專利名稱：硬磁相與軟磁相合成磁體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土硬磁相與軟磁相交換耦合的合成磁體及其制備方法，屬 于磁體材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。
二、 背景技術(shù)-
當(dāng)今世界，在電子、信息、通信、航空航天、交通及醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，稀土磁體幾 乎無處不在?？v觀未來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，常規(guī)永磁體己經(jīng)難以滿足工程和技術(shù)的 要求，因為其性能已經(jīng)接近理論極限，要提高其性能已經(jīng)沒有多大潛在空間了。于是更高性
能的新一代磁體成為研究熱點。在1956-1957年間，W.H.Meiklejohn和C.P.Bean提出，如 果硬磁相與軟磁相在晶粒相互接觸之處，它們的晶格取向能夠互相關(guān)聯(lián)，則可能發(fā)生硬磁相 與軟磁相之間的交換耦合.這現(xiàn)象這已被實驗所證實。1991年，克奈勒(E.F.Kneller) [1]等 人提出了利用這種硬磁相與軟磁相之間的交換耦合原理探索新型磁體的新思路使高飽和磁 化強度軟磁相與高矯頑力硬磁相發(fā)生交換耦合以制造新型磁體。要使交換耦合原理能夠提高 磁性，必須滿足兩個條件
第一、硬磁相與軟磁相發(fā)生交換耦合；
第二、軟磁相線性尺度小于其疇壁厚度。
值得注意的是，為了使交換耦合原理能夠提高磁性，只要求軟磁相線性尺度小于其疇壁 厚度(納米級)；而不要求硬磁相線性尺度也小于其疇壁厚度(納米級)。但是，迄今為止， 國內(nèi)外有關(guān)更高性能的新一代磁體的研究工作全都集中于硬磁相與軟磁相交換耦合的 納米合成材料，也就是說，發(fā)生交換耦合的硬磁相與軟磁相的線性尺度都是納米 級的，即小于1微米。
1996年，Bauer J等人研究硬磁相與軟磁相交換耦合的納米合成材料，其中 a-Fe相的晶粒度為15nm，其含量為為30vol%， Nd2Fe14B相的晶粒度為25nm，這時，所得到 的樣品磁性為(BH)m=23.3MG0e， Hei=5. 3K0e。
1998年，Chang W. C等人研究硬磁相與軟磁相交換耦合的納米合成材料，用少 量Cr取代部分Fe，提高矯頑力H。產(chǎn)12K0e，但磁能積下降了 (BH) m=19MG0e。
2002年，Jung-Ho Park等人研究硬磁相與軟磁相交換耦合的納米合成材料，其中oc-Fe相的晶粒度為10nm， Nd2Fe14B相的晶粒度為55nm，這時，所得到的樣品磁性為 (BH) =14. 2MG0e， H。產(chǎn)3. 4K0e。
2002年，Y. W. Wu等人研究硬磁相與軟磁相交換耦合的納米合成材料，用少量 Zr已取代部分Fe，其中oc-Fe相與Nd2FewB相的晶粒度都是20nra，這時，所得到的樣品磁 性為(BH)m=19MG0e， Hci=3. 46K0e。
美國德頓大學(xué)的磁學(xué)實驗室從2002年開始研究硬磁相與軟磁相交換耦合的納米 合成材料，得到的結(jié)果逐年提高，到2004年，提高到(BH) =51. 6MG0e， Hci=12. 3K0e。其中a-Fe相與Nd2Fe14B相的晶粒度都在50nm左右。
目前國內(nèi)外研究工作遇到困難，這是由于這些研究工作涉及的硬磁相與軟磁相交換 耦合的納米合成材料中的硬磁相晶粒度都小于1微米，而這種晶粒度的硬磁相所得到 的矯頑力的最高記錄是H。產(chǎn)12.3K0e，要得到更高的矯頑力比較困難，因而也就難以得到更高 的磁性能。要得到更高的矯頑力必須使硬磁相具有最佳晶粒度，而硬磁相的最佳晶粒度是3-5 微米。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種能夠得到更高矯頑力從而得到更高磁性、成本更低，機械性能 及抗腐蝕性能更高的硬磁相與軟磁相合成磁體及制備方法 技術(shù)解決方案
本發(fā)明由硬磁相、軟磁相組成，硬磁相彌散在軟磁母相中，其特征是軟磁相
的含量為5wt%-70wt%，其余為硬磁相，硬磁相的晶粒度為1.5-10微米，軟磁相的晶粒度
為10-100微米，微米晶粒硬磁相之間的距離為10-100納米；微米晶粒軟磁母相與彌散在
其中的微米晶粒硬磁相發(fā)生交換耦合。 合成磁體形成磁單軸各向異性。
硬磁相是RxTioo-x-yMy。其中R表示稀土元素或它們的組合；T表示過渡金屬或它們 的組合；M表示IIIA， IVA， VA元素及Nb、 Zr、 Mo、 Ag、 Ta、 W的一種或它們的組合。其 中x等于或大于11.76; y等于或大于6。
