硬磁材料及用這種硬磁材料製造的磁鐵的製作方法

2023-12-07 23:41:56 2

專利名稱：硬磁材料及用這種硬磁材料製造的磁鐵的製作方法
技術領域：
本發明涉及有一磁性相的磁性材料，該磁性相主要是由晶體RE2Fe17構成。本發明還涉及用這種磁性材料製造的磁鐵。
「鐵磁材料(Ferromagnetic Material)」(E.P.Wohlfarth和K.H.J.Buschow編著，Elsevier科學出版社出版)1988年第4卷第131-209頁給出了上述類型的磁性材料。更具體地說，在所說的參考文獻的第150頁給出了11種RE2Fe17的化合物(

圖11，X＝1)，其中，RE表示稀土金屬鈰、鐠、釹、釤、釓、鏑、鉺、銩、鐿、釷和釔。這些化合物有一個Th2Ni17類型的六角形晶體結構或更接近於Th2Zn17類型的菱形六面體結構。由於鐵含量比較高，因此這些化合物作為永久磁鐵中的硬磁材料是令人感興趣的。然而上述圖表明這些RE2Fe17化合物沒有一個是單軸磁各向異性的。這樣，它們就不適合作永磁材料。
本發明的目的之一就是在RE2Fe17化合物的基礎上提供一種磁性材料，它在室溫下有比較高的單軸各向異性。本發明的另一個目的是提供一種用該磁性材料製造的永久磁鐵。
這個目的是用第一段所述的材料實現的，根據本發明，這種材料的特徵在於填隙C溶解在磁性相中，其量大到足以使磁性材料具有單軸磁各向異性，RE由至少70%(原子百分比)的稀土金屬釤組成。
現已發現，當填隙C溶入其中時，RE2Fe17材料的晶體結構很難改變。RE2Fe17Cx化合物也有一個Th2Ni17或Th2Zn17類型的六角形結構。再者，RE2Fe17C的單晶胞的體積僅超過RE2Fe17的單晶胞體積約2%。就此，一個重要的結果就是沒有明顯的磁性稀釋發生。磁性稀釋是有害的，因為它會導致飽和磁化強度的降低，特別是當RE2Fe17晶格中C取代一個或更多的鐵原子時，磁性稀釋會發生。申請人指出，被溶解的C可使飽和磁化強度有所提高。
另外，已發現在室溫下含有C的RE2Fe17化合物不含有大量釤時，其單軸磁各向異性小到可忽略不計。上述類型的化合物，如Gd2Fe17C或Y2Fe17C一般地呈現出一種所謂的平面各向異性，即在室溫下材料中向異性的方向不是單軸的，而在與結晶的C軸垂直的方向延伸。這就使得它們不適合作永久磁鐵的硬磁材料。
「稀有金屬(J.Less-Common Met.)」142期第349-357頁(1988年)給出了一些Nd2Fe17C化合物。所述的這些化合物具有平面各向異性，它甚至超過Nd2Fe17的平面各向異性。
一種按照本發明所述的最佳實施例的磁性材料其特徵在於硬磁性相的構成符合分子式RE2Fe17Cx，式中0.5＜X＜3.0。當C的溶解量很小時，即X＜0.5時，單軸各向異性也是很小的。對於各種類型的Sm2Fe17Cx化合物，當X＞0.5時，通過對取向磁粉的X射線衍射已經證明，易磁化軸與C軸是平行的。現已發現，如果每個RE2Fe17單體中溶入3個以上的C原子，就得到了多相材料。在這樣的材料中不僅存在所期望的有Th2Zn17結構的晶相，而且還存在大量的所不期望有的晶格。這導致了單軸各向異性的減少。如果每個RE2Fe17單體中溶入的C原子少於2個，就得到了純的單相材料。
進一步地，已發現，就Sm2Fe17Cx化合物而論，釤和鐵的亞晶格的磁化被平行地取向(鐵磁耦合)，這樣總的磁化強度就必然與總的亞晶格的磁化強度相等。由此，根據本發明所述的RE2Fe17Cx化合物，其中RE基本上由釤構成，即釤的量超過70%(原子百分比)，它具有比較高的飽和磁化強度值。用Sm2Fe17Cx化合物可達到最高值。現已發現，Sm2Fe17Cx化合物在1.0＜X＜1.5範圍內有最大的單軸各向異性。溶入化合物RE2Fe17中的C對居裡溫度值(Tc)有很大的影響，這一現象也是很重要的。每個RE2Fe17單體中增加一個C原子可導致Tc增加200K。當根據本發明所述的磁性材料的Tc(居裡溫度)值對預期的應用來說仍然太低時，可用鈷取代少量的鐵(最多20%，原子百分比)而使得Tc值進一步提高。用鎵、鎳、矽和/或鋁取代鐵也可導致Tc值的增加。然而，後面所提到的元素對Tc值的影響要小於鈷對Tc值的影響。
