一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料的制作方法

专利名称：一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料的制作方法
技术领域：
本发明属于稀土永磁材料领域，特别适用于制备具有优良绝缘特性、高磁性能、结构致密、高性价比的复合稀土永磁材料。
背景技术：
自80年代后NdFeB系稀土永磁材料问世以来，对永磁材料性能的讨论始终未涉及绝缘特性的指标要求，而随着电机、电子自动化行业的兴起，稀土永磁材料的应用空间也在不断扩展，工作环境也由稳恒场相应地转变成变频交变场，进而，对电良导体属性的稀土永磁材料来说，需要在交变场环境下具备优良的抗涡损绝缘特性。前期，国内外所采用的解决办法也仅是对永磁整体表面涂镀某些绝缘材料，例如日本专利公报特开平8-279407号中所介绍的一种多磁极电绝缘R-Fe-B永磁体，这种磁体的制备方法与传统生产方法相同，即将R-Fe-B合金铸锭破碎制粉，压制成型，烧结，热处理后获得稀土永磁体，然后采用真空蒸镀的方法，在每块磁体表面镀有2～10μm聚酰亚胺的树脂薄膜层，该镀膜层具有电绝缘性。这类稀土永磁体只是在磁体外表面镀有绝缘材料薄层，而其内部仍是金属基的电良导体属性，在高频交变场下使用时，其内部各处产生涡流发热现象，而导致磁性能严重损失。同时，热量过高，致使绝缘薄层被破坏而丧失绝缘特性，所以这种绝缘磁体的使用具有很大局限性。
此后，国内又发布了利用大量有机高分子对稀土永磁粉粒(如NdFeB系，SmCo系)进行包覆绝缘、再粘结成型的制备专利产品，如1998年国内已公开的CN1185009A和2004年公开的CN1508815A，其叙述依靠添加不少于12wt％的多种有机高分子试剂对稀土永磁粉粒进行包覆粘结，再按照传统制备工艺进行成型固化处理，期望高分子能作为磁粉粉粒的包覆绝缘层，以实现成型后磁体在变频交变场下具有良好的抗涡损绝缘特性。此技术较上述日本专利8-279407号可谓是稀土永磁材料绝缘性能上的进步，表现在可将永磁整体内部原有的大回路涡流部分限于磁粉粉粒局部区域，一定程度上减少了涡流电子运动发热引起的磁性能损失，但这该专利技术却又带来了新的缺陷①有机高分子聚合物与稀土永磁粉粒表面较差的亲和效应，引起包覆均匀一致性较低，从而在较高频交变场下，导致高速运动的涡流电子仍易于穿透永磁粉粒的包覆薄层，在磁体内部同样形成较大局部回路涡旋场，最终磁体发热，磁损较为严重；②仅凭大量添加无磁的高分子聚合物，永磁粉粒排列分布出现的“拱桥效应”明显加剧，空隙率较大，磁体难以具有致密结构，密度值仅为4-5g/cm3之间，磁性能及抗压强度也将随之下降；③由于该技术所用的多为成本较高稀土永磁材料，不利于满足具有较高性价比的绝缘高磁性能稀土永磁材料条件。
因此，上述专利因存在诸多的不足，致使可研发的应用潜力不大，该技术制备得到的稀土永磁仅适用于稳恒场或中低频交变场环境下工作的低转数民用电机，很难与某些高效、高精度、高转数的电机及电子器件所需的性能指标相匹配，不但极大程度地限制了高端永磁器件及设备性能上的飞跃发展，而且也阻碍了稀土永磁应用市场领域的扩大。
从而可以看出，目前关键的任务是需尽快找出一种能够弥补现有技术缺陷、有深远应用前景的绝缘高磁性能稀土永磁材料，以推动诸如微波、核磁共振、航空航天、高效电机、电子等器件性能改良的发展步伐加快，扩展稀土永磁材料市场应用空间。

发明内容
