本發(fā)明屬于磁性材料領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)稟矯頑力三維分布的磁體及其制備方法。

背景技術(shù)：

磁性是物質(zhì)的基本屬性之一，磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，包括永磁材料、軟磁材料、磁致伸縮材料、磁制冷材料等。其中永磁材料又稱“硬磁材料”，指的是磁化飽和后不易退磁還能長期保留磁性的一種功能材料，包括鐵氧體永磁、釤鈷永磁、釹鐵硼永磁等。永磁材料的開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用程度是現(xiàn)代國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的標(biāo)志之一，在國民經(jīng)濟(jì)和社會活動(dòng)中扮演著重要的角色，當(dāng)代永磁材料的家庭平均使用量被用來作為衡量現(xiàn)代國民生活水平的標(biāo)準(zhǔn)。目前永磁材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事、磁力傳動(dòng)裝置、電子儀表、醫(yī)療器械、家用電器等諸多領(lǐng)域，并成為機(jī)械、動(dòng)力、電子信息等產(chǎn)業(yè)賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

永磁材料是基礎(chǔ)功能材料，需要與其他的功能材料或部件組合成功能器件，才能滿足應(yīng)用需求。永磁材料在使用過程中或多或少會受到來自功能器件其他組成單元產(chǎn)生的磁場或者永磁材料本身磁場的影響，當(dāng)這類磁場的方向與磁體本身的磁場方向相反時(shí)，這類磁場就會對磁體造成退磁作用，因此稱其為退磁場。當(dāng)退磁場的大小達(dá)到或超過磁體的內(nèi)稟矯頑力時(shí)，磁體就會因退磁而失效。實(shí)際應(yīng)用中，退磁場往往具有一定的三維分布，不是均勻的磁場，處于其中的磁體的退磁也表現(xiàn)為不同位置退磁不同，即局部退磁的特點(diǎn)，一旦磁體出現(xiàn)局部退磁現(xiàn)象，就不能持續(xù)滿足器件的應(yīng)用需求，需要更換磁體或者對磁體重新充磁以恢復(fù)其磁性。

當(dāng)前，為了抑制退磁場的退磁作用，防止出現(xiàn)因磁體局部退磁導(dǎo)致的器件失效現(xiàn)象出現(xiàn)，主要通過提高磁體的整體內(nèi)稟矯頑力——使磁體的整體內(nèi)稟矯頑力高于磁體使用空間的最大退磁場來實(shí)現(xiàn)。雖然提高整體內(nèi)稟矯頑力可以滿足應(yīng)用需求，但是受限于磁體內(nèi)稟矯頑力和剩磁的互相抑制作用，高內(nèi)稟矯頑力磁體的剩磁和最大磁能積較低，提供的磁場強(qiáng)度較小，同時(shí)高內(nèi)稟矯頑力磁體的價(jià)格相對較高，因此有必要針對退磁場的分布特點(diǎn)，開發(fā)具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體及其制備方法。該具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體，在高退磁場區(qū)域具有高內(nèi)稟矯頑力，可以抵御退磁場的退磁作用，在低退磁場區(qū)域具有低內(nèi)稟矯頑力，可以顯著降低磁體成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種內(nèi)稟矯頑力三維分布的磁體及其制備方法。

具體為：

一種內(nèi)稟矯頑力三維分布的磁體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)制備內(nèi)稟矯頑力不同的兩種或兩種以上的永磁粉末；

(2)建立待制備磁體內(nèi)部內(nèi)稟矯頑力的三維分布模型，根據(jù)內(nèi)稟矯頑力來將其分解成若干個(gè)大小相同的微小模型；然后采集每個(gè)微小模型的三維坐標(biāo)，并根據(jù)三維坐標(biāo)在模具空間內(nèi)建立各自的空間位置與內(nèi)稟矯頑力的對應(yīng)關(guān)系；

(3)根據(jù)內(nèi)稟矯頑力三維分布模型，將步驟(1)制備的具有不同內(nèi)稟矯頑力的永磁粉末分別導(dǎo)入模具空間內(nèi)相對應(yīng)的空間位置中，待永磁粉末全部導(dǎo)入后施加取向磁場與壓力，制得磁性生坯；

(4)磁性生坯經(jīng)燒結(jié)和時(shí)效處理后制成致密化的具有內(nèi)稟矯頑力三維分布的磁體。

進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中的永磁粉末為釤鈷粉末、釹鐵硼粉末、鐵氧體粉末中的一種或多種，其三維尺寸為1μm～20μm。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中的微小模型的三維尺寸為10μm～20mm，單個(gè)微小模型內(nèi)部的內(nèi)稟矯頑力均勻一致。

