專利名稱：永久磁鐵組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磁性能優(yōu)異的永久磁鐵的組合物。
背景技術(shù)：
作為永久磁鐵材料，日本專利公開平成7-78269(日本專利申請昭和58-94876，該專利系列包括美國專利4,770,723；4,792,368；4,840,684；5,096,512；5,183,516；6,194,098；6,466,308；5,645,651)公開了(a)RFeB化合物，該化合物含有的主要元素包括R(至少一種包含Y(釔)的稀土元素)、Fe及B(硼)，具有四方晶體結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a0為約9埃，c0為約12埃，而且每一種化合物均由非磁性相隔離開來；(b)RFeB埃化合物，該化合物含有的主要元素包括R、Fe、B及A(Ti、Ni、Bi、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、埃1、Sb、Ge、Sn、Zr、Hf、Cu、S、C、Ca、Mg、Si、O、或P)，具有四方晶體結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a0為約9埃，c0為約12埃，而且每一種化合物均由非磁性相隔離開來。該文中提到，在下述條件下此永久磁鐵具有優(yōu)良的性能(1)上述四方化合物具有合適的晶粒尺寸，(2)該化合物是體系中的多數(shù)相，以及(3)生成了一種由該化合物與富含R的非磁性相混雜組成的顯微結(jié)構(gòu)。
例如，按照日本專公開平成7-78269的實施例2，將由8％(原子)B、15％(原子)Nd(釹)及其余量的Fe組成的合金進行精細粉碎，制成平均粒度為3微米的合金粉末。將該粉末放在10kOe(千奧斯特)的磁場中，在2噸/平方厘米的壓力下壓實，然后在1100℃下，2×10-1毫米汞柱的氬氣中燒結(jié)1小時。該磁鐵的性質(zhì)是Br＝12.1kG，Hc＝9.3kOe，(BH)max＝34 MGOe(兆奧斯特)。該燒結(jié)壓實物的多數(shù)相是四方化合物，其晶格常數(shù)a0＝8.8埃，c0＝12.23埃。該多數(shù)相同時含有Fe、B及Nd，數(shù)量占該燒結(jié)壓實物的90.5％(體積)。至于將多數(shù)相隔離開來的非磁性界面相則是一種含80％以上R的非磁性相，占4％(體積)，而其余則是氧化物和孔隙。
雖然所述磁鐵表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性能，然而，其中的RFeB或RFeB埃四方化合物的潛在能力仍未得到充分發(fā)揮。其原因可能在于該四方化合物沒有沿c0方向很好地取向，而這又是由于將該四方化合物的多數(shù)相隔離開來的富含R的相是無定形相的緣故。
公開內(nèi)容簡述本發(fā)明的目的在于提供一種具有充分發(fā)揮出RFeB體系四方化合物潛在能力的優(yōu)異磁性能的永久磁鐵組合物。
按照本發(fā)明的永久磁鐵組合物是含有如下組分的配合物(1)一種具有四方晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶RFeB或RFeCoB體系化合物，其晶格常數(shù)a0為約8.8埃，c0為約12埃，其中R為至少一種稀土元素，以及(2)一種立方晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶釹氧化物，其中這兩種晶粒通過取向生長而彼此連接，致使RFeB或RFeCoB晶粒沿著c0方向取向。一般而言，優(yōu)選用Nd作為R，而在釹的含量足夠生成釹氧化物的條件下，可含有諸如Pr(鐠)之類可使用的稀土元素。作為本發(fā)明所使用的釹氧化物，則優(yōu)選用Nd2O3、NdO及NdO2，因為它們具有立方晶體結(jié)構(gòu)。
