用于生产永磁体的方法和永磁体的制作方法
【专利说明】用于生产永磁体的方法和永磁体
[0001]本发明涉及一种用于生产永磁体的方法以及一种可以通过这种方法生产的永磁体。
[0002]对例如用于电机中的高性能永磁体的需求持续地增大。具体地，永磁体用于机动车辆牵引用的电动机中，以增加的电动性吸引了更广泛的兴趣。具有高矫顽力的主要磁性或可磁化的合金是RE-TM-B或RE-TM类型的稀土合金，其中RE是一种稀土元素，TM是一种铁族(Fe、Co、Ni)的过渡金属并且B是硼。通常，在从这些材料制造磁体中，人们试图实现最终磁体的最小可能的粒径，确切地在磁畴(< I μπι，理想地200至400nm)的尺寸中，使得该紧凑型磁铁将理想地是由单畴晶体构成，这允许实现了特别高的磁场强度。
[0003]典型的制造方法包括以下过程步骤:粉碎该磁性起始材料，在有或没有外磁场的情况下将该材料压制成一个生坯以形成一种所希望的形状，烧结该生坯用于进一步压缩(高温处理)，任选的退火(热或低温处理)以便减少应力并且使该磁体的结构稳定，机械后处理(切割，研磨)，并且在一个磁场中磁化。在某些情况下，加工阶段还彼此结合，或者改变顺序。例如，已知的是热压制方法，在该方法中压制在导致该磁性材料机械压缩的温度下进行并且因此避免了单独的烧结过程的需要。此外，压制经常在一个外磁场中进行，该外磁场引起有磁各向异性的磁体，使得随后的磁化不是必要的。在热压制中，在压制过程中不使用磁场。相反，在压制之后，磁化这些组分部件。
[0004]在现有技术中使用的烧结方法中，将所粉碎的磁体材料暴露于刚好低于该磁体材料的熔融温度的高温下。使用上述稀土金属合金，典型地使用在1，000°C与1，150°C之间的烧结温度持续1-3小时的烧结时间(在同时施加压力的情况下相应地使用较低的温度)。这导致这些颗粒的压缩和机械结合。还发生颗粒表面的部分熔融，使得所述颗粒在它们的芯边界处还彼此实质性地结合(液相烧结)。烧结的一个所不希望的副作用是晶体生长，甚至在使用具有在< I μπι的目标范围内的粒径的极细颗粒粉末中，晶体生长导致3至10 μπι数量级的粒径。然而，这些颗粒不利地影响磁体的磁性性能。
[0005]上述磁体材料的另一个问题是这些合金是特别自燃性的，特别以粉末的形式，即，它们倾向于在氧和水分的存在下燃烧。在制造过程中这需要特别的保护措施，例如在惰性保护气体下加工并且随后涂覆或嵌入该磁体。这些磁体合金倾向于腐蚀(这还导致降低的磁性性能)也是有问题的。
[0006]为了增加磁体的耐热性，另一个过程步骤作为“晶界扩散方法”(GBDP)在现有技术中是已知的。在这种方法中，将一种附加的物质通过扩散弓I入至该磁体中，如镝、铽、或铜。这种物质在这些晶界之间累积并且增加了这些晶粒的晶格的结构稳定性并且因此增加了其温度稳定性。该GBDP的缺点是该过程步骤中昂贵的并且耗时的。此外，该扩散过程受限于在低于5mm范围内的材料厚度，并且这引起所使用的材料的有问题的浓度梯度。实质上较厚磁体的使用因此可能导致该磁体显示非均匀的磁场强度。此外，按这种方式制造的磁体必须被保护免受腐蚀。为此目的，可以使用镍、环氧树脂等的涂层。
[0007]EP 1744328 BI描述了一种用于磁体的制造方法，其中制造了一种RE-Fe-B类型的磁性材料的粉末，并且将该粉末首先使用一种稀土二氧化物粉末浸渍并且然后使用一种来自聚乙烯醇溶液的玻璃粉末浸渍，使得获得了涂覆的磁性颗粒。在干燥之后，首先将这些颗粒在增加的压力(49MPa)下在一个磁场中成型为生坯，并且在一个加热过程中将这些生坯热封或热锻造成磁体(294MPa，730°C )。这产生一种结构，在该结构中这些磁性颗粒嵌入一种基体中，该基体显示出其中分散了该稀土二氧化物的颗粒的玻璃相。在这些磁性颗粒与该玻璃相之间的界面处，形成了一个层，该层由该磁性材料和该稀土元素的合金相和分散于其中的稀土二氧化物的颗粒组成(参见EP 1744328 BI的图1)。还披露了上述方法的一种变体，其中首先将该磁性材料的粉末使用一种稀土二氧化物在溅射过程中进行涂覆。在这之后，再次进行上述使用该稀土二氧化物粉末和玻璃粉末的湿法浸渍，随后干燥、成型、并且热压制。在这种情况下，获得了一种结构，该结构与前面的那种结构的不同之处在于它具有一个安排在该合金层与这些磁性颗粒之间的附加层，这些磁性颗粒由稀土二氧化物组成(参见EP 1744328 BI的图2)。
