专利名称：一种柔性各向异性粘结稀土永磁体的制造方法
技术领域：
本发明属于异性磁性材料制备领域，具体涉及一种柔性各向异性粘结稀土永磁体的 制备方法。
背景技术：
柔性磁体是由磁粉、橡胶和少量的配合剂经过精细制造而成的弹性磁性材料，其特 点是兼具有很好的柔性和磁性能，不易碎，便于运输、装配，使用方便；尺寸可通过裁 切任意调整，产品形状多样化，可制成超薄、超长、超宽的连续片材、带材和各种形状 的制品等；无需模具，试样快捷；生产流程短，效率高，加工成本低；边料可完全回收， 能耗低等。
据不完全统计全世界可挠性永磁体的年用量达到1. 7万吨，其中绝大部分使用的都 是可挠性铁氧体永磁体。但随着应用领域对元器件不断提出超薄、超轻、稳定、大功率 的要求，比如音乐厅、广场、家庭的视听设备需要面积更大，厚度更薄，功率更高的高 保真平面喇叭，手提电脑中需要更薄，更大功率的风扇马达以满足高速处理芯片的散热 要求，洗衣机、风扇等家电中也需要更平稳、更大力矩的直驱电机等，可挠性铁氧体由 于磁性低(最大磁能积《18 kj/m3)，已不能满足使用要求。
在永磁材料中，以Nd2Fe14B为基体的NdFeB和SmCo永磁体具有更优异的磁性能。 因此，制备具有更高磁性能的可挠性磁体的目光集中到了这类材料上。而对此类材料的 研究主要是制备各向同性的柔性压延磁体，据国内外一些专利报道，目前对于用各向同 性NdFeB磁粉制备柔性各向同性磁体，其磁能积《68KJ/m3。
近年来，随着信息产品进一步薄型化和高效化的迫切需求，对磁性材料的性能又提 出了更高的要求，人们企图寻找具有更高永磁性能的可挠性磁体。而利用比各向同性磁 粉具有更高磁性能的各向异性磁粉制备柔性各向异性磁体就成了解决这一问题的最佳 方案。在目前对于柔性各向异性磁体的制备方面， 一般磁粉都采用各向异性的铁氧体粉 末，主要是利用这类粉末具有形状各向异性的特点取向成型，即使采用外磁场取向的方 法，所需取向磁场一般不超过800kA/m，其最大磁能积不超过18 kj/m3 ;而具有比铁 氧体更高磁性能的各向异性NdFeB或SmCo等磁粉，由于不具有形状各向异性，并且矫 顽力又很高(一般大于960kA/m)，目前的取向磁场(一般要求取向磁场大于两倍的矫顽力)难以达到良好的取向效果。
在CN200410052150. 3专利文献中，介绍了柔性各向同性钕铁硼磁体的制备方法， 即由经改性处理过的橡胶类粘结剂与钕铁硼类磁粉及加工助剂按比例混合均匀，混合方 法采用密炼法、开炼法、搅拌法或螺杆混炼法，然后将混合均匀后的胶料采用压延法或 平板压制法制成一定厚度的磁体，其中各组分的重量含量为钕铁硼类磁粉87 97%、 改性橡胶类粘结剂1 8%、加工助剂0 5%。用此种方法一般都是制备出的各向同性 柔性粘结磁体。
在CN200610089368. 5专利文献中，介绍了磁取向各向异性压延粘结磁体及其制备 方法和磁性压延机，即该方法包括将物料进行造粒和成型的过程，物料包括磁粉、粘结 剂、偶联剂和配合剂，其中成型包括将造粒后的物料在磁性压延机上进行磁取向轧制， 该磁性压延机的至少一个辊筒为中空结构且内置电磁铁以产生取向磁场。该方法的主要 创新点就是对传统压延机的辊子里加上电磁铁，从而产生取向磁场，这样物料在通过辊 子的时候，就会在磁场作用下取向，从而产生各向异性磁体。但是该方法适用于以廉价 铁磷为原料的铁氧体粉末制备压延成型磁取向粘结磁体。铁氧体粉末的矫顽力是比较低 的，因此取向磁场的强度要求不高，所以这类电磁场比较容易实现，但是对于NdFeB磁 粉来说就很难实现了， NdFeB磁粉的矫顽力非常高，所要求的外加取向磁场强度非常高， 这种大强度的外加电磁场对于压延设备来说是很难实现的。同时，这种在压延机辊子内 加磁场的方法，取向效果不是很理想。因此单独使用这种方法不适用于制备各向异性柔 性粘结NdFeB磁体。
