專利名稱：磁性能可逐級調整的多相復合永磁材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到復合材料和多相復合永磁材料領域。
目前永磁材料主要分為下面幾類鐵氧體永磁、AlNiCo、稀土鈷永磁和稀土鐵硼永磁。鐵氧體永磁價格低廉，磁能積(BM)m為0.5-4MGOe，屬于低性能永磁材料，是目前應用最廣泛的永磁材料。但由于磁能積低，因而用該種材料設計的功率器件效率較低。AlNiCo永磁具有較高的剩磁(10-13KGS)，較低的矯頑力(600-1500 Oe)，磁能積為6-13MGOe，系鑄造磁體。稀土鈷永磁有SmCo5和Sm2Co17型兩種，分別屬于第一和第二代稀土永磁，其磁性能較前二者高，Sm2Co17型的磁能積可達30MGOe，但由于它含稀貴的Sm和戰(zhàn)略資源Co，不能獲得穩(wěn)定的供應，因而價格較昂貴。難以大規(guī)模使用。稀土鐵硼永磁材料做為第三代稀土永磁，是目前磁能積最高的永磁材料，NdFeB的磁能積可達50MGOe。它因用相對Sm來說資源豐富的Nd取代Sm，用Fe取代Co，因而價格較SmCo便宜。NdFeB永磁材料自1983年問世以來得到了廣泛的使用。在1984-1985年，美國通用汽車公司取得快淬NdFeB工藝專利，日本住友金屬公司取得了燒結工藝專利。其專利特征都強調了以Nd2Fe14B相做為硬磁性相，其中Nd可部分被Dy、Pr等稀土元素所取代，F(xiàn)e可部分被Ti、Zr、Nb、Co等取代，B可部分被Si、C、Al等取代。為了滿足熱穩(wěn)定性的要求，提高居里點，仍使用了稀貴的元素Dy及戰(zhàn)略物資Co，但其含量比SmCo低得多。作為形狀自由度大的粘結磁體，在5-12MGOe范圍內，很少用釹鐵硼做成各向異性粘結磁體。從價格上看，目前NdFeB材料與鐵氧體相比仍高出許多倍，也限制了其在許多方面的應用。目前研制的“第四代”稀土永磁材料Sm2Fe17Nx，其矯頑力已達到了30KOe，磁能積可達12MGOe。由于目前工藝問題還未能解決，尚未投入市場。
永磁材料可分為燒結、鑄造磁體和粘結磁體。粘結磁體是采用永磁粉末與粘結劑混合在模具中成型。粘結磁體只能用鐵氧體和稀土永磁來制造。鐵氧體粘結磁體的磁性能很低，(BH)m僅在0.1-2.0MGOe之間，而各向同性NdFeB粘結磁體的磁能積一般在5-10MGOe之間，SmCo粘結磁體可達5-17MGOe。目前，只有鐵氧體和SmCo磁體有各向異性粘結磁體批量上市。在實際的磁應用中，用戶對永磁材料性能的要求各式各樣。如對磁體的內稟性能，磁體的形狀自由度和取向的難易程度等都有不同的要求，并要考慮磁體的價格。例如，在某些器件應用中，需要磁能積在3-5MGOe之間，單獨靠各向異性鐵氧體，在工藝制做上較難，而單獨用NdFeB各向同性粘結磁體又不經(jīng)濟。因而在磁能積為3-5MGOe間，具有合理的性能與價格比的粘結磁體還欠缺。又例如，在電機的應用中，磁體的各向異性要求很高，要求在電機的徑向上，形成閉合磁路從而具有強的磁場，而在軸向上是開的磁路，磁通損失要小，漏磁場要小，因此，磁體需要徑向充磁。在磁能積要求5-14MGOe范圍內，鐵氧體很難達到其下限，AlNiCo很難在徑向上進行取向。各向異性NdFeB磁粉還未見大批量上市，而SmCo價格又太高，在粘結磁體方面，這又是一個空缺。
可見不同的應用場合對磁性能要求差別很大。要滿足這些要求，僅靠某種單一組分的粘結磁體是很難做到的。GM公司及住友的釹鐵硼專利在這方面沒有給出滿意的答案。