本发明的目的和任务是要克服现有材料存在①抗涡损绝缘特性较差；②空隙率大、磁性能及力学性能被降低；③较差性价比的缺陷，并提供一种具有优良绝缘特性、结构致密、高磁性能、机械强度好、较高性价比及易于产业化的一种绝缘高磁性能的稀土永磁材料，特提出本发明的技术解决方案。
本发明从理论上着手，对变频交变场下稀土永磁内部的涡旋场分布进行建模分析，得出变化规律，并以此为依据，同时从微观抗涡损效应的稀土永磁粉粒和宏观结构致密的高性能磁体两方面进行设计构思，其原理是首次在变频交变场下，通过麦克斯韦方程组对电良导体属性的稀土永磁合金建模解析，得出结论高频交变场下，模型→稀土永磁合金内总的涡流密度表达式为z=(1+μ2L)imcosωt---(1)]]>低频交变场下，模型→稀土永磁合金内总的涡流密度表达式为z=im(cosωt+ωμ2Rsinωt)---(2)]]>其中，μ磁导率；ω角速度；L自感系数；im周期变化中电流密度的峰值。由式(1)和式(2)可看出，涡流密度与稀土永磁合金的几何形状尺寸无关，只与其电导率和磁导率及外场频率有关。对于单一稀土永磁粉粒而言，避免大回路涡旋场形成的途径是增强其表面及临界间隙的抗涡损能力。
另外，本发明首次计算得出了高/低频交变场下涡流在微观稀土永磁粉粒内部的分布趋势及“趋肤效应”形成机制，其表述为粉粒内部的涡流电子都加速运动到表层局部区域内，进行高速载流运动。其结果是分别在高频和低频交变场下，单一粉粒个体内部立刻形成趋于表面的高密度涡流形态。具体体现在高频时，单一微观稀土永磁粉粒个体内部没有受到相位差影响而涡流时刻具有“由内及表”的分布趋势，绝大多数涡流电子都集中在个体表面薄层处，其内涡流密度为0，表面薄层涡流密度占总涡流95％以上；低频时电流矢量式存在相位差，虽然具有外高内低的“趋肤”规律，但其值受位相差影响很大，并存在矢量反向抵消的区域。因此得出结论高、低频两种交变场下，稀土永磁涡损程度差距很大，高频环境下电良导体的稀土永磁涡损极为严重，而为了满足其在高频交变场下能够稳定地得到广泛应用，研究使其具备抗涡损绝缘特性和高磁性能变得更为紧迫。
本发明基于上述解析结果，设计构思是主要通过对稀土永磁粉粒分别进行微量聚合物表面绝缘包覆；绝缘永磁粉粒间隙填充以截断涡旋场电流分布路径的两种处理手段。前者能够避免因涡流电子“趋肤效应”在粉粒间穿界高速运动，导致宏观连续回路涡旋场的形成，而造成磁损严重；同步地，后者可截断某些已顺利穿界的涡流电子在间隙中运动路径，发挥二次截流的辅助作用，而且也起到了填充粉粒空隙、改善致密结构及提高磁体高温稳定特性的效用。
本发明所提出的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，包括稀土永磁粉粒[3]为基体、包覆粘结的高分子聚合物[1]，稀土永磁粉粒粒度选定在5.0-200μm之间，其特征在于还包括绝缘复合的永磁粉粒[2]，其粒度是稀土永磁粉粒[3]粒度的1/20-1/2；材料成分配比的重量百分比wt％是绝缘复合的永磁粉粒[2]3～40wt％；包覆粘结的高分子聚合物[1]3～10wt％；其余为稀土永磁粉粒[3]组合而成。
本发明的进一步特征在于该稀土永磁粉粒[3]是钐钴系永磁粉粒如SmCo5和Sm2Co17系永磁粉粒，或是钕铁硼系永磁粉粒；绝缘复合的永磁粉粒[2]是铁氧体永磁粉粒；包覆粘结的高分子聚合物[1]是树脂类粘结剂与偶联剂聚合而成。
本发明更进一步的特征在于铁氧体永磁粉粒是各向同性铁氧体永磁，或是各向异性铁氧体永磁；包覆粘结的高分子聚合物树脂类粘结剂是热固性树脂，或是热塑性树脂。