在CN200610113210.7专利文献中，介绍用特定的速凝薄片技术制造以钕(或镨)铁 为基的合金，然后通过气-固相反应后粉碎制造磁粉RxFe100-x-y-zMylz，该磁粉为平 均粒度l-3um的片状单晶颗粒。利用本工艺所制备的磁粉，不仅具有在外磁场作用下 取向的磁晶各向异性，而且具有压延各向异性和应力各向异性。根据这三种各向异性本 发明提供了制备高性能各向异性压延柔性橡胶磁体的方法。在该发明中所使用的磁粉是 稀土-铁-氮系永磁材料，这种材料当破碎到1-3um的时候，就会出现形状各向异性和 磁晶各向异性并存，所以这种磁粉可以直接用来制备柔性各向异性磁体。这是利用这类 磁粉本身就具有形状各向异性和磁晶各向异性并存的性质。而稀土-铁-硼系材料就不具 备这种形状各向异性和磁晶各向异性并存的性质，只具有磁晶各向异性，所以不能直接通过压延的方法制备各向异性磁体。
在CN200610113209.4专利文献中，介绍了一种具有各向异性的稀土永磁材料，具 有Th[2]Zn[,7]型晶体结构，以原子百分比所表示的成分为(Sm[卜a]R[a])[x]Fe[1。。—ry_7,MwI[z]，式 中R是Pr或Pr与其它稀土元素的组合，0. 01《a《0. 30; M选自Si、 Ti、 V、 Cr、 Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Al、和Zr; I是单独N或N与C的组合；7《x《12'0. 01《y《8. 0， 6《z《14.4。利用特定的技术制成平均粒度为1-3"m呈片状的单晶颗粒磁粉，该磁粉 不仅具有在外磁场作用下取向的磁晶各向异性，而且具有压延各向异性和应力各向异 性，根据这三种各向异性提供了制备高性能各向异性压延柔性橡胶磁体的方法，该发明 和CN200610113210.7所介绍的实际上是同一种方法。都是利用稀土-铁-氮系磁粉在 1-3 um时具有形状各向异性和磁晶各向异性并存的性质，而稀土-铁-硼系磁粉就不具 备这种性质。所以稀土-铁-硼系磁粉直接采用压延工艺是不能获得各向异性的，必须通 过其它的方法来使稀土-铁-硼系磁粉同时具有形状各向异性和磁晶各向异性，这样才能 通过压延工艺制备出各向异性磁体。
发明内容
本发明的目的在于先通过预处理将各向异性钕铁硼磁粉(100目以下)和高分子材 料物理复合，在磁场作用下制备成薄膜，然后将薄膜破碎，得到片状复合磁粉。压延成 型时，片状复合磁粉实现机械取向，制备出柔性各向异性磁体，从而提高磁体磁性能。
本发明制备步骤如下
1、 将各向异性磁粉与液态高分子材料均匀混合，磁粉和高分子材料的配比按质量
百分比为各向异性磁粉70%—90%，高分子材料30%—10%，施加磁场4000 0e以上， 在磁场作用下，得到磁粉与高分子的复合磁性薄膜，其中取向磁场的方向平行于复合磁 性薄膜的平面法线方向；复合磁性薄膜固化后，其中的磁性粉末颗粒的易磁化方向被固 定在复合磁性薄膜的平面法线方向上；将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到复合 磁粉，粉末呈片状，其易磁化方向平行于片状的法线方向。
2、 将这种片状的复合磁性粉末与橡胶、加工助剂等混合，混炼后，压延成型，实 现机械取向；或在压延成型时，进一步施加磁场10000 0e以上，同时实现机械取向和 磁场取向，得到柔性各向异性磁体。
复合磁粉与橡胶，加工助剂之间的比例按质量百分比为复合磁粉80%—98%，橡胶为1. 5%—20%，加工助剂为0. 5%—10%。
各向异性钕铁硼磁粉的粒径在150微米以下，以保证复合磁粉的颗粒不至于过大， 而造成磁体表面的不光滑、不平整。
所述片状的复合磁性粉末的粒径在250微米以下。
所用磁粉采用具有磁晶各向异性的HDDR各向异性NdFeB磁粉，也可以采用SmCo、 SmFeN等磁粉。
所用高分子材料采用环氧树脂类或改性丙烯酸酯等具有常温为液态、低温固化、固 化后为刚性且脆性大、耐高温等特性的高分子材料。
