一種內稟矯頑力三維分布的磁體及其製備方法與流程

2023-07-12 03:04:11

本發明屬於磁性材料領域，具體涉及一種內稟矯頑力三維分布的磁體及其製備方法。

背景技術：

磁性是物質的基本屬性之一，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、磁製冷材料等。其中永磁材料又稱「硬磁材料」，指的是磁化飽和後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、生產和應用程度是現代國家經濟發展程度的標誌之一，在國民經濟和社會活動中扮演著重要的角色，當代永磁材料的家庭平均使用量被用來作為衡量現代國民生活水平的標準。目前永磁材料已廣泛應用於航空航天、國防軍事、磁力傳動裝置、電子儀表、醫療器械、家用電器等諸多領域，並成為機械、動力、電子信息等產業賴以發展的物質基礎。

永磁材料是基礎功能材料，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生的磁場或者永磁材料本身磁場的影響，當這類磁場的方向與磁體本身的磁場方向相反時，這類磁場就會對磁體造成退磁作用，因此稱其為退磁場。當退磁場的大小達到或超過磁體的內稟矯頑力時，磁體就會因退磁而失效。實際應用中，退磁場往往具有一定的三維分布，不是均勻的磁場，處於其中的磁體的退磁也表現為不同位置退磁不同，即局部退磁的特點，一旦磁體出現局部退磁現象，就不能持續滿足器件的應用需求，需要更換磁體或者對磁體重新充磁以恢復其磁性。

當前，為了抑制退磁場的退磁作用，防止出現因磁體局部退磁導致的器件失效現象出現，主要通過提高磁體的整體內稟矯頑力——使磁體的整體內稟矯頑力高於磁體使用空間的最大退磁場來實現。雖然提高整體內稟矯頑力可以滿足應用需求，但是受限於磁體內稟矯頑力和剩磁的互相抑制作用，高內稟矯頑力磁體的剩磁和最大磁能積較低，提供的磁場強度較小，同時高內稟矯頑力磁體的價格相對較高，因此有必要針對退磁場的分布特點，開發具有內稟矯頑力分布的磁體及其製備方法。該具有內稟矯頑力分布的磁體，在高退磁場區域具有高內稟矯頑力，可以抵禦退磁場的退磁作用，在低退磁場區域具有低內稟矯頑力，可以顯著降低磁體成本。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述技術現狀，提供一種內稟矯頑力三維分布的磁體及其製備方法。

具體為：

一種內稟矯頑力三維分布的磁體的製備方法，其特徵在於包括以下步驟：

(1)製備內稟矯頑力不同的兩種或兩種以上的永磁粉末；

(2)建立待製備磁體內部內稟矯頑力的三維分布模型，根據內稟矯頑力來將其分解成若干個大小相同的微小模型；然後採集每個微小模型的三維坐標，並根據三維坐標在模具空間內建立各自的空間位置與內稟矯頑力的對應關係；

(3)根據內稟矯頑力三維分布模型，將步驟(1)製備的具有不同內稟矯頑力的永磁粉末分別導入模具空間內相對應的空間位置中，待永磁粉末全部導入後施加取向磁場與壓力，製得磁性生坯；

(4)磁性生坯經燒結和時效處理後製成緻密化的具有內稟矯頑力三維分布的磁體。

進一步方案，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，單個微小模型內部的內稟矯頑力均勻一致。

本發明的另一個發明目的是提供經上述製備方法所製備的磁體，其內稟矯頑力呈三維分布，所述磁體的三維尺寸為1mm～100mm。

本發明製備的磁體具有矯頑力的三維分布，即磁體內部在不同位置的內稟矯頑力是不同的——局部區域具有高內稟矯頑力，可以抵禦退磁場的退磁作用；局部區域具有低內稟矯頑力，可以顯著降低磁體成本。故本發明製備的磁體在滿足退磁場的應用需求的同時實現成本的降低。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的磁體內稟矯頑力分布的三維模型；