軟磁相是Co、 Fe、 Ni、 CoFe、 Fe2B、 Fe3B、 (Fe,Co)2B、 (Fe，Co)3B或它們的組合。 硬磁相與軟磁相交換耦合的合成磁體的制備方法，其特征是用真空中頻 冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在1000 110(TC下進行均勻化熱處理1-3小時，經(jīng)過粗破碎后置于氫爆爐中氫爆，再球磨，得到粒度為1. 5-10微米的硬磁相粉末；用軟磁相包覆硬磁 相粉末顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度控制在5-50納米，將得到的復(fù)合粉 體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1000—115(^C下燒結(jié)0.5—3小時， 再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900。C開始緩慢冷卻，在軟磁相居里溫度附 近保溫0. 5—3小時，在500—750°C保溫0. 5—3小時，在硬磁相居里溫度附近保溫0. 5—3 小時。真空磁場熱處理的磁場為0. 1—0. 8特斯拉。
硬磁相與軟磁相交換耦合的合成磁體的制備方法，其特征是用鑄片爐 冶煉硬磁相合金，輪輥轉(zhuǎn)速為l-5m/s，鑄片厚度為200-400mra，置于氫爆爐中氫爆，再球 磨，得到粒度為1.5-10微米的硬磁相粉末；將納米軟磁相粉末與硬磁相粉末混合，混 合體中納米軟磁相粉末的含量為由5wt。/。到70wt%，納米軟磁相粉末粒度在20-50納米之間； 將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1000—115(^C 下燒結(jié)0.5—3小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900"C開始緩慢冷卻， 在軟磁相居里溫度附近保溫0. 5—3小時，在500—750°C保溫0. 5—3小時，在硬磁相居里 溫度附近保溫0. 5—3小時,真空磁場熱處理的磁場為0. l—O. 8特斯拉。 本發(fā)明特點是
本專利提出用軟磁相與硬磁相交換耦合的原理來研制合成材料的方法中要求大于1. 5 微米晶粒硬磁相彌散在軟磁母相中，其中有三個特點
(1) 大于1. 5微米晶粒硬磁相彌散在軟磁母相中；
(2) 硬磁相與軟磁相發(fā)生交換耦合；
(3) 硬磁相之間的距離小于軟磁相的疇壁厚度。
這樣可以從兩方面解決上述困難
(1)由于硬磁相的晶粒是微米級的，較容易得到高矯頑力； (2 )通過磁場成型與磁場熱處理方法得到磁單軸各向異性。 這種新型磁體有以下潛在優(yōu)點
(1) 軟磁相的含量可以接近50%,從而可把磁能積的理論值提得很高；
(2) 硬磁彌散相被軟磁母相包裹，從而使材料的抗氧化性能、機械性能得到改善，甚 至有可能具有機械加工性。
(3) 稀土含量較低，有利于降低磁體成本。本發(fā)明由于硬磁相處于最佳晶粒度(3-5微米)，微米晶粒硬磁相彌散在軟磁母相中； 硬磁相與軟磁相發(fā)生交換耦合；硬磁相之間的距離小于軟磁相的疇壁厚度。這樣既 可能得到更高的高矯頑力，又能得到磁單軸各向異性，從而得到更高磁性。 四具體實施方式
實施例1
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為
Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58.8:10:l. 2 用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在1080'C下進行均勻化真空熱處理2小時，隨 后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由3微米到5微米。
用真空超聲化學(xué)法制備Fe包覆硬磁相粉末顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度控 制在1 0納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080QC 下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900°C開始緩慢冷卻，在790flC 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0. 7特斯拉。 實施例2
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為-Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58. 8:10:1.2 用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在108(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由3微米到5微米。
用真空超聲化學(xué)法制備Fe包覆硬磁相粉末顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度 控制在20納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080^ 下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900°C開始緩慢冷卻，在790°C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0. 7特斯拉。 實施例3
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58. 8:10:1.2