本發(fā)明的目的在于尋求一種新型的永磁材料，應用復合材料的復合理論，使之可根據(jù)應用需要逐級調整磁性能，從而具有合理的性能與價格比，以填補上述空缺。
本發(fā)明的目的通過以下措施完全達到了根據(jù)物理性能的復合原理，采用多相復合的方法，將鐵氧體永磁與稀土永磁材料復合成多相復合永磁材料，或用高各向異性永磁材料與鐵氧體永磁材料或各向同性稀土鐵硼材料復合，其磁性能可在一定范圍內根據(jù)需要由不同的配比進行逐級調整。
以下對本發(fā)明的多相復合永磁材料進行詳細說明。
本發(fā)明公開了該類型多相復合永磁材料，根據(jù)復合理論，多相組成的復合材料，對于密度、比重、彈性模量、導磁率等多數(shù)物理參數(shù)來說具有簡單的線性加成性。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，這一理論同樣適用于由兩種以上材料組成的粘結永磁材料上。即多相復合永磁材料的磁能積(BH)m，剩磁Br、矯頑力Hc也具有簡單的線性加成性?？梢员硎緸镵c=Σi]]>piKiVi(i=2、3……n)
其中Ke為多相復合永磁材料的磁物理量，Ki為單組分組元的磁物理量。Vi為其體積分數(shù)，Pi為體積分數(shù)系數(shù)，它與相界性質及填充率等因素有關，可根據(jù)實驗得到。各向異性的組元與各向同性組元復合，仍能得到各向異性組織。
基于上述理論指導，當我們已知各種單組分永磁材料的磁性能后，可以通過改變各組分永磁材料的體積分數(shù)，來得到最佳的磁性能組合，并可在一定范圍內對磁性能進行逐級的調整。
本發(fā)明所公開的多相復合永磁材料，其特征如下復合材料組成A=aX+bY+Σi]]>ciZi(i=1,2……n)其中，ci為Zi組元的體積分數(shù)，Zi為該組元稀土永磁材料類型。X為鋇、鍶鐵氧體，a為其體積分數(shù)，Y為粘結劑材料，b為其體積分數(shù)。
本發(fā)明所確定的Zi為Z1為R2TM5型及R2TM17型稀土永磁。Z2為R2TM14M型稀土永磁。Z3為R2TM17Nx型稀土永磁。
上述組元為各向同性材料或各向異性材料，經(jīng)過特殊復合后，制成多相復合性永磁合金材料，經(jīng)過粘結劑包覆，并經(jīng)模壓、壓延、注射、擠出等傳統(tǒng)加工方法和全區(qū)或選區(qū)燒結、全區(qū)或選區(qū)粘結、全區(qū)或選區(qū)擠塑、全區(qū)或選區(qū)反應燒結等現(xiàn)代加工方法制成粘結磁體，可得到磁能積為3-10MGOe的各種牌號粘結磁體。
本發(fā)明的復合材料磁體為多相組織結構，至少為二個或二個以上的金屬化合物磁性相組成。
例如，R2TM14M型永磁材料中彌散地復合鋇、鍶鐵氧體材料，對復合磁粉材料進行測試，當鐵氧體重量百分比小于60%時，磁能積大于4MGOe。通過在R2TM14M材料中彌散分布鐵氧體材料，磁能積可在4-12MGOe范圍內調節(jié)，與1%-10%(wt%)的粘結劑混合后成型，磁能積可在2-9MGOe的范圍內調節(jié)。
由本發(fā)明所得到的多相復合永磁材料，其磁能積在2-15MGOe間都可得到各自的磁應用領域，用戶可以從最經(jīng)濟地利用永磁材料的角度出發(fā)，選擇合適的磁性能牌號的復合材料永磁體，得到合理的性能價格比。
因此，本發(fā)明為磁應用領域的用戶，經(jīng)濟地利用永磁材料，進行磁應用設計提供了最大的方便。