本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供經(jīng)上述制備方法所制備的磁體，其內(nèi)稟矯頑力呈三維分布，所述磁體的三維尺寸為1mm～100mm。

本發(fā)明制備的磁體具有矯頑力的三維分布，即磁體內(nèi)部在不同位置的內(nèi)稟矯頑力是不同的——局部區(qū)域具有高內(nèi)稟矯頑力，可以抵御退磁場的退磁作用；局部區(qū)域具有低內(nèi)稟矯頑力，可以顯著降低磁體成本。故本發(fā)明制備的磁體在滿足退磁場的應(yīng)用需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本的降低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

實(shí)施例1：

①制備剩磁為13kgs、內(nèi)稟矯頑力分別為10koe、15koe的釹鐵硼粉末a、b；

②建立待制備磁體的內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型(如圖1所示，磁體尺寸規(guī)格為24mm×24mm×3mm，圖中1代表低內(nèi)稟矯頑力，2代表高內(nèi)稟矯頑力；箭頭方向?yàn)橐状呕较?，并將其分解成8×8×1＝64個(gè)3mm×3mm×3mm的內(nèi)稟矯頑力不同的微小模型，采集每個(gè)微小模型的三維坐標(biāo)，并根據(jù)該三維坐標(biāo)在模具空間建立各自的空間位置與內(nèi)稟矯頑力的對應(yīng)關(guān)系；

③根據(jù)內(nèi)稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b分別導(dǎo)入模具空間中相對應(yīng)的空間位置中(即對應(yīng)1的位置添加a粉末，對應(yīng)2的位置添加b粉末)，待粉末全部加入后施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓制成型，制得磁性生坯；

④磁性生坯經(jīng)燒結(jié)和時(shí)效處理制成致密化的具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體。

對比例1-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓制成型制備與實(shí)施例1尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例1-1。

對比例1-2：

使用釹鐵硼粉末b直接壓制成型制備與實(shí)施例1尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例1-2。

在常溫下，對比測試了實(shí)施例1、對比例1-1、對比例1-2制備的磁體在磁化飽和后的磁矩以及經(jīng)9koe均勻退磁場退磁后的磁矩，列于表1。

表1：實(shí)施例1與對比例的磁矩對比

從表1可以看出，實(shí)施例1制備的磁體的耐退磁場退磁的能力明顯高于對比例1-1，而與對比例1-2基本相當(dāng)。然而，實(shí)施例1制備過程中使用了大量的低內(nèi)稟矯頑力磁粉a，成本顯著低于全部使用高內(nèi)稟矯頑力磁粉b的對比例1-2。

實(shí)施例2：

①制備剩磁為13.5kgs、內(nèi)稟矯頑力分別為10koe、12.5koe、15koe的釹鐵硼粉末a、b、c；

②建立待制備磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型(如圖2所示，磁體尺寸規(guī)格為12mm×16mm×20mm，圖中1代表低內(nèi)稟矯頑力，2代表中等內(nèi)稟矯頑力，3代表高內(nèi)稟矯頑力；箭頭為易磁化方向)，并將其分解成6×8×10＝480個(gè)2mm×2mm×2mm的內(nèi)稟矯頑力不同的微小模型，采集每個(gè)微小模型的三維坐標(biāo)，并根據(jù)該三維坐標(biāo)在模具空間建立各自的空間位置與內(nèi)稟矯頑力的對應(yīng)關(guān)系；

③根據(jù)內(nèi)稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c分別導(dǎo)入模具空間中相對應(yīng)的空間位置中(即對應(yīng)1的位置添加a粉末，對應(yīng)2的位置添加b粉末，對應(yīng)3的位置添加c粉末)，待粉末全部加入后施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓制成型，制得磁性生坯；

④磁性生坯經(jīng)燒結(jié)和時(shí)效處理制成致密化的具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體。

對比例2-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓制成型制備與實(shí)施例2尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例2-1。

對比例2-2：

使用釹鐵硼粉末c直接壓制成型制備與實(shí)施例2尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例2-2。

在常溫下，對比測試了實(shí)施例2、對比例2-1、對比例2-2制備的磁體在磁化飽和后的磁矩以及經(jīng)一維梯度退磁場退磁后的磁矩值，列于表2。

表2實(shí)施例2與對比例的磁矩對比

從表2可以看出，實(shí)施例2制備的磁體的耐退磁場退磁的能力高于對比例2-1，而與對比例2-2基本相當(dāng)。然而，實(shí)施例2制備過程中使用了大量的低內(nèi)稟矯頑力磁粉a和中內(nèi)稟矯頑力磁粉b，成本顯著低于全部使用高內(nèi)稟矯頑力磁粉c的對比例2-2。