圖2是本發明實施例2的磁體內稟矯頑力分布的三維模型；

圖3是本發明實施例3的磁體內稟矯頑力分布的三維模型；

圖4是本發明實施例4的磁體內稟矯頑力分布的三維模型。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。

實施例1：

①製備剩磁為13kgs、內稟矯頑力分別為10koe、15koe的釹鐵硼粉末a、b；

②建立待製備磁體的內稟矯頑力分布的三維模型(如圖1所示，磁體尺寸規格為24mm×24mm×3mm，圖中1代表低內稟矯頑力，2代表高內稟矯頑力；箭頭方向為易磁化方向)，並將其分解成8×8×1＝64個3mm×3mm×3mm的內稟矯頑力不同的微小模型，採集每個微小模型的三維坐標，並根據該三維坐標在模具空間建立各自的空間位置與內稟矯頑力的對應關係；

③根據內稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b分別導入模具空間中相對應的空間位置中(即對應1的位置添加a粉末，對應2的位置添加b粉末)，待粉末全部加入後施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓製成型，製得磁性生坯；

④磁性生坯經燒結和時效處理製成緻密化的具有內稟矯頑力分布的磁體。

對比例1-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓製成型製備與實施例1尺寸規格相同的磁體，作為對比例1-1。

對比例1-2：

使用釹鐵硼粉末b直接壓製成型製備與實施例1尺寸規格相同的磁體，作為對比例1-2。

在常溫下，對比測試了實施例1、對比例1-1、對比例1-2製備的磁體在磁化飽和後的磁矩以及經9koe均勻退磁場退磁後的磁矩，列於表1。

表1：實施例1與對比例的磁矩對比

從表1可以看出，實施例1製備的磁體的耐退磁場退磁的能力明顯高於對比例1-1，而與對比例1-2基本相當。然而，實施例1製備過程中使用了大量的低內稟矯頑力磁粉a，成本顯著低於全部使用高內稟矯頑力磁粉b的對比例1-2。

實施例2：

①製備剩磁為13.5kgs、內稟矯頑力分別為10koe、12.5koe、15koe的釹鐵硼粉末a、b、c；

②建立待製備磁體內稟矯頑力分布的三維模型(如圖2所示，磁體尺寸規格為12mm×16mm×20mm，圖中1代表低內稟矯頑力，2代表中等內稟矯頑力，3代表高內稟矯頑力；箭頭為易磁化方向)，並將其分解成6×8×10＝480個2mm×2mm×2mm的內稟矯頑力不同的微小模型，採集每個微小模型的三維坐標，並根據該三維坐標在模具空間建立各自的空間位置與內稟矯頑力的對應關係；

③根據內稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c分別導入模具空間中相對應的空間位置中(即對應1的位置添加a粉末，對應2的位置添加b粉末，對應3的位置添加c粉末)，待粉末全部加入後施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓製成型，製得磁性生坯；

④磁性生坯經燒結和時效處理製成緻密化的具有內稟矯頑力分布的磁體。

對比例2-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓製成型製備與實施例2尺寸規格相同的磁體，作為對比例2-1。

對比例2-2：

使用釹鐵硼粉末c直接壓製成型製備與實施例2尺寸規格相同的磁體，作為對比例2-2。

在常溫下，對比測試了實施例2、對比例2-1、對比例2-2製備的磁體在磁化飽和後的磁矩以及經一維梯度退磁場退磁後的磁矩值，列於表2。

表2實施例2與對比例的磁矩對比

從表2可以看出，實施例2製備的磁體的耐退磁場退磁的能力高於對比例2-1，而與對比例2-2基本相當。然而，實施例2製備過程中使用了大量的低內稟矯頑力磁粉a和中內稟矯頑力磁粉b，成本顯著低於全部使用高內稟矯頑力磁粉c的對比例2-2。