与现有的技术相比，本发明最大的特点是将只具有磁晶各向异性的磁粉，通过本 发明介绍的预处理的方法处理后，磁粉就同时具有形状各向异性和磁晶各向异性，并且 其易磁化方向和片状磁粉的短轴方向平行。片状复合磁性粉末在压延过程中，通过压延 机的压辊时，使片状的复合磁性粉末颗粒在基体材料中转动，其片的平板面垂直于外力 方向而规则排列，在辊子压力方向上形成易磁化轴的集聚，形成复合磁性粉末颗粒取向， 从而产生各向异性柔性磁体，实现机械取向，其易磁化方向与柔性磁体的平面法线方向 平行。这样处理后的磁粉就可以直接通过压延工艺制备出各向异性磁体。这为大幅度扩 大柔性磁体的应用范围提供了强有力的基础。若没有通过预处理，直接将各向异性磁粉 通过压延工艺，制备出的是各向同性磁体，即使在压延机的辊子上加上磁场，取向效果 也很差，因为目前的压延设备难以配备磁场超过20000 Oe电磁取向设备。而本发明的 这种预处理为不具有形状各向异性的磁性粉末感生出形状各向异性。随后在压延的过程 中就使得原来不具有形状各向异性、不能磁场取向的稀土永磁粉末能够实现机械取向或 者机械取向与磁场取向的联合，从而有效地提高了其取向效果，大大地提高了其磁性能。
具体实施例方式
以下通过实施例进行具体说明。
实施列1
磁体配方为各种组分的重量百分比分别为复合磁粉中HDDR各向异性NdFeB磁 粉85%，改性丙烯酸酯类15%，在磁场(4000 Oe)作用下，得到磁粉与高分子的复合磁 性薄膜。将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到片状复合磁粉，其易磁化方向平行 于片状的法线方向。将磁体中复合磁粉90%，氯化聚乙烯8.8%，硅垸偶联剂0.2%，邻苯二甲酸酯增塑剂0.3%，硬脂酸盐润滑剂0.2%，酮胺类抗氧化剂0. 5%等组分采用混炼 机混炼至均匀，再将混合物在压延机中制成厚度为2mm的磁片。所得磁体最大磁能积为 10.5MG0e 。 实施列2
磁体配方为各种组分的重量百分比分别为复合磁粉中HDDR各向异性NdFeB磁 粉85%，环氧类树脂15%，在磁场(4000 0e)作用下，得到磁粉与高分子的复合磁性薄 膜。将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到片状复合磁粉，其易磁化方向平行于片 状的法线方向。接着将磁体中各向异性复合磁粉卯％，氯化聚乙烯8.8%，硅烷偶联剂 0.2%，邻苯二甲酸酯增塑剂0.3%，硬脂酸盐润滑剂0.2%，酮胺类抗氧化剂0. 5%等组分 采用混炼机混炼至均匀，再将混合物在压延机中制成厚度为2ram的磁片。所得磁体最大 磁能积为为11. 1MG0e。
实施列3
磁体配方为各种组分的重量百分比分别为复合磁粉中HDDR各向异性NdFeB磁 粉90%，环氧类树脂10%，在磁场(4000 0e)作用下，得到磁粉与高分子的复合磁性薄 膜。将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到片状复合磁粉，其易磁化方向平行于片 状的法线方向。接着将磁体中复合磁粉90%，氯化聚乙烯8.8%，硅烷偶联剂0.2%，邻 苯二甲酸酯增塑剂0.3%，硬脂酸盐润滑剂0.2%，酮胺类抗氧化剂0. 5%等组分采用混炼 机混炼至均匀，将混合物在压延机中制成厚度为2mm的磁片。所得磁体最大磁能积为 12.3MG0e。
实施列4
磁体配方为各种组分的重量百分比分别为复合磁粉中HDDR各向异性NdFeB磁 粉90%，环氧类树脂10%，在磁场(4000 0e)作用下，得到磁粉与高分子的复合磁性薄 膜。将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到片状复合磁粉，其易磁化方向平行于片 状的法线方向。接着将磁体中复合磁粉90%，氯化聚乙烯8.8%，硅烷偶联剂0.2%，邻 苯二甲酸酯增塑剂0.3%，硬脂酸盐润滑剂0.2%，酮胺类抗氧化剂0.5%等以上组分采用 混炼机混炼至均匀，再将混合物在带有外加磁场(10000 0e磁场取向)的压延机中制 成厚度为2mm的磁片。所得磁体最大磁能积为9.5MG0e。