實(shí)施例3：

①制備剩磁為11kgs，內(nèi)稟矯頑力分別為13koe、15koe、17koe、19koe、21koe的釤鈷粉末a、b、c、d、e；

②建立待制備磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型(如圖3所示，磁體尺寸規(guī)格為24mm×24mm×16mm，圖中1代表低內(nèi)稟矯頑力，2代表中低內(nèi)稟矯頑力，3代表中等內(nèi)稟矯頑力，4代表中高內(nèi)稟矯頑力，5代表高內(nèi)稟矯頑力；箭頭方向?yàn)橐状呕较?，并將其分解成6×6×4＝144個(gè)4mm×4mm×4mm的內(nèi)稟矯頑力不同的微小模型，采集每個(gè)微小模型的三維坐標(biāo)，并根據(jù)該三維坐標(biāo)在模具空間建立各自的空間位置與內(nèi)稟矯頑力的對應(yīng)關(guān)系；

③根據(jù)內(nèi)稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c、d、e分別導(dǎo)入模具空間中相對應(yīng)的空間位置中，(即對應(yīng)1的位置添加a粉末，對應(yīng)2的位置添加b粉末，對應(yīng)3的位置添加c粉末，對應(yīng)4的位置添加d粉末，對應(yīng)5的位置添加e粉末)，待粉末全部加入后施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓制成型，制得磁性生坯；

④磁性生坯經(jīng)燒結(jié)和時(shí)效處理制成致密化的具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體。

對比例3-1：

使用釤鈷粉末a直接壓制成型制備與實(shí)施例3尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例3-1。

對比例3-2：

使用釤鈷粉末e直接壓制成型制備與實(shí)施例3尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例3-2。

在常溫下，對比測試了實(shí)施例3、對比例3-1、對比例3-2制備的磁體在磁化飽和后的磁矩以及經(jīng)二維梯度退磁場退磁后的磁矩值，列于表3。

表3實(shí)施例3與對比例的磁矩對比

從表3可以看出，實(shí)施例3制備的磁體的耐退磁場退磁的能力高于對比例3-1，而與對比例3-2基本相當(dāng)。然而，實(shí)施例3制備過程中使用了大量的低內(nèi)稟矯頑力磁粉a和中低內(nèi)稟矯頑力磁粉b，成本顯著低于全部使用高內(nèi)稟矯頑力磁粉e的對比例3-2。

實(shí)施例4：

①制備剩磁為14kgs，內(nèi)稟矯頑力分別為10koe、12koe、14koe、16koe的釹鐵硼粉末a、b、c、d；

②建立待制備磁體內(nèi)稟矯頑力分布的三維模型(如圖4所示，磁體尺寸規(guī)格為30mm×30mm×30mm，圖中1代表低內(nèi)稟矯頑力，2代表中等內(nèi)稟矯頑力，3代表中高內(nèi)稟矯頑力，4代表高內(nèi)稟矯頑力)，并將其分解成2×2×2＝8個(gè)15mm×15mm×15mm的內(nèi)稟矯頑力不同的微小模型，采集每個(gè)微小模型的三維坐標(biāo)，并根據(jù)該三維坐標(biāo)在模具空間建立位置與內(nèi)稟矯頑力的對應(yīng)關(guān)系；

③根據(jù)內(nèi)稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c、d分別導(dǎo)入模具空間中相對應(yīng)的空間位置中，(即對應(yīng)1的位置添加a粉末，對應(yīng)2的位置添加b粉末，對應(yīng)3的位置添加c粉末，對應(yīng)4的位置添加d粉末)，待粉末全部加入后施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓制成型，制得磁性生坯；

④磁性生坯經(jīng)燒結(jié)和時(shí)效處理制成致密化的具有內(nèi)稟矯頑力分布的磁體。

對比例4-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓制成型制備與實(shí)施例4尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例4-1。

對比例4-2：

使用釹鐵硼粉末d直接壓制成型制備與實(shí)施例4尺寸規(guī)格相同的磁體，作為對比例4-2。

在常溫下，對比測試了實(shí)施例4、對比例4-1、對比例4-2制備的磁體在磁化飽和后的磁矩以及經(jīng)三維梯度退磁場退磁后的磁矩值，列于表4。

表4實(shí)施例4與對比例的磁矩對比

從表4可以看出，實(shí)施例4制備的磁體的耐退磁場退磁的能力高于對比例4-1，而與對比例4-2基本相當(dāng)。然而，實(shí)施例4制備過程中使用了大量的低內(nèi)稟矯頑力磁粉a和中內(nèi)稟矯頑力磁粉b，成本顯著低于全部使用高內(nèi)稟矯頑力磁粉d的對比例4-2。

以上所述的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。