本发明的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料中稀土永磁粉粒的粒度取决于自身成分及性能，所以稀土永磁粉粒的粒度定在5.0～200μm之间，绝缘复合的永磁粉粒形状主要以适于与稀土永磁粉粒充分复合的球状为主，其粒度是稀土永磁粉粒粒度的1/20～1/2。因为绝缘复合的永磁粉粒与稀土永磁粉粒的粒度相比小于1/20，复合后易出现永磁成分偏析，导致复合磁体性能下降；而绝缘复合的永磁粉粒过大，其大于稀土永磁粉粒粒度的1/2，则因绝缘复合的永磁粉粒自身磁性能较低，复合后磁体的磁性能受其明显影响而导致降低。小于稀土永磁粉粒粒度的球状绝缘复合永磁粉粒，因其具有球状的较小体积，更易于实现充分填充稀土永磁粉粒的间隙空间，不但在交变场环境下能够截断已穿界涡流电子的运动路径，而且有效地消除了稀土永磁粉粒排列空间的“拱桥效应”，促使磁体的致密度及抗压强度得到提高，尤其是铁氧体永磁成本不足前述已有专利中稀土永磁成本的10％，更易于实现较好的性价比优势。根据实际对磁体绝缘特性的不同要求，所用绝缘复合的永磁粉粒含量定为3～40wt％，因为若其含量不足3wt％时，粉粒分布仅在局部很小的间隙空间内，无法有效地截断已穿界涡流电子的高速运动，很难实现磁体绝缘特性的改善；若其含量超过40wt％，由于粉粒密度较稀土永磁粉粒的密度值要小，其在磁体中所占的体积含量将高于50％，从而出现填充稀土永磁粉粒间隙区域的过剩状态，导致磁体密度值降低。根据实际成型工艺或磁性能的要求而选用不同的绝缘复合永磁铁氧体粉粒，当选择磁场下进行取向成型时，选用各向同性的永磁铁氧体粉粒；当选择无磁场取向成型时，选用各向异性的永磁铁氧体粉粒。另外，稀土永磁粉粒与绝缘复合的永磁铁氧体粉粒在性能上具有“补偿效应”，即永磁铁氧体高温稳定性能可弥补稀土永磁高温下热退磁损失；同时，稀土永磁较高的磁性能(BH)m能够补偿永磁铁氧体(BH)m较低的缺陷；球状铁氧体粉粒的间隙填充又具有改良成型后磁体表面光洁度的作用。
本发明所用包覆粘结的高分子聚合物组分均为市场所售，树脂类粘结剂可根据成型方法或磁体用途的不同而选用不同的热固性树脂，或是热塑性树脂。当选择压制成型方法时，通常选用热固性树脂，例如环氧类热固性树脂作为树脂粘结剂；当选用注射成型方法时，通常选用热塑性树脂，例如聚酰胺树脂作为树脂粘结剂。
本发明所用包覆粘结的高分子聚合物偶联剂，例如硅烷偶联剂，具有偶联永磁粉粒与树脂粘结剂两者表面间的活化效应。因为永磁合金粉粒表面都为亲水性，而树脂类粘接剂均属于亲油性，所以偶联剂的微量添加能够改善永磁粉粒与树脂类粘结剂表面的亲和强度，并且促使永磁粉粒在树脂粘结剂中分散的均匀一致性，利于永磁粉粒被充分包覆。
为了避免出现前述已有专利CN1185009A和CN1508815A中因添加超过12wt％的无磁高分子聚合物而导致出现了磁体磁性能降低的缺陷，同时又要满足成型后磁体粘结强度、包覆充分的要求，本发明所用包覆粘结的高分子聚合物含量控制在3～10wt％，若其含量低于3wt％，很难保证将体积小的绝缘复合永磁粉粒充分粘结包覆，成型后磁体不具有足够的机械强度而易出现开裂现象；若其含量超过了10wt％，大量无磁高分子聚合物的添加破坏了磁体较高的磁性能。