附圖簡述

圖1是按本發(fā)明制備的永久磁鐵組合物的掃描電子顯微鏡圖象。在圖1中，圖象[SEM](掃描電子顯微鏡)展示出晶粒的分布。圖象[Co]、[Fe]、[Nd]、[O]及[Pr]分別展示出Co、Fe、Nd、O及Pr在與圖象[SEM]相同的區(qū)域內(nèi)的分布情況。
圖2顯示出一種晶粒的EDX(能量分散X射線)譜，其組成與圖1的[SEM]中顯示的晶粒a幾乎相同。
圖3顯示出一種晶粒的EDX譜，其組成與圖1的[SEM]中顯示的晶粒b幾乎相同。
圖4顯示出一種晶粒的TED圖，其組成與圖1的[SEM]中顯示的晶粒a幾乎相同。
圖5顯示出一種晶粒的TED圖，其組成與圖1的[SEM]中顯示的晶粒b幾乎相同。
圖6顯示出一種富含Nd的晶粒的EDX譜，其組成不同于圖3所示晶粒的組成。
圖7顯示出一種富含Nd的晶粒的EDX譜，其組成不同于圖3及圖6所示晶粒的組成。
圖8分別顯示實例1(埃)及對比例1(B)制備的磁鐵的X射線衍射圖。
優(yōu)選實施方案的詳述本發(fā)明的磁鐵組合物與日本專利公開平成7-78269的組合物在如下方面是相同的即兩種組合物的多數(shù)相均由晶格常數(shù)a0約8.8埃及c0約12埃的RFeB體系四方化合物所組成。然而，日本專利公開平成7-78269中的RFeB四方化合物是由富含R的無定形非磁性相隔離開來，而本發(fā)明中的RFeB四方化合物則是由立方結(jié)構(gòu)的釹氧化物晶粒隔開的，而且后者的RFeB化合物與其釹氧化物的晶粒通過取向生長而彼此連接起來，從而使得該RFeB化合物成為高度取向的。由本發(fā)明獲得的磁鐵就是在這一點上區(qū)別于先有技術(shù)的磁鐵。
通常，稀土-鐵-硼體系永久磁鐵的制法是，提供規(guī)定組成的合金，在惰性氣體氛圍中將該合金精細粉碎以防止氧化，在磁場作用下將合金粉末壓實，最后在惰性氣體中對壓實粉末進行燒結(jié)處理。然而，按照該制備方法卻難以使RFeB四方化合物與立方晶系Nd2O3(或NdO、NdO2)之間形成取向生長的連接，以生成取向良好的RFeB晶體。
按照本發(fā)明的永久磁鐵組合物可通過控制配合物中的氧含量來獲得。更具體地說，將包含規(guī)定組成的磁鐵組合物的RFeB合金或RFeCoB合金，或者將包含一部分合金組分，例如Nd、Nd-Fe或Nd-Fe-Co等金屬的含有R的原料壓碎，將該壓碎的原料與壓碎的鋅在含少量水的非活性有機溶劑中，優(yōu)選在甲苯中，在含少量氧的惰性氣體流中進行混合，按濕法將該混合物精細粉碎以獲得平均粒度為1～100微米的精細粉碎顆粒。隨后，必要的話向該溶劑中加入附加的金屬粉末以補償不足的組分，使之達到規(guī)定的組成，然后，必要的話進一步進行精細粉碎。將壓碎的粉末放在非活性氣體流中干燥并煅燒。將煅燒的粉末放在磁場中用普通的方式壓實并燒結(jié)，就獲得永久磁鐵。鋅在煅燒過程中不僅起著RFeB或RFeCoB化合物以及Nd氧化物顆粒的粒度控制劑作用，而且起到促使RFeB或RFeCoB化合物與Nd氧化物晶粒借取向生長而連接的表面活性劑作用。加入的鋅在燒結(jié)期間揮發(fā)掉了，因此在該組合物中幾乎不留什么殘余。
立方晶系Nd2O3(或NdO、NdO2)對四方晶系RFeB或RFeCoB的體積比規(guī)定為1～45％，優(yōu)選規(guī)定為2～30％。