實施例3：

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

②建立待製備磁體內稟矯頑力分布的三維模型(如圖3所示，磁體尺寸規格為24mm×24mm×16mm，圖中1代表低內稟矯頑力，2代表中低內稟矯頑力，3代表中等內稟矯頑力，4代表中高內稟矯頑力，5代表高內稟矯頑力；箭頭方向為易磁化方向)，並將其分解成6×6×4＝144個4mm×4mm×4mm的內稟矯頑力不同的微小模型，採集每個微小模型的三維坐標，並根據該三維坐標在模具空間建立各自的空間位置與內稟矯頑力的對應關係；

③根據內稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c、d、e分別導入模具空間中相對應的空間位置中，(即對應1的位置添加a粉末，對應2的位置添加b粉末，對應3的位置添加c粉末，對應4的位置添加d粉末，對應5的位置添加e粉末)，待粉末全部加入後施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓製成型，製得磁性生坯；

④磁性生坯經燒結和時效處理製成緻密化的具有內稟矯頑力分布的磁體。

對比例3-1：

使用釤鈷粉末a直接壓製成型製備與實施例3尺寸規格相同的磁體，作為對比例3-1。

對比例3-2：

使用釤鈷粉末e直接壓製成型製備與實施例3尺寸規格相同的磁體，作為對比例3-2。

在常溫下，對比測試了實施例3、對比例3-1、對比例3-2製備的磁體在磁化飽和後的磁矩以及經二維梯度退磁場退磁後的磁矩值，列於表3。

表3實施例3與對比例的磁矩對比

從表3可以看出，實施例3製備的磁體的耐退磁場退磁的能力高於對比例3-1，而與對比例3-2基本相當。然而，實施例3製備過程中使用了大量的低內稟矯頑力磁粉a和中低內稟矯頑力磁粉b，成本顯著低於全部使用高內稟矯頑力磁粉e的對比例3-2。

實施例4：

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

②建立待製備磁體內稟矯頑力分布的三維模型(如圖4所示，磁體尺寸規格為30mm×30mm×30mm，圖中1代表低內稟矯頑力，2代表中等內稟矯頑力，3代表中高內稟矯頑力，4代表高內稟矯頑力)，並將其分解成2×2×2＝8個15mm×15mm×15mm的內稟矯頑力不同的微小模型，採集每個微小模型的三維坐標，並根據該三維坐標在模具空間建立位置與內稟矯頑力的對應關係；

③根據內稟矯頑力三維分布模型，將釹鐵硼粉末a、b、c、d分別導入模具空間中相對應的空間位置中，(即對應1的位置添加a粉末，對應2的位置添加b粉末，對應3的位置添加c粉末，對應4的位置添加d粉末)，待粉末全部加入後施加取向磁場與壓力，將磁性粉末壓製成型，製得磁性生坯；

④磁性生坯經燒結和時效處理製成緻密化的具有內稟矯頑力分布的磁體。

對比例4-1：

使用釹鐵硼粉末a直接壓製成型製備與實施例4尺寸規格相同的磁體，作為對比例4-1。

對比例4-2：

使用釹鐵硼粉末d直接壓製成型製備與實施例4尺寸規格相同的磁體，作為對比例4-2。

在常溫下，對比測試了實施例4、對比例4-1、對比例4-2製備的磁體在磁化飽和後的磁矩以及經三維梯度退磁場退磁後的磁矩值，列於表4。

表4實施例4與對比例的磁矩對比

從表4可以看出，實施例4製備的磁體的耐退磁場退磁的能力高於對比例4-1，而與對比例4-2基本相當。然而，實施例4製備過程中使用了大量的低內稟矯頑力磁粉a和中內稟矯頑力磁粉b，成本顯著低於全部使用高內稟矯頑力磁粉d的對比例4-2。

以上所述的實施例對本發明的技術方案進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發明的具體實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明的原則範圍內所做的任何修改、補充或類似方式替代等，均應包含在本發明的保護範圍之內。