用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在108(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由3微米到5微米。
將熱解五羰基鐵制取法得到的納米級羰基鐵粉與硬磁相粉末混合，混合體中納米 級羰基鐵粉的含量為30wt%。納米級羰基鐵粉粒度為20納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080GC 下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900°C開始緩慢冷卻，在790°C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0.7特斯拉。
實施例4
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為 Nd:Dy:Fe:Co:B:29:3:58. 8:10:1.2
用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在108(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由3微米到5微米。
將熱解五羰基鐵制取法得到的納米級羰基鐵粉與硬磁相粉末混合，混合體中納米 級羰基鐵粉的含量為30wt%。納米級羰基鐵粉粒度為40納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在108(^C下 燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900"C開始緩慢冷卻，在790"C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0. 7特斯拉。
實施例5
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為
Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58. 8:10:1. 2 用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在112(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由5微米到8微米。
用真空超聲化學(xué)法制備Fe包覆硬磁相粉末顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度 控制在10納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080QC下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900aC開始緩慢冷卻，在790°C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0.7特斯拉。 實施例6
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為
Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58. 8:10:1. 2 用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在112(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由5微米到8微米。
用真空超聲化學(xué)法制備Fe包覆硬磁相粉末顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度 控制在20納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080QC 下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900flC開始緩慢冷卻，在790°C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0.7特斯拉。 實施例7
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為-Nd:Dy:Fe:Co:B=29:3:58. 8:10:1.2 用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在112(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由5微米到8微米。
將熱解五羰基鐵制取法得到的納米級羰基鐵粉與硬磁相粉末混合，混合體中納米 級羰基鐵粉的含量為30wt%。納米級羰基鐵粉粒度為20納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1080QC 下燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理:從900°C開始緩慢冷卻，在790°C 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650°C保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0. 7特斯拉。 實施例8
