生产永磁体的方法及永磁体和带有此类永磁体的电动机器的制造方法
【专利说明】生产永磁体的方法及永磁体和带有此类永磁体的电动机器
[0001] 本发明涉及一种用于生产永磁体的方法及一种优选为纳米结构的、能够用该方法 生产的永磁体。本发明还涉及一种电动机器，该电动机器包括至少一个此类的永磁体。
[0002] 对性能卓越的永磁体的需求不断提高，这些永磁体例如用在电动机器中。在电马 达中的永磁体尤其被用于牵引机动车辆，这些永磁体在电动性（Elektromobiltot)增加的 过程中获得关注。主要使用SE-TM-B或SE-TM类型的稀土合金作为具有高的矫顽力的磁性 的或可磁化的合金，其中SE是一种稀土元素，TM是铁族的一种过渡金属（Fe、Co、Ni)并且 B是硼。在从这些材料生产磁体时，在成品磁体中争取达到理论上尽可能小的粒度，即在磁 筹的尺度（〈Ιμπι)内，以便使该紧凑的磁体在理想情况下由多个单筹晶体组合成，由此获 得特别高的磁场强度。
[0003] 典型的生产方法包括如下工艺步骤：将磁性的初始材料粉末化；将该粉末在具有 或不具有外部的磁场时压制成生坯，从而成型为一个期望的构型；烧结该生坯用于进一步 压缩（高温处理）；任选地退火（热处理或低温处理）以便使磁基体中的应力下降并且结构 稳定；进行机械后处理（切割、磨削）和在磁场中磁化。也部分地相互组合不同的工艺步骤 和改变顺序。例如已知的是热压方法，其中在如下温度下进行压制，该温度导致该磁性材料 的力学压缩并由此使单独的烧结过程是多余的。此外，通常在外部的磁场中进行压制（其 中产生磁各向异性的磁体），以便省去后续的磁化。热压时，在压制期间不使用磁场。而是 在压制之后使这些部件磁化。
[0004] 在现有技术中使用的烧结工艺中，该粉末化的磁性材料经受高温（略低于该磁性 材料的熔化温度）。在所提及的稀土合金中，在l-3h的烧结时间下典型地使用在KKKTC和 1150°C之间的烧结温度（在同时施用压力的情况下对应较低的温度）。在此导致颗粒的压 缩和机械连接。此外，颗粒表面发生部分熔化，以便使这些颗粒表面在其颗粒界限处也材料 配合地彼此相连接（在液相中烧结）。烧结的不期望的伴随现象是晶体生长，这即使在使用 非常精细的粉末（具有在争取获得的〈1μm的范围内的颗粒直径）时也导致在3至10μm 的数量级内的粒度。然而，这些粒度影响磁体的磁性性能。
[0005] 所提及的磁性材料的另一个问题在于：这些尤其为粉末形式的合金非常容易自 燃，即在存在氧气和湿度的情况下容易燃烧。这在生产时需要特别的保护措施，例如在惰性 保护气体下的加工及该磁体的后续的涂覆和嵌入。还有问题的是磁体合金的腐蚀倾向，该 腐蚀倾向同样导致磁性性能的减弱。
[0006] 为了提高该磁体的耐热性，在现有技术中已知另一种方法步骤为"晶界扩散工艺 (GrainBoundaryDiffusionProcess) "（GBDP)。在此，另一种材料（例如镝、铺或铜）通 过扩散进入该磁体中。该材料在这些晶体界限之间富集并且提高了这些颗粒的晶格的结构 强度并由此提高了耐热性。GBDP的缺点在于，该方法步骤是高耗费且耗时间的。此外，扩散 工艺被限制到5mm之下的范围内的材料厚度上并且形成了所使用的材料的有问题的浓度 梯度。因此在明显较厚的磁体上的应用可能导致该磁体的不均匀的磁场强度。还必须保护 以此方式生产的磁体免受腐蚀。为此可以使用由镍、环氧树脂等等组成的涂层。
[0007] EP1 744 328B1描述了一种用于生产磁体的方法，其中生产SE-Fe-B类型的磁 性材料的粉末，并且首先用稀土氧化物粉末以及然后用聚乙烯醇溶液制成的玻璃粉末来浸 渍该粉末，以获得经涂覆的磁性颗粒。这些颗粒在干燥后首先在提高的压力（49MPa)下在 磁场中成形为生坯，并且这些生坯在热压方法（294MPa，730°C)中被热压缩或热锻造成磁 体。这导致如下结构，在该结构中这些磁性颗粒嵌入到基质中，该基质具有一个玻璃相和在 该玻璃相中分布的稀土氧化物颗粒。在这些磁性颗粒和该玻璃相之间的边界面处形成一个 层，该层由该磁性材料和该稀土元素的一个合金相以及在该合金相中分布的稀土氧化物颗 粒组成。还公开了上述方法的一个变体，其中在喷涂工艺中才用稀土氧化物来涂覆该磁性 材料的粉末。接着再次进行前面所述的（用该稀土氧化物粉末和该玻璃粉末）湿浸渍和后 续的干燥、成形及热压。在这种情况下产生如下结构，该结构通过另一个层与前面的结构相 异，该层安排在该合金层与这些磁性颗粒之间并由该稀土氧化物组成。