本发明的一种绝缘高磁性能复合稀土永磁材料与已有技术相比较，其优点是①由于绝缘复合永磁粉粒发挥着稀土永磁粉粒间隙的填充、阻截涡流电子运动路径的作用，并且微量高分子聚合物对稀土永磁粉粒的包覆粘结也起到了绝缘隔离涡流电子穿透的效果，促使磁体不但获得优良绝缘特性，同时具有致密性及较高磁性能；②由于适量的球状绝缘永磁粉粒复合，使得磁体具有均匀的一致性结构，并改善了抗压强度及表面光洁度；③复合永磁粉粒在成分范围内可任意含量比配制，其性能上具有相互的“补偿效应”；④本发明由于铁氧体永磁成本很低，获得了较好的性价比优势，易于实现产业化。当该绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料被应用在较高频率交变场下，磁体本身不发热或发热量很小，从而保证了其在这种特殊环境下能够长期稳定地工作，磁性能不受损失。同时，该磁体不会出现因操作不当、表面破损或局部高分子包覆不均而产生破坏抗涡损绝缘特性的现象，这些特点对需要绝缘高磁性能永磁体的使用者和设计者是至关重要的，也是已有技术中涂镀绝缘层的磁体或大量添加高分子聚合物包覆永磁粉粒所不能兼备的特性。
附表说明表1是实施例1将已有技术NdFeB稀土永磁最佳综合性能对应成分与本发明成分配比明晰表试验中本发明所用的稀土永磁粉粒与已有技术所述NdFeB最佳综合性能选用的稀土永磁粉粒完全相同，即NdFeB且含量都为88wt％，而两者其它不同成分及含量分别是已有技术的包覆粘结的高分子聚合物作为无磁成分，其总含量为12wt％，其中有环氧树脂4wt％，聚乙烯醇缩丁酸3wt％，环氧聚酯漆5wt％；本发明的永磁粉粒中除了NdFeB稀土永磁粉粒，还包括绝缘复合的铁氧体永磁粉粒，含量为9wt％，使得永磁粉粒总量达到97wt％，绝缘包覆的高分子聚合物作为无磁成分，含量仅为3wt％，其包括环氧树脂2wt％和硅烷偶联剂1wt％。
表2是通过实施例1将由表1中两种不同成分配比而产生的效能对应比较明晰表中显示两者对应得到各性能参数值，其中表征磁性能参数是剩磁Br、矫顽力iHc和最大磁能积(BH)m；表征致密性用磁体密度ρ；表征磁体绝缘特性参数是体积电阻率；机械性能用抗压强度参数表征，均采用CGS单位制。结果显示已有技术的磁性能参数分别为Br＝4.8kGs，iHc＝11.6kOe和(BH)m＝5.0MGOe，而密度ρ＝5.04g/cm3，体积电阻率1×105Ω.cm，抗压强度9.8kN；本发明的磁性能参数分别是Br＝6.3kGs，iHc＝11.9kOe和(BH)m＝8.6MGOe，而密度ρ＝5.94g/cm3，体积电阻率2.4×105Ω.cm，抗压强度10.5kN。从而可看出，本发明无论是磁性能、绝缘特性，还是致密性和抗压强度都好于已有技术相应各性能。
表3是实施例2将本发明NdFeB稀土永磁最佳综合性能对应成分与已有技术成分配比明晰表试验中已有技术所用稀土永磁粉粒与本发明所述最佳综合性能选用的稀土永磁粉粒相同，即NdFeB都为77wt％，而两者其它不同成分及含量分别是本发明还有绝缘复合的铁氧体永磁粉粒20wt％，使得永磁总量达到97wt％，包覆粘结的无磁高分子聚合物仅3wt％，其包括环氧树脂2wt％和硅烷偶联剂1wt％；已有技术其它成分都是包覆粘结的无磁高分子聚合物，总量达到23wt％，其有环氧树脂5wt％，聚乙烯醇缩丁酸8wt％，硅烷偶联剂3wt％，环氧聚酯漆7wt％。
表4是通过实施例2将由表3中两种不同成分配比而产生的效能对应比较明晰结果显示本发明的磁性能参数分别是Br＝5.5kGs，iHc＝11.7kOe和(BH)m＝6.6MGOe，而密度ρ＝5.67g/cm3，体积电阻率4.9×107Ω.cm，抗压强度11.6kN；已有技术的磁性能参数分别为Br＝4.2kGs，iHc＝11.4kOe和(BH)m＝4.0MGOe，而密度ρ＝4.82g/cm3，体积电阻率1×107Ω.cm，抗压强度8.7kN，从而，能够清楚地看出因已有技术添加大量23wt％无磁的高分子聚合物，导致其磁性能及其他性能都明显低于本发明相应的各性能。