硬磁相的成分按各元素的重量百分比為 Nd:Dy:Fe:Co:B-29:3:58.8:10:L2
8用真空中頻冶煉爐冶煉硬磁相合金，將鑄錠在112(TC下進行均勻化真空熱處理2小時， 隨后粗破碎，置于氫爆爐中氫爆，再球磨，粒度由5微米到8微米。
將熱解五羰基鐵制取法得到的納米級羰基鐵粉與硬磁相粉末混合，混合體中納米 級羰基鐵粉的含量為30wt%。納米級羰基鐵粉粒度為40納米左右。
將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在108()GC下 燒結(jié)2小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900"C開始緩慢冷卻，在790t 保溫1. 5小時后以每分鐘降低1度的速度緩冷，在650aC保溫1小時后以每分鐘降低1度的 速度緩冷。真空磁場熱處理的磁場為0.7特斯拉。
權(quán)利要求
1、硬磁相與軟磁相合成磁體，由硬磁相、軟磁相組成，硬磁相彌散在軟磁母相中，其特征是軟磁相的含量為5wt％-70wt％，其余為硬磁相，硬磁相的晶粒度為1.5-10微米，軟磁相的晶粒度為10-100微米，微米晶粒硬磁相之間的距離為10-100納米；微米晶粒軟磁母相與彌散在其中的微米晶粒硬磁相發(fā)生交換耦合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬磁相與軟磁相合成磁體，其特征是合成磁體形 成磁單軸各向異性。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬磁相與軟磁相合成磁體，其特征是硬磁相是 RxTioo-x-yMy。其中R表示稀土元素或它們的組合；T表示過渡金屬或它們的組合；M表示 IIIA, IVA, VA元素及Nb、 Zr、 Mo、 Ag、 Ta、 W的一種或它們的組合。其中x等于或大于11.76; y等于或大于6。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬磁相與軟磁相合成磁體，其特征是軟磁相是Co、 Fe、 Ni、 CoFe、 Fe2B、 Fe3B、 (Fe，Co)2B、 (Fe,Co)3B或它們的組合。
5、 硬磁相與軟磁相合成磁體的制備方法，其特征是用真空中頻冶煉爐冶 煉硬磁相合金，將鑄錠在1000 110(TC下進行均勻化熱處理1-3小時，經(jīng)過粗破碎后置于氫 爆爐中氫爆，再球磨，得到粒度為1.5-10微米的硬磁相粉末；用軟磁相包覆硬磁相粉末 顆粒的復(fù)合粉體，包覆層厚度控制在5-50納米，將得到的復(fù)合粉體在磁 場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1000—1150。C下燒結(jié)0.5—3小時，再將 所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900°C開始緩慢冷卻，在軟磁相居里溫度附近保 溫0. 5—3小時，在500—750"C保溫0. 5—3小時，在硬磁相居里溫度附近保溫0. 5—3小時。 真空磁場熱處理的磁場為0. 1—0. 8特斯拉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬磁相與軟磁相合成磁體的制備方法，其特征是 用鑄片爐冶煉硬磁相合金，輪輥轉(zhuǎn)速為1-5m/s，鑄片厚度為200-400mm，置于氫爆爐中 氫爆，再球磨，得到粒度為1.5-10微米的硬磁相粉末；將納米軟磁相粉末與硬磁相粉末 混合，混合體中納米軟磁相粉末的含量為由5wtW到70wt%，納米軟磁相粉末粒度在20-50 納米之間；將得到的復(fù)合粉體在磁場中壓制成型，再進行等靜壓，然后在1000 —1150QC下燒結(jié)0.5—3小時。再將所得到的燒結(jié)磁體進行真空磁場熱處理從900°C開始 緩慢冷卻，在軟磁相居里溫度附近保溫0.5—3小時，在500—750"C保溫0.5—3小時，在硬 磁相居里溫度附近保溫0. 5—3小時，真空磁場熱處理的磁場為0. 1—0. 8特斯拉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬磁相與軟磁相合成磁體及其制備方法，屬于磁體材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。特點是硬磁相彌散在軟磁母相中，其特征是軟磁相的含量為5wt％-70wt％，其余為硬磁相，硬磁相的晶粒度為1.5-10微米，軟磁相的晶粒度為10-100微米，微米晶粒硬磁相之間的距離為10-100納米；微米晶粒軟磁母相與彌散在其中的微米晶粒硬磁相發(fā)生交換耦合。本發(fā)明軟磁相的含量可以接近50％，從而可把磁能積的理論值提得很高；硬磁彌散相被軟磁母相包裹，從而使材料的抗氧化性能、機械性能得到改善，甚至有可能具有機械加工性。稀土含量較低，有利于降低磁體成本。
文檔編號H01F7/00GK101299370SQ20081000805
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者張雪峰, 徐來自, 武曉霞, 牛煥忠 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)