[0008]JP01272101A公开了 ：用一种碱金属硅酸盐，例如所谓的水玻璃（Na20/Si02)、硅 酸钾或硅酸锂来处理SE-TM-B类型磁性材料粉末的表面。
[0009] 根据JP03295204A，使稀土合金粉末化，并将该粉末与水性的水玻璃溶液（Na20/ Si02)混合。将这些由此用水玻璃涂覆的粉末颗粒干燥、成型并且热压成紧凑的磁体。
[0010] 从EP0 255 816A2已知一种用于生产基于SE-Fe-B-合金的磁体的方法，其中首 先将该初始材料粉碎并加工成粉末。然后该粉末在300°C至1000°C下经受热处理并且接着 用陶瓷的或金属的腐蚀保护层进行涂覆，其中该金属层以电解的方式实现。这些以此方式 生产的、经涂覆的颗粒在具有或不具有磁场的情况下被压制成磁体，其中金属粉末、陶瓷粉 末或塑料粉末的添加剂能够添加到待压缩的粉末以便改善强度。
[0011] 根据US2011/0037548A1，在一种湿磨方法中在获得〈3μm的颗粒大小的情况下 将一种磁性材料（例如Nd-Fe-B)粉末化，并借助一种高熔点的金属的有机化合物或一种 高熔点的陶瓷的前体将该磁性材料加工成浆料，其中用该有机金属化合物或该陶瓷前体来 涂覆这些磁性颗粒。提及Ta、Mo、W和Nb作为高熔点的金属并且提及BN和A1N作为陶瓷。 在添加一种热塑性或热固性的聚合物粘合剂之后，将浆料浇铸成期望的形状并在ll〇〇°C和 1150°C之间的温度下烧结。在此，该有机金属化合物或该陶瓷前体形成一个包围该磁性颗 粒的层，该层应在烧结期间阻止晶体生长。在US2011/0267160A1中公开的方法与前述方 法的不同之处实质在于：使用溶解在一种防腐蚀的、矿物的或合成的油中的形式的有机金 属化合物或陶瓷前体来代替粘合剂。
[0012] EP0 452 580B1(DE690 33 178T2)描述了一种用于生产与聚合物结合的、圆 柱形的磁体的方法。为此从至少90质量％的金属粉末、热塑性的聚合物颗粒和由硬脂酸或 蜡组成的润滑剂添加剂生产出一种混合物。该混合物填料到加热的挤出机中并熔化并通过 加载有磁场的喷嘴挤出成多个圆柱体，这些圆柱体在凝固后被切割。
[0013] 本发明所基于的目的在于，提供一种用于生产结构精细的永磁体的方法，借助于 该方法能够更简单地或更成本有效地生产磁体，这些磁体是耐热且耐腐蚀的并且具有高的 磁性性能。该目的还在于，提供一种改善的、耐热且耐腐蚀的磁体。
[0014] 这些目的通过具有独立权利要求的特征的一种用于生产永磁体的方法、能够用该 方法生产的一种对应的永磁体以及一种包括此类永磁体的电动机器实现。
[0015] 根据本发明的用于生产永磁体的方法包括以下步骤：
[0016] (a)生产混合物（原料），该混合物包括
[0017] -磁性材料的粉末，以及
[0018] -粘合剂组合物，该粘合剂组合物包括用于二氧化硅的至少一种前体化合物和至 少一种另外的氧化物的至少一种前体化合物，
[0019] (b)使该混合物成型为生坯；
[0020] (c)对该生坯进行热处理，以便将该粘合剂组合物（14)的至少部分转化为这些氧 化物，以及
[0021] (d)与步骤（c)彼此前后相继地或同时地，烧结该生坯从而形成玻璃基质、陶瓷基 质或玻璃陶瓷基质，该磁性材料的颗粒嵌入该基质。
[0022] 通过根据本发明的方法获得一种磁体，该磁体具有该磁性材料的芯，所述芯嵌入 到由玻璃、玻璃陶瓷组成的基质中。该基质由该粘合剂组合物形成，尤其由该二氧化硅和该 至少一种另外的氧化物形成。在此，