表5是通过实施例3将选取四种不同含量的Sm2Co17粉粒及其他成分配比明晰表根据实施例3产品性能的要求，试验设定了四种不同含量的成分配比，其中用于包覆永磁粉粒的高分子聚合物，作为无磁成分其含量均设定为3wt％，由2wt％的环氧树脂和1wt％的硅烷偶联剂聚合而成的，而试验设定总量97wt％的四种复合永磁粉粒分别是I.94wt％的Sm2Co17稀土永磁粉粒和3wt％绝缘复合的锶铁氧体Sr-Ferrite永磁粉粒；II.84wt％的Sm2Co17和13wt％的Sr-Ferrite；III.74wt％的Sm2Co17和23wt％的Sr-Ferrite；IV.64wt％的Sm2Co17和33wt％的Sr-Ferrite。
表6是通过实施例3将由表5中四种不同复合永磁粉粒配比而产生的效能对应比较明晰结果显示I.磁性能参数Br＝7.8kGs，iHc＝14.9kOe和(BH)m＝12.9MGOe，而密度ρ＝7.05g/cm3，体积电阻率1.4×101Ω.cm，抗压强度9.8kN；II.磁性能参数Br＝7.2kGs，iHc＝14.7kOe和(BH)m＝11.6MGOe，而密度ρ＝6.9g/cm3，体积电阻率2.1×105Ω.cm，抗压强度10.7kN；III.磁性能参数Br＝6.6kGs，iHc＝14.3kOe和(BH)m＝8.8MGOe，而密度ρ＝6.6g/cm3，体积电阻率1.7×107Ω.cm，抗压强度11.9kN；IV.磁性能参数Br＝5.8kGs，iHc＝13.9kOe和(BH)m＝6.9MGOe，而密度ρ＝6.1g/cm3，体积电阻率8.3×107Ω.cm，抗压强度12.5kN。从而，清楚地得出无论从成本性价比还是从产品性能上考虑，试验配方III满足于该实施例的所有要求。


图1是稀土永磁粉粒成型后在变频交变场下工作，其内部闭合涡旋场回路分布的示意中形象地表述了电良导体片状的稀土永磁粉粒[3]是构成永磁体的唯一永磁成分，经包覆粘结的高分子聚合物[1]粘结成型后，由法拉第电磁感应现象推广到三维的麦克斯韦方程组，磁体在交变场环境下其内部将感应产生大量的涡旋电子在稀土永磁粉粒[3]间隙中穿界运动，形成了连续分布于整个磁体内的闭合涡旋场回路[4]，此时闭合涡旋场回路[4]因“趋肤效应”而弥漫磁体外围各处，同时，其涡流电子需不断地从磁体中夺取能量来维持自身趋肤方向的热运动，从而导致了磁体磁性能严重受损。
本发明将建立的理论模型与实际稀土永磁粉粒成型磁体相结合，以充分地解析推出模型内部及磁体内趋肤效应的形成作用及分布规律。具体表现为模型内二维回路内电磁感应定律—感应电流→三维麦克斯韦方程组—连续的闭合涡旋场回路[4]—涡流电子“趋肤效应”到模型外围热运动耗能。此建模分析结果就是稀土永磁体内解析得出趋肤效应的分布规律，并充分明示了该效应对粉粒微观界面→磁体宏观表面的影响，得出了造成磁体磁性能受损的原因。
图2是稀土永磁粉粒与绝缘复合的永磁粉粒复合成型后在变频交变场下工作，其内部闭合涡旋场回路分布的示意中表述了当稀土永磁粉粒[3]与绝缘复合的永磁粉粒[2]经包覆粘结的高分子聚合物[1]复合成型后，置于频率不低于300kHz交变场时，在图1中原有出现的闭合涡旋场回路处处被绝缘复合的永磁粉粒[2]阻截，使得穿界运动的涡流电子此时只能局限在各微观稀土永磁粉粒[3]表面薄层中杂乱无序地运动，失去了原有的运动方向。从宏观上看，原有图1中具有一定方向、遍布整个磁体外围的闭合涡旋场回路变成了多个混乱无向、局部微小的闭合涡旋场回路[4]的分布形态，此转变能够明显降低涡流电子的热运动耗能，促使磁体磁性能损失降到最小。另外，值得一提的是，与已有技术添加大量高分子聚合物相比，本发明由于添加了绝缘复合的永磁粉粒[2]，促使包覆粘结的高分子聚合物[1]含量显著减少。
