專利名稱：納米復(fù)相(Fe的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)·/Nd2Fe14B磁性材料制備方法。
背景技術(shù)：
納米復(fù)相磁性材料理論上具有很高的磁性能，其理論磁能積達(dá)到1000kJ/m3，是目前號稱永磁之王的燒結(jié)釹鐵硼的最大理論磁能積的幾乎兩倍。由于它同時(shí)含有硬磁相和軟磁相，所以它既具有硬磁體的高矯頑力又具有軟磁體的高磁導(dǎo)率，而且該材料的Nd含量低，因此降低了材料的成本。無論是從材料的磁性能還是生產(chǎn)成本來看，納米復(fù)相磁性材料都是具有重要的應(yīng)用前景。目前該材料的制備方法主要有熔體快淬法和機(jī)械合金法兩種1)熔體快淬法，又稱甩帶法(melt-spinning)。這種方法是，選取磁性材料各組元的單質(zhì)或合金，并去除氧化皮，按一定比例混合。把合金放入快淬爐中加熱熔化，一般溫度為1200℃左右。當(dāng)熔融合金熔煉完畢后，通過一小直徑的噴嘴注射到轉(zhuǎn)動的銅鼓上，使熔融合金迅速冷卻并凝固成快淬帶。將快淬帶適當(dāng)進(jìn)行熱處理，粉碎后與粘接劑混合并壓制成型，得到納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B粘結(jié)磁性材料。
2)機(jī)械合金法，也稱高能球磨法(HEBM)。這種方法是將磁性材料各組元去除氧化皮并粉碎，然后按照一定的成份比混合，放入真空熔煉爐(真空度為10-3左右)中進(jìn)行熔煉(溫度為1200～1300℃)。當(dāng)固體熔化后，使合金快速冷卻，得到了塊狀合金鑄錠，采用粉碎機(jī)或震動球磨機(jī)對合金鑄錠進(jìn)行粗粉碎，使合金破碎成為粒徑為10～40μm的粉末。將合金粉末和一定量的純鐵粉末均勻混合，再放入高能球磨機(jī)中球磨。球磨后的合金粉末，放入真空熱處理爐當(dāng)中，進(jìn)行適當(dāng)?shù)木Щ療崽幚碇笈c粘接劑混合并壓制成型，得到納米復(fù)相磁性材料。
雖然很多科學(xué)工作者對兩種方法進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，但納米復(fù)相磁性材料的實(shí)際磁性能與理論磁性能之間存在很大差距，主要原因是這兩種方法用于制作納米復(fù)相材料，軟硬磁性相晶粒尺寸的大小與理想模型相差較遠(yuǎn)，軟硬磁性相之間的交換耦合不夠充分，而且材料晶粒的完整性較差，缺陷很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法。
納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法的步驟為1)制取合金蒸發(fā)靶材選取各組成成分的單質(zhì)或合金，均勻混合并冶煉，制取合金蒸發(fā)靶材；2)蒸發(fā)合金，制取納米粉末清除合金鑄錠表面的氧化物和雜質(zhì)，并在蒸發(fā)室內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)抽真空，待真空度達(dá)到10-6Pa后接著通入1～4kPa壓力的高純惰性氣體，然后通過電弧加熱，使靶材氣化。納米合金粉末在液氮冷阱上沉積；3)收集納米粉末并原位加壓在密閉的高真空的環(huán)境下用機(jī)械手收集粉末，放入原位加壓室中。先進(jìn)行預(yù)熱處理，然后保溫加壓，降溫并同時(shí)繼續(xù)壓制。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是制備環(huán)境真空度高，材料的含氧量低；制備裝置對原材料的污染小，制備出的納米顆粒圓滑，表面清潔，晶粒的完整性好；粒徑大小較易控制，分布范圍窄，能夠控制軟硬磁性相晶粒的大小與理論模型較好符合。此外，使用原位加壓法能使材料的致密度較高。
具體實(shí)施例方式
上述磁性材料主要由硬磁性相和軟磁性相兩相構(gòu)成，其成份比例式為Nd3～6Fe70～80B12.5～22.5Cu0.1～1.5Cr0.5～4.5，其中硬磁性相的相組成為Nd2Fe14B，而軟磁性相則為兩個(gè)相共同構(gòu)成α-Fe、Fe3B。
在電弧轟擊靶材之前，需對合金進(jìn)行預(yù)熱處理，減少材料雜質(zhì)含量，預(yù)熱溫度控制在400～700℃左右，并保溫15～45min。
真空蒸發(fā)室當(dāng)中的真空度為10-6Pa以上。在蒸發(fā)室抽真空完成后，繼續(xù)向真空蒸發(fā)室當(dāng)中充入高純的惰性氣體(純度要求大于99.999％)，一般使用He，其壓力應(yīng)控制在1～4kPa范圍內(nèi)。
在原位加壓之前要對納米粉末進(jìn)行預(yù)熱處理，除去材料當(dāng)中的氣體原子，預(yù)熱溫度為200～300℃，保溫為3～10min。使用原位加壓法對材料進(jìn)行超高壓壓制，在加壓的過程當(dāng)中，同時(shí)對合金加熱至350～750℃范圍并保溫3～15min，加壓時(shí)間則為10～30min，最后使塊體材料的相對密度達(dá)到絕對密度的90％～95％。