下面，將結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明的構(gòu)成及其效果，然而本發(fā)明絕不局限于該實施例。例如，不僅具有不同的R∶Fe∶B或R∶Fe∶Co∶B化學計量比的化合物，而且含有各種如日本專利公開平成7-78269的表1中所示添加劑的RFeB化合物也可以是本發(fā)明的基本組合物，只要這些化合物具有晶格常數(shù)a0為約8.8埃且c0為約12埃的四方結(jié)構(gòu)即可。這是由于，立方Nd2O3的晶格常數(shù)a0為約4.4埃，正好是四方晶體RFeB或RFeCoB的晶格常數(shù)a0--約8.8埃--的一半，利用這一點就可實現(xiàn)取向生長連接。雖然可以用Pr作為RFeB或RFeCoB中的一部分R，然而R的主要部分則應(yīng)為Nd，以便形成取向生長連接。Nd2O3是釹氧化物中最優(yōu)選的，但是也允許有一部分是NdO及NdO2。通過控制氧化條件(控制用于本發(fā)明中的非活性有機溶劑中的含水量及非活性氣體中的含氧量，以及溫度)，可以使得到的主要是Nd2O3。
實施例1100重量份基本組成為Nd2Fe14B的原料粉末，其中部分Fe被Co所取代，部分Nd被Pr所取代，與1重量份鋅粉末，在含100ppm水的甲苯中、含1％(體積)氧的氬氣流中進行混合并壓碎，所得到的平均粒度為2微米的粉末在不含氧氣的氬氣流中干燥。干燥的粉末在30kOe的磁場作用下以2噸/平方厘米壓力進行壓實，該壓實物料隨后在1080℃下，1.5毫米汞柱的氬氣氛中燒結(jié)1小時，于是獲得一種永久磁鐵。
該燒結(jié)化合物的掃描電子顯微鏡圖象示于圖1。圖1的圖象[SEM]顯示晶粒的分布，其中較大的晶粒(如a)與較小的晶粒(如b)互相連接著，且較大的晶粒被較小的晶粒隔離開來。圖1中的圖象[Co]、[Fe]、[Nd]、[O]及[Pr]分別顯示Co、Fe、Nd、O及Pr在與該圖象[SEM]相同的區(qū)域內(nèi)的分布。Fe和Co分布在例如a的較大的晶粒中，而在例如b的較小晶粒中則很少。另一方面，Nd則主要分布在例如b的較小晶粒中，而在例如a的較大晶粒中則很少。O大多分布在例如b的較小晶粒中，而在例如a的較大晶粒中則很少。Pr主要分布在例如a的較大晶粒中。從對這些分布情況的觀察可以知道，較大的晶粒主要含F(xiàn)e、Co、Nd及Pr，而較小的晶粒則主要含Nd和O。B無法用這種實驗方法來探測。
圖2顯示出一種晶粒的能量分散X射線(EDX)譜，其組成與圖1的[SEM]圖象中顯示的晶粒a幾乎相同。該光譜證實，晶粒a主要含F(xiàn)e，其余是Co、Nd、Pr以及B。
圖3顯示出一種晶粒的EDX譜，其組成與圖1的[SEM]中顯示的晶粒b幾乎相同。該光譜證實，晶粒b主要含Nd和O，其余是Pr、Fe、Co以及B。
圖4顯示出一種晶粒的發(fā)射電子衍射(TED)圖，其組成與圖1的[SEM]圖象中顯示的晶粒a幾乎相同。該圖證實，晶粒a是具有晶格常數(shù)a0為約8.8埃的四方結(jié)構(gòu)。以不同的電子束入射角得到的另一TED圖證實，晶格常數(shù)c0為約12埃。
圖5顯示出一種晶粒的TED圖，其組成與圖1的[SEM]圖象中顯示的晶粒b幾乎相同。該圖證實，該晶粒具有立方結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a0為約4.4埃。該立方晶粒的晶格常數(shù)a0為約4.4埃，正好是四方晶粒晶格常數(shù)a0約8.8微米的一半--這一關(guān)系，乃是取向生長連接的重要條件。
圖6顯示出一種富含Nd的晶粒的EDX譜，該晶粒具有不同于圖3所示晶粒的組成。圖7顯示出一種富含Nd的晶粒的EDX譜，該晶粒具有不同于圖3和圖6所示晶粒的組成。圖6和7分別證實，圖1的[SEM]圖象上的一些相對較小的晶粒的組成是NdO或NdO2。根據(jù)這兩張光譜所評價的晶粒的Nd與O的化學計量比分別為1∶1和1∶2。
按本發(fā)明制備的燒結(jié)磁鐵的X射線衍射圖示于圖8埃。表示沿c軸方向取向程度的(004)和(006)處的衍射強度分別是1450和3400cps(赫茲)。該沿c軸方向的取向度比對比例1的好。與c軸方向略微傾斜的(105)衍射強度是3150cps，該數(shù)值雖然并不小，但仍小于(006)處的衍射。