图3是建立单一稀土永磁粉粒制成的磁体置于变频交变场下任意形状的模型示意图如图3，假设模型为圆柱体在交变场下，其内部通过一定方向的交变电流，表示为i0＝imcosωt，i0为电流密度，磁感应强度为B，随着电流周期性变化，B穿过图中模型内任选的某一矩形线圈[5]，其内边[6]和外边[7]都分别与对称轴[8]平行，其中a是内边[6]到对称轴[8]的距离；b是外边[7]到对称轴[8]的距离；h是外边[7]的长度。磁感应强度B的穿过，导致了矩形线圈[5]内产生回路感应电流。此图表示为磁感应强度B对某一矩形线圈的穿入情况，而模型内存在无数个类似的矩形线圈，其磁感应强度B对任一矩形线圈的穿入累加扩展到三维实体各处时，即形成连续分布的涡旋场。
图4是在高频交变场情况下，导体中交变电流在如图3所设定的矩形线圈回路里产生磁通Φ0与矩形回路的自感磁通Φ在一个完整周期内变化的曲线示意图纵坐标Φ为磁通在一个完整周期内的变化量，横坐标T表示周期的变化量。
高频下，单一有形回路完整周期内磁通Φ和Φ0位相时刻相反，结合图3可知，模型中回路感应电流方向为顺时针，矩形线圈内边的电流方向与i0反向，电流密度矢量值始终相减；矩形线圈外边的电流方向与i0同向，电流密度矢量值始终叠加；图5是在低频交变场情况下，导体中交变电流在如图3所设定的矩形线圈回路里产生磁通Φ0与矩形回路自感磁通Φ在一个完整周期内变化的曲线示意图低频下，单一有形回路完整周期内仅 和 两个 周期的区间，磁通Φ与Φ0方向相反而具有与高频相似的趋肤效应现象，促使其每个完整周期内热损不及高频情况下的热损严重。
本发明通过具体的实施例，进一步阐明本发明的细节。
实施例1根据本发明所设计一种绝缘高磁性能复合稀土永磁材料的成分选取范围，选取一组成分与已有专利技术所述最佳综合性能的成分进行对比试验，为了清楚地进行比较，本发明选用了与该已有专利技术最佳综合性能对应的同种稀土永磁成分，即各向同性NdFeB稀土永磁粉粒及含量均为88wt％，粉粒粒度均值选在100μm，并利用同样的制备方法。本发明选用各向同性的钡铁氧体Ba-Ferrite粉粒作为绝缘复合的永磁粉粒，含量为9wt％，其粒度是稀土永磁粉粒粒度的1/10，余下的无磁成分是总量为3wt％包覆粘结的高分子聚合物，其中有2wt％的环氧树脂和1wt％的硅烷偶联剂；而已有专利技术中除了88wt％的NdFeB稀土永磁粉粒，全部是无磁成分，其总量为12wt％包覆粘结的高分子聚合物，其中有4wt％环氧树脂，3wt％聚乙烯醇缩丁酸，5wt％环氧聚酯漆。
采用与已有专利技术同样的制备方法将NdFeB稀土永磁粉粒、绝缘复合的Ba-Ferrite永磁粉粒分别放于容器内与包覆粘结的高分子聚合物充分搅拌，浸润均匀后进行干燥，再制成所需复合粉粒，然后在无磁场取向进行模压成磁体部件，最后将磁体部件在135℃温度下固化30分钟。
性能检测本发明Br＝6.3kGs，iHc＝11.9kOe和(BH)m＝8.6MGOe，而密度ρ＝5.94g/cm3，体积电阻率2.4×105Ω.cm，抗压强度10.5kN；已有专利技术Br＝4.8kGs，iHc＝11.6kOe和(BH)m＝5.0MGOe，而密度ρ＝5.04g/cm3，体积电阻率1×105Ω.cm，抗压强度9.8kN。