本發(fā)明方法的主要步驟具體說明如下1)制備蒸發(fā)靶材選取高純度的工業(yè)純Fe、Nd、鐵硼(B的含量大約為19％～21％)合金、Cr、Cu等作為原材料(純度要求≥99.9％)，清除各材料的氧化皮和表面雜質(zhì)，按一定的成份比例進(jìn)行混合，合金的成分配比為Nd3～6Fe70～80B12.5～22.5Cu0.1～1.5Cr0.5～4.5，放入真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，真空熔煉爐先進(jìn)行抽真空并使真空度達(dá)到10-4Pa后，充入一定量的高純Ar氣(其純度大于99.999％)進(jìn)行保護(hù)，合金熔化后快速冷卻獲得合金鑄錠。
2)制取納米粉末清除合金鑄錠表而的氧化薄膜和雜質(zhì)層，將合金鑄錠放入真空蒸發(fā)室的坩堝內(nèi)，先使用電阻絲對合金鑄錠進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般控制在400～700℃左右，并保溫15～45min。對蒸發(fā)室和原位加壓室同時(shí)進(jìn)行抽真空，使蒸發(fā)室內(nèi)的真空度達(dá)到10-6Pa，停止抽真空并通入一定量的高純He氣(其純度達(dá)到99.999％以上)，保持蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體壓力在1k～4kPa范圍內(nèi)。使用電弧轟擊靶材，使靶材的溫度迅速升高并氣化。
3)納米粉末的收集合金氣化并凝結(jié)在液氮冷阱上后，使用聚四氟乙烯刮刀將納米粉末從冷阱上刮下來，并用冷阱正下方的漏斗收集，漏斗下面放有一個(gè)容器，收集完成，將容器從漏斗下拿出，放入原位加壓室當(dāng)中。
4)原位加壓制取(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料首先對粉末加熱升溫，使粉末升溫到200～300℃后，保溫3～10min，迅速升溫到350～750℃范圍內(nèi)，在納米粉末上施加1.1～2.5GPa的壓力，納米粉末在加熱的條件下保持壓力3～15min，快速降溫，使溫度降低到100℃左右，繼續(xù)保持壓力10～30min，使納米粉末緊密。使用原位加壓法，將合金粉末壓制成一相對密度可達(dá)到90％～95％的塊狀納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料。
通過本發(fā)明方法制備的納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料，主要由硬磁性相Nd2Fe14B和軟磁性相α-Fe和Fe3B組成。根據(jù)成分和制備工藝參數(shù)的不同，有時(shí)也含一定量的其它非磁性相。硬磁性相的晶粒大小為30～50nm，軟磁性相的粒度大小分布范圍為10～60nm。軟硬磁性相的晶粒界面清潔，晶粒完整性好。
2)清除合金鑄錠表面的氧化薄膜和雜質(zhì)層，放入真空蒸發(fā)室的坩堝內(nèi)。先用電阻絲對合金鑄錠進(jìn)行預(yù)熱，使合金溫度加熱到450℃左右，并保溫30min。對蒸發(fā)室和原位加壓室同時(shí)進(jìn)行抽真空，使蒸發(fā)室內(nèi)的真空度達(dá)到10-6Pa，停止抽真空并通入一定量的高純He氣(其純度達(dá)到99.999％以上)，使蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體壓力達(dá)到2kPa左右。使用電弧轟擊靶材，使合金鑄錠熔化并開始?xì)饣?br> 3)合金氣化并凝結(jié)在液氮冷阱上后，收集納米粉末，放入原位加壓室當(dāng)中。
4)對粉末加熱升溫，使粉末升溫到200℃，保溫5min，繼續(xù)升溫到680℃左右后，在納米粉末上施加1.5GPa的壓力，納米粉末在加熱的條件下保持壓力3min，降溫，使溫度降低到100℃左右，繼續(xù)保持壓力20min左右。通過原位加壓法壓制后合金粉末將被壓制成塊狀納米復(fù)相磁性材料。
對實(shí)例1所制備的樣品使用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對其進(jìn)行磁性能的檢測，所檢測出的磁性能指標(biāo)為(BH)max＝106.8kJ/m3，Br＝1.10T，Hc＝550A/m。然后對樣品再進(jìn)行相分析，確定了它的相組成在該材料當(dāng)中，主要是由硬磁性相和軟磁性相組成，硬磁性相組成成份比為Nd2Fe14B；軟磁性相則主要由兩個(gè)相共同構(gòu)成α-Fe、Fe3B。
