(jìn)行抽真空至壓力約2Pa以防氧化。
其次，將燒結(jié)箱9送入烘烤室，在時(shí)間約1至6小時(shí)、溫度約100℃至600℃、壓力約2Pa條件下，壓坯經(jīng)過(guò)粘結(jié)劑去除過(guò)程。粘結(jié)劑的去除過(guò)程是在粉燒結(jié)前通過(guò)揮發(fā)和去除潤(rùn)滑劑(或粘結(jié)劑)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該潤(rùn)滑劑涂覆在磁粉表面。為了改善壓制過(guò)程中磁粉的取向，在壓制之前將潤(rùn)滑劑和磁粉混合在一起。潤(rùn)滑劑存在于磁粉顆粒之間。
完成粘結(jié)劑去除過(guò)程之后，將燒結(jié)箱9送入燒結(jié)室，壓坯在約1000℃至1100℃、負(fù)壓氣氛下(即，壓力約2Pa的Ar氣)燒結(jié)約2至5小時(shí)。此后，將燒結(jié)箱9送入冷卻室，燒結(jié)體冷卻至燒結(jié)箱9的溫度約達(dá)到室溫為止。
最后，將燒結(jié)箱9從冷卻室內(nèi)卸出并隨后裝入時(shí)效處理爐，在此燒結(jié)體經(jīng)過(guò)常規(guī)的時(shí)效處理。在溫度約400℃至600℃、時(shí)間約1至5小時(shí)、約2Pa惰性氣氛(即，Ar)條件下實(shí)施時(shí)效處理。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明上述的各種優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種制備稀土燒結(jié)磁體的方法，該方法可使破壞的或變形的燒結(jié)體數(shù)量降至最少并且極大提高生產(chǎn)率。另外，即使燒結(jié)體部分變形，可去除變形的部分并利用剩余的部分，因此有利地提高了材料的產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式制備稀土燒結(jié)磁體的方法可被用于特別有效地制造例如發(fā)動(dòng)機(jī)用的曲面準(zhǔn)平板燒結(jié)磁體。應(yīng)理解為上述描述僅是對(duì)本發(fā)明的解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出不背離本發(fā)明的各種選擇和修正。因此，本發(fā)明意欲包括落入所附權(quán)利要求書(shū)范圍的所有的選擇、修正和改變。
權(quán)利要求
1.一種制備稀土燒結(jié)磁體的方法，該方法包括下述步驟(a)壓制稀土燒結(jié)磁體用合金粉，由此制備大量的壓坯；(b)以一定的方向在接受平面上排列所述壓坯，使得每個(gè)所述壓坯在所述接受平面上的投影面積不是最大的；和(c)加熱所述壓坯，從而燒結(jié)所述壓坯并獲得大量的燒結(jié)體。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)包括以一定的方向在所述接受平面上排列所述壓坯，使得每個(gè)所述壓坯在所述接受平面上的投影面積最小的步驟。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(a)包括制備具有至少一個(gè)曲面的大量的壓坯的步驟，和其中步驟(b)包括在所述接受平面上排列所述壓坯，使得每個(gè)所述壓坯的至少一個(gè)曲面基本上與所述接受平面相交成直角的步驟。
4.權(quán)利要求1至3之一的方法，其中步驟(a)包括制備大量的壓坯的步驟，每個(gè)壓坯具有相對(duì)的兩個(gè)主面；兩個(gè)主面之間的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面；以及與主面和側(cè)面基本上相交成直角的兩個(gè)端面，和其中步驟(b)包括在所述接受平面上排列所述壓坯，使得每個(gè)所述壓坯兩個(gè)端面的其中一面與所述接受平面接觸的步驟。
5.權(quán)利要求1至4之一的方法，其中步驟(a)包括在定向磁場(chǎng)下壓制合金粉末的步驟，和其中步驟(b)包括在所述接受平面上排列所述壓坯，使得合金粉末的取向基本上與所述接受平面平行的步驟。
6.權(quán)利要求1至5之一的方法，其中步驟(a)包括制備壓坯密度約4.1g/cm3至約4.5g/cm3的壓坯的步驟。
7.權(quán)利要求1至6之一的方法，其中步驟(b)包括在所述接受平面上排列所述壓坯，使得所述壓坯以水平方向相互接觸的步驟。
8.權(quán)利要求7的方法，其中步驟(b)包括在所述接受平面上排列已磁化的所述壓坯，使得所述壓坯通過(guò)它們之間產(chǎn)生的磁力相互吸引的步驟。
9.權(quán)利要求7或8的方法，其中步驟(b)包括對(duì)至少部分壓坯施用抗熔合劑，以及在所述接受平面上排列所述壓坯使得所述壓坯通過(guò)所述抗熔合劑相互接觸的步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述抗熔合劑包括氧化釔粉末。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述氧化釔粉末的平均顆粒尺寸約1μm至約10μm。
12.權(quán)利要求10或11的方法，其中步驟(b)包括對(duì)壓坯的一部分施用氧化釔粉末分散于有機(jī)溶劑中所形成的漿料的步驟。
13.權(quán)利要求1至12之一的方法，還包括去除每個(gè)所述燒結(jié)體與所述接受平面接觸的部分及其周圍部分的步驟。
14.一種發(fā)動(dòng)機(jī)用燒結(jié)磁體，其中通過(guò)權(quán)利要求1至13之一所述的方法制備磁體。
全文摘要
制備稀土燒結(jié)磁體的方法，包括下述步驟壓制稀土燒結(jié)磁體用合金粉，由此制備大量的壓坯；以一定的方向在接受平面上排列壓坯，使得每個(gè)該壓坯在接受平面上的投影面積不是最大的；加熱壓坯，從而燒結(jié)壓坯并獲得大量的燒結(jié)體。
文檔編號(hào)H01F41/02GK1463448SQ02801915
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者播本大祐, 金子裕治, 中村陽(yáng) 申請(qǐng)人:住友特殊金屬株式會(huì)社