用少量的鎳、銅、錳、鋁、鎵和/或矽取代鐵可增加RE2Fe17Cx化合物的耐蝕性。有少量的稀土金屬鐠和/或釹可增加RE2Fe17Cx化合物的飽和磁化強度。
按照本發明所述的磁性材料能夠以公知的方式製造，通過按照所期望的比例熔化(例如電弧熔化)元素組分RE、Fe、也許還有C0和C，而得到一種鑄件。由於RE組分主要地或全部地由釤組成，因此，較低的蒸發溫度需要使用超量的上述稀土金屬(釤的10-15%)。隨後鑄件要在900-1100℃及保護性氣氛(惰性氣體或真空)的條件下退火處理至少5天。然後退過火的材料迅速地冷卻到室溫。照此，退過火的化合物就得到Th2Zn17型的六角形晶體結構以及預期的單軸各向異性。
磁鐵可用這種燒結材料以公知的方式製造。為了這一目的，把燒結的材料研磨成粉末，然後在磁場中取向，再壓成磁體。也可以將磁粉散布在液態樹脂中，用一磁場使粉末微粒取向，隨後將上述粉末微粒固定在合成樹脂中。
下面通過實施例並參考附圖對本發明作更詳細的說明。
圖1表示在室溫下磁化強度δ┴和δ11與Sm2Fe17C的外加磁場H的函數關係。
圖2表示居裡溫度(Tc)與硬磁化合物Sm2Fe17Cx的X的函數關係。
實施例利用電弧熔煉來製備一些Sm2Fe17Cx化合物。X的取值範圍從0.0到2.0，將各元素組分(純度為99.9%)在二氧化釷坩堝中混合，各元素組分的量應該與結構式相符，將坩堝置於含有被降壓的氬氣容器中。考慮到快速蒸發，而加入少量的釤(重量的10%)。利用氬弧使混合物熔化。這樣熔化的材料在1050℃的真空條件下退火14天。然後，退過火的材料被研磨成粉末。在磁場中取向後的粉末微粒的X射線照片表明所得到的晶體材料是單相的，並且具有單軸各向異性，磁化的取向與六角晶體結構的C軸平行。
各種組成的粉末微粒被散布在以聚酯為基的合成樹脂中，然後被磁性取向，再固定。對這些磁鐵進行測量，測出其垂直(δ┴)和平行(δ11)磁化強度與外加磁場H的函數關係。圖1所示的是對Sm2Fe17C進行測量的結果。考慮到磁性顆粒的取向是不完全的，可能有某種程度的取向紊亂，由此可推測出Sm2Fe17C的各向異性磁場約為3200KA/m(40KOe)。其它方式的測量結果表明這種化合物的各向異性磁場在室溫下為53KOe。
進一步已發現這種化合物易磁化軸的溫度範圍從4.2K到Tc。
比較例一些RE2Fe17Cx化合物，其中RE代表鈥、鏑、鉺、銩、釓、釔鐿和釹，0≤X≤2.0，上述化合物按照本發明的實施例中所述的方法製造。在這些情況下，不加過量的RE。藉助於X射線衍射，證明製成的化合物具有六角形晶體結構。在室溫下，這種化合物沒有或不明顯地具有單軸各向異性。
權利要求
1.一種磁性材料，包括一個主要由晶體RE2Fe17組成的磁性相，其特徵在於填隙C被溶入磁性相中，其溶入量足以使磁性材料在室溫下具有單軸磁各向異性，以及RE由至少70%(原子百分比)的稀土金屬釤組成。
2.如權利要求1所述的磁性材料，其特徵在於硬磁性相的構成符合分子式RE2Fe17Cx，式中0.5＜X＜3.0。
3.如權利要求1或2所述的磁性材料，其特徵在於磁性相中鐵的含量的最高20%可用鈷代替。
4.一種由上述任一權利要求所述的磁性材料構成的永久磁鐵。
全文摘要
本發明公開了一種硬磁材料，其成份可用分子式RE
文檔編號H01F1/058GK1047755SQ9010412
公開日1990年12月12日 申請日期1990年5月7日 優先權日1989年5月10日
發明者庫爾特·海因茨·于爾根·布希秋, 德克·巴斯蒂安·迪穆伊, 西奧多拉·亨德裡卡·雅各斯 申請人:菲利浦光燈製造公司