2)清除合金鑄錠表面的氧化薄膜和雜質(zhì)層，放入真空蒸發(fā)室的坩堝內(nèi)。先用電阻絲對合金鑄錠進(jìn)行預(yù)熱，使合金溫度加熱到450℃左右，并保溫30min，對蒸發(fā)室和原位加壓室同時(shí)進(jìn)行抽真空，使蒸發(fā)室內(nèi)的真空度達(dá)到10-6Pa，停止抽真空并通入一定量的高純He氣(其純度達(dá)到99.999％以上)，使蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體壓力達(dá)到2kPa左右。使用電弧轟擊靶材，使合金鑄錠熔化并開始?xì)饣?br> 3)合金氣化并凝結(jié)在液氮冷阱上后，收集納米粉末，放入原位加壓室當(dāng)中。
4)對粉末加熱升溫，使粉末升溫到200℃，保溫5min，繼續(xù)升溫到650℃左右后，在納米粉末上施加1.5GPa的壓力，納米粉末在加熱的條件下保持壓力5min，降溫，使溫度降低到100℃左右，繼續(xù)保持壓力20min左右，通過原位加壓法壓制后合金粉末將被壓制成一相對密度可達(dá)到90％～95％的塊狀納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料。
對實(shí)例2所制備的樣品使用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對其進(jìn)行磁性能的檢測，所檢測出的磁性能指標(biāo)為(BH)max＝95.8kJ/m3，Br＝1.12T，Hc＝500A/m。對樣品再進(jìn)行了相分析，確定了它的相組成在該材料當(dāng)中，主要是由硬磁性相和軟磁性相組成，硬磁性相組成成份比為Nd2Fe14B；軟磁性相則主要由兩個(gè)相共同構(gòu)成α-Fe、Fe3B。
權(quán)利要求
1.一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于它的步驟為1)制取合金蒸發(fā)靶材選取各組成成分的單質(zhì)或合金，在真空熔煉爐中熔煉；2)蒸發(fā)合金，制取納米粉末清除合金鑄錠表面的氧化物，并在蒸發(fā)室內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)抽真空，待真空度達(dá)到10-6Pa后接著通入1～4kPa壓力的高純惰性氣體，然后使用電弧蒸發(fā)靶材，使靶材氣化。合金在液氮冷阱上沉積，用刮刀收集粉末，在真空環(huán)境下送入原位加壓室；3)原位加壓制取高密度的納米復(fù)相磁性材料將合金粉末放入加壓室內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱處理后，快速升溫并保溫加壓，接著降溫并同時(shí)繼續(xù)壓制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于所說的磁性材料主要由硬磁性相和軟磁性相兩相構(gòu)成，其成份比例式為Nd3～6Fe70～80B12.5～22.5Cu0.1～1.5Cr0.5～4.5，其中硬磁性相的相組成為Nd2Fe14B，而軟磁性相則為兩個(gè)相共同構(gòu)成α-Fe、Fe3B。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于在電弧轟擊靶材之前，需對合金進(jìn)行預(yù)熱處理，減少材料當(dāng)中的雜質(zhì)含量，預(yù)熱溫度控制在400～700℃左右，并保溫15～45min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于在蒸發(fā)室抽真空完成后，繼續(xù)向真空蒸發(fā)室當(dāng)中充入高純的惰性氣體，純度要求大于99.999％，一般使用He，其壓力應(yīng)控制在1～4kPa范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于使用原位加壓法對材料進(jìn)行超高壓壓制，在加壓的過程當(dāng)中，同時(shí)對合金加熱至350～750℃范圍并保溫3～15min，加壓時(shí)間則為10～30min，最后使塊體材料的相對密度達(dá)到絕對密度的90％～95％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)相(Fe3B，α-Fe)/Nd2Fe14B磁性材料制備方法，其特征在于在原位加壓過程當(dāng)中，升溫和降溫的速率達(dá)到5～10℃/S以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米復(fù)相(Fe
文檔編號C22C38/00GK1391238SQ0213613
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者嚴(yán)密, 鄭奮勇, 楊德仁, 舒康潁, 胡軍, 王晨, 趙傳禮, 張?zhí)K凱 申請人:浙江大學(xué), 寧波韻升(集團(tuán))股份有限公司