[0008]JP 01272101 A(摘要)披露了使用一种碱式硅酸盐(例如，所谓的水玻璃(Na2O/S12)、硅酸钾、或硅酸锂)对RE-TM-B类型的磁性材料的粉末进行表面处理。
[0009]根据JP 03295205 A，粉碎一种稀土合金并且将该粉末浸渍在一种具有水玻璃(Na2CVS12)的水溶液中。干燥、成型、并且热压制按这种方式涂覆有水玻璃的涂覆的颗粒。
[0010]来自EP 0255816 A2的一种制造方法已知用于基于RE-Fe-B合金的磁体，其中首先将该起始材料压碎并且加工成一种粉末。然后使该粉末经受在300°C至1000°C下的热处理并且然后使用一种陶瓷或金属腐蚀保护层进行涂覆，其中该金属层是通过电解手段产生的。将按这种方式制造的涂覆的颗粒在有或没有使用磁场下压制成一种磁体，其中可以将金属、陶瓷、或塑料粉末的添加剂添加到有待压制的粉末中以便改进其强度。
[0011]根据US 2011/0037548 Al，将一种磁性材料(例如Nd-Fe-B)在一种湿磨方法中粉碎以获得< 3 μπι的粒径并且使用一种高熔点金属的有机化合物或一种高熔点陶瓷的前体将其加工成一种浆料，其中这些磁性颗粒使用该有机金属化合物或该陶瓷前体进行涂覆。作为高熔点金属，提及Ta、Mo、W、和Nb，并且作为陶瓷，提及BN和A1N。在添加一种热聚合物粘合剂或硬质塑料聚合物粘合剂之后，该浆料被模制成一种所希望的状态并且在1，100°C与1，150°C之间的温度下烧结。这导致该有机金属化合物或陶瓷前体形成一个包围这些磁性颗粒的层，该层旨在防止在烧结过程中的晶体生长。在US 2011/0267160 Al中描述的方法与以上方法的不同之处主要在于代替使用一种粘合剂，以在一种腐蚀抑油、矿物油、或合成油中的溶解形式使用该有机金属化合物或陶瓷前体。
[0012]从现有技术开始，本发明的目的是提供了一种用于生产永磁体的方法，通过该方法可以更容易地并且以一种更经济的方式制造磁体，该磁体是耐热且耐腐蚀的并且示出了高的磁性性能。本发明的目的还是提供了一种具有改进的耐热性和耐腐蚀性的磁体。
[0013]通过一种用于生产永磁体的制造方法、一种可以通过这种方法生产的永磁体、以及一种包括独立的权利要求书中指定的特征的电机来实现这些目的。
[0014]根据本发明用于生产永磁体的方法包括以下步骤:
[0015](a)提供一种磁性材料的粉末，
[0016](b)使用抗磁性或顺磁性涂覆材料的一个层涂覆这些粉末颗粒，
[0017](C)将这些涂覆的颗粒压制成一种压坯，
[0018](d)在低于适合于烧结(并且熔融)该磁性材料的温度的温度下烧结该涂覆材料，同时将该涂覆材料转移至一种抗磁性或顺磁性材料的基体中，在该基体中嵌入该磁性材料的颗粒，并且
[0019](e)在一个外磁场中磁化该磁性材料，
[0020]其中步骤(c)、(d)和(e)是按任何所希望的相继顺序或同时地以任何所希望的组合进行。
[0021]具体地，根据本发明的方法特征在于该涂覆材料的烧结在低于该磁性材料(在下面还被称为磁体材料)的烧结温度的温度下进行。换句话说，本方法的烧结步骤(d)在不发生该磁性材料的烧结的条件下进行。具体地，在步骤(d)中该烧结是在至多对应于该涂覆材料的转变或熔化温度(取决于它是一种非晶材料还是晶体材料)的温度下进行。因此，在步骤(d)中该烧结发生，其中唯一地恪融该涂覆材料而无磁芯的磁性材料的烧结。优选地，该整个方法是在不发生该磁性材料的烧结的条件下进行的。这意味着在任何过程步骤中不使用导致该磁性材料烧结的条件(具体地温度和压力)。在此上下文中，必要考虑的是这些材料的转变和熔化温度是依赖压力的，并且因此该烧结温度必须将压力考虑在内而进行选择。因此，如果在一个单一过程步骤中同时使用升高的压力和升高的温度，例如通过将步骤(C)和(d)结合，该方法温度不同于在无压力烧结中的进行选择。在每种情况下，以这样一种方式选择这些条件，使得它们至多导致该涂覆材料的烧结，而不导致该磁性材料的烧结。
[0022]通过根据本发明的过程控制同时避免该磁性材料的烧结，尤其在烧结步骤(d)中，防止了这些磁性颗粒的所不希望的晶体生长。这种效应进一步增加，因为这些颗粒具有一个涂层，该涂层防止邻近磁性颗粒在压制和/或烧结过程中生长在一起。其结果是，该最终磁体的磁芯的直径基本上对应于所使用的粉末颗粒的直径，例如是< 3 μπκ并且优选地(I μπκ特别是200至400nm。根据本发明