實例1采用Nd12Fe74B6Co8合金，其粉末性能為(BH)m＝11.0 MGOe Br＝8.1KGsHcb＝5.5KOeHcj＝8.4 KOe采用BaO-6Fe2O3合金，粉末性能為(BH)m＝2.5 MGOe Br＝4.2 KGsHcb＝1.6 KOeHcj＝2.1 KOe實驗值BaO-6Fe2O3(wt%)磁性能0102030405060708090100Br KGs8.17.36.66.15.75.24.84.6 4.3 4.2 4.2Hcb KOe5.54.64.13.73.12.82.3 2.2 1.8 1.5 1.6Hcj KOe8.47.56.96.25.64.73.8 3.5 3.0 2.2 2.1(BH)m MGO11.09.28.17.3 6.2 5.3 4.3 3.1 2.8 2.5 2.5用復合材料復合定律的加成法則，做出的理論計算值如下BaO-6Fe2O3(wt%)磁性能0102030405060708090100Br KGs8.17.56.96.86.15.75.35.0 4.7 4.3 4.2Hcb KOe5.54.94.33.93.53.12.7 2.5 2.1 1.8 1.6Hcj KOe8.47.56.55.95.24.63.9 3.5 2.9 2.5 2.1(BH)m MGO11.09.78.57.7 6.7 5.9 4.9 4.3 3.7 2.9 2.5實驗值與計算值的關系曲線見附圖
。tgθ計-tgθ實＝0.7權利要求
1.多相復合永磁材料，其特征在于含有二種或二種以上的磁性相組分，其中必有一組分為鐵氧體永磁材料，可以表達為A=aX+bY+Σi]]>ciZi(i=1,2……n)其中，X主要是鋇、鍶永磁鐵氧體，在A中的重量百分比范圍為0-70，Y為粘結劑材料，占合金的重量百分比范圍為0-20；a、b分別為X、Y在A中的體積分數(shù)；Zi為稀土永磁材料，ci為Zi占A合金中體積分數(shù)；A為一種新型的復合永磁材料，具有多相結構，由X、Y、Zi按一定比例，采用全區(qū)或選區(qū)燒結，全區(qū)或選區(qū)粘結的方法復合而成。
2.按照權力要求書1所說的多相復合永磁材料，其特征在于Zi分別為RxTMy型合金，Rx-TMy-Mz合金，由其構成多相復合材料。
3.按照權力要求1或2所說多相復合永磁材料，其特征在于R為稀土元素Pr、Nd、Sm、Dy，TM為Fe、Co、Zr、Ti、Cr、Nb、V，M為B、C、N及微量的Si、Al。
4.按照權力要求2所說的多相復合永磁材料，其特征在于RxTMy中，x與y之比值為1∶5或2∶17(at%);RxTMyMz中，x占整個合金的3-15(at%)，y占整個合金的65-80(at%)，z占整個合金的3-25(at%)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多相復合永磁材料領域。本發(fā)明公開了這種新型多相復合永磁材料，其表達式為X主要是鋇、鍶永磁鐵氧體，在A中的重量百分比范圍為0—70，Y為粘結劑材料，占合金的重量百分比范圍為0—20。a、b分別為X、Y在A中的體積分數(shù)。Zi為稀土永磁材料，ci為Zi占A合金中體積分數(shù)。本發(fā)明公開的多相復合永磁合金含有二種或二種以上的磁性相，調節(jié)復合材料中的鐵氧體永磁材料的重量百分比，使A合金的磁性能逐級可調，性能價格比合理。通過各向異性材料與各向同性材料的復合，使A合金具有新的各向異性磁性能。
文檔編號H01F1/032GK1110426SQ9410402
公開日1995年10月18日 申請日期1994年4月15日 優(yōu)先權日1994年4月15日
發(fā)明者宗貴升 申請人:宗貴升