实施列5磁体配方为各种组分的重量百分比分别为复合磁粉中HDDR各向异性NdFeB磁 粉90%，环氧类树脂10%，在磁场(4000 0e)作用下，得到磁粉与高分子的复合磁性薄 膜。将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到片状复合磁粉，其易磁化方向平行于片 状的法线方向。接着将磁体中复合磁粉90%，氯化聚乙烯8.8%，硅垸偶联剂0.2%，邻 苯二甲酸酯增塑剂0.3%，硬脂酸盐润滑剂0.2%，酮胺类抗氧化剂0.5。/。等以上组分采用 混炼机混炼至均匀，将混合物在压延机(机械取向)中制成厚度为大于2mm的磁片，然 后将磁片通过带有外加磁场(10000 Oe磁场取向)的压延机，在一定温度下，压延成 2醒的磁片。所得磁体最大磁能积为14.0MG0e。
权利要求
1、一种柔性各向异性粘结稀土永磁体的制造方法，其特征在于，将各向异性磁粉与液态高分子材料均匀混合，磁粉和高分子材料的配比按质量百分比为各向异性磁粉70％-90％，高分子材料30％-10％，施加磁场4000Oe以上，得到磁粉与高分子的复合磁性薄膜，其中取向磁场的方向平行于复合磁性薄膜的平面法线方向；复合磁性薄膜固化后，其中的磁性粉末颗粒的易磁化方向被固定在复合磁性薄膜的平面法线方向上；将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，得到复合磁粉，粉末呈片状，其易磁化方向平行于片状的法线方向；将这种片状的复合磁性粉末与橡胶、加工助剂混合，混炼后，压延成型，实现机械取向；或在压延成型时，进一步施加磁场10000Oe以上，同时实现机械取向和磁场取向，得到柔性各向异性磁体。
2、 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，复合磁粉与橡胶，加工助剂之间 的比例按质量百分比为复合磁粉80%_98%，橡胶为1. 5%—20%，加工助剂为0. 5%—10%。
3、 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，各向异性钕铁硼磁粉的粒径在150 微米以下。
4、 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述片状的复合磁性粉末的粒径 在250微米以下。
5、 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所用磁粉采用具有磁晶各向异性 的HDDR各向异性NdFeB磁粉或SmCo磁粉或SmFeN磁粉。
6、 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所用高分子材料为环氧树脂类或 改性丙烯酸酯。
全文摘要
一种柔性各向异性粘结稀土永磁体的制造方法，属于异性磁性材料制备领域。本发明将各向异性磁粉与合适的液态高分子材料均匀混合，在磁场作用下，制备成磁粉与高分子的复合磁性薄膜，其中取向磁场的方向平行于复合磁性薄膜的平面法线方向；复合磁性薄膜固化后，其中的磁性粉末颗粒的易磁化方向就被固定在了复合磁性薄膜的平面法线方向上；将固化后的复合磁性薄膜破碎成粉末，粉末呈片状，其易磁化方向平行于片状的法线方向；将这种片状的复合磁性粉末与橡胶混合，混炼后，在压延成型时，就能够实现机械取向；若在压延成型时，进一步施加磁场取向，就可以同时实现机械取向和磁场取向，从而制备出具有更高取向度的柔性各向异性粘结磁体。
文档编号H01F7/02GK101615475SQ200910083900
公开日2009年12月30日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者孙爱芝, 翟福强, 陈云志 申请人:北京科技大学