從上述結(jié)果可以看出，實施例1的燒結(jié)化合物是由RFeCoB晶粒與NdOx晶粒所組成的配合物，前者為四方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a0為約8.8埃，c0為約12埃，后者為立方結(jié)構(gòu)，二者彼此靠取向生長連接起來，因此RFeCoB晶粒是高度取向的。要注意的是，相對較大的晶粒(Nd2Fe14B四方晶體)與較小的晶粒(NdOx立方晶體)的體積比為4∶1。
磁性質(zhì)如下Br＝15.9kG，Hc＝6.99kOe，(BH)max＝55.9MGOe。該磁鐵與下面將要講到的對比例1磁鐵相比較，在性能方面的優(yōu)越性是由于NdOx的結(jié)晶性及RFeB或RFeCoB晶體的高度取向所致。
對比例1用基本組成與實施例1中一樣的Nd2Fe14B的干燥原料粉末制備了一種參考磁鐵，即其中部分Fe被Co所取代，部分Nd被Pr所取代。將該干燥的原料粉末在30kOe的磁場作用下以2噸/平方厘米的壓力進行壓實，隨后在1080℃下、1.5毫米汞柱的氬氣氛中燒結(jié)1小時。該燒結(jié)產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡圖象示于圖8B。表示沿c軸方向取向程度的(004)和(006)處的衍射強度分別是450和1050cps(赫茲)，而在表示與c軸方向稍許偏離的(105)衍射強度為1600cps，該數(shù)值要大于(006)處的衍射。由此可得出結(jié)論本發(fā)明的磁鐵，其沿c軸方向的取向要好于對比例。參考磁鐵的磁性質(zhì)如下Br＝12.8kG，Hc＝14.6kOe，(BH)max＝46.0MGOe。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵組合物，它是含有如下組分的配合物(1)一種結(jié)晶RFeB或RFeCoB體系化合物，具有四方晶體結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a0為約8.8埃，C0為約12埃，其中R為至少一種稀土元素，與(2)一種立方晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶釹氧化物，其中這兩種晶粒通過取向生長而彼此連接起來，致使RFeB或RFeCoB晶粒沿著C0方向取向。
2.按照權(quán)利要求1的永久磁鐵組合物，其中R是Nd。
3.按照權(quán)利要求1的永久磁鐵組合物，其中立方釹氧化物是NdOx(x＝1,1.5或2)
4.按照權(quán)利要求1的永久磁鐵組合物，其中平均晶體粒度為1～100微米。
5.按照權(quán)利要求1的永久磁鐵組合物，其中立方晶系釹氧化物與四方晶系RFeB或RFeCoB的體積比是1～45％。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供用于制造優(yōu)異磁性能的永久磁鐵的組合物,它充分發(fā)揮出RFeB體系四方化合物的潛在能力。用于本發(fā)明永久磁鐵的組合物是含有如下組分的配合物:(1)一種結(jié)晶RFeB或BRFeCoB體系化合物,具有四方晶體結(jié)構(gòu),其晶格常數(shù)a0為約8.8埃,c0為約12埃,其中R為至少一種稀土元素,與(2)一種立方晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶釹氧化物,其中這兩種晶粒通過取向生長而彼此連接起來,致使RFeB或RFeCoB晶粒沿著co方向取向。
文檔編號C22C38/00GK1233063SQ98115140
公開日1999年10月27日 申請日期1998年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月22日
發(fā)明者關(guān)根重信, 佐藤廣治, 成田実 申請人:三榮化成株式會社