从而能够得出结论本发明无论是磁性能、绝缘特性，还是致密性和抗压强度都好于已有专利技术对应的各性能。
实施例2本发明采用实施例1中同样的NdFeB稀土永磁粉粒，其粒度均值同样在100μm，当其含量为77wt％，并与20wt％绝缘复合的钡铁氧体Ba-Ferrite永磁粉粒进行复合，Ba-Ferrite粉粒粒度同样是NdFeB粉粒粒度的1/10，经3wt％包覆粘结的高分子聚合物粘结成型固化后，此配比是本发明选用该种NdFeB稀土永磁粉粒，比较获得的最佳综合性能各参数值，将该值与已有技术进行比较，已有技术同样选用77wt％的同种NdFeB稀土永磁粉粒，余下为其所述的无磁成分总量是23wt％包覆粘结的高分子聚合物，对应得到了各性能参数值，再用上述实施例1中相同的制备工艺得到磁体部件。性能对比如表4所示。结论能够清楚地看出因已有技术添加23wt％无磁成分的高分子聚合物，导致其磁性能及其他性能都明显低于本发明相应的各性能。
实施例3
某军工单位生产力矩电机所需稀土永磁作为电机核心材料，要求的条件是磁体(BH)m≥8MGOe、iHc≥13.5kOe、密度值不低于6.5g/cm3、绝缘特性用体积电阻率来表征不低于2.5×105Ω.cm，并具有一定抗压强度的稀土永磁器件。
试验设计采用各向异性Sm2Co17稀土永磁粉粒与各向异性绝缘复合的锶铁氧体Sr-Ferrite永磁粉粒复合，Sm2Co17粒度均值选在80μm，Sr-Ferrite粒度是Sm2Co17粒度的1/10，并设定四种不同成分含量进行制备，以得出满足于该单位性能要求而对应的成分配比。其配比如表5所示，其中用于包覆粘结的高分子聚合物，作为无磁成分其含量均设定为3wt％，由2wt％的环氧树脂和1wt％的硅烷偶联剂聚合而成的，试验设定四种总量97wt％的复合永磁粉粒配比分别是I.94wt％的Sm2Co17和3wt％的Sr-Ferrite；II.84wt％的Sm2Co17和13wt％的Sr-Ferrite；III.74wt％的Sm2Co17和23wt％的Sr-Ferrite；IV.64wt％的Sm2Co17和33wt％的Sr-Ferrite。按照实施例1中方法进行浸润充分干燥，配制成所需成分后，将四种成分在磁场下取向模压成磁体，然后在135℃温度下固化处理30分钟，得到各性能参数值如表6所示。从而清楚地得出无论从成本性价比还是从产品性能上考虑，试验配方III的性能及合理的成本能够最佳地满足于该军工单位的所有要求。现已通过单位认证检测正常地投入使用。
实施例4为某高转数电机提供永磁定子期间，因该器件所需磁性能(BH)m不低于5MGOe；且要求器件为弧度58°角的瓦状；具有优良绝缘特性，其体积电阻率≥1.0×108Ω.cm。
针对该器件性能及形状的实际要求，本发明将57wt％含量的各向异性SmCo5永磁粉粒与40wt％各向异性绝缘复合的锶铁氧体Sr-Ferrite永磁粉粒进行复合，SmCo5粒度均值选在5.0μm，Sr-Ferrite粒度是SmCo5粒度的1/2，如实施例1中的制备方法，将复合永磁粉粒浸润充分干燥，配制成所需成分后，根据该永磁器件特殊的形状需要，加工瓦腔模具将复合永磁粉粒在磁场下取向模压成型，并进行如上同样的固化处理。最终得到所需的永磁器件对应性能为Br＝5.1kGs，(BH)m＝6.4MGOe，抗压强度13.9kN，体积电阻率＝1.6×108Ω.cm。
从而进一步阐述了本发明能够制备形状各异的永磁器件，恰满足了当前高转数永磁电机，同时也满足了永磁器件对形状、绝缘特性及高磁性能的需求，且较单一成分的SmCo5稀土永磁粉粒成本来说，本发明成分的成本低廉。另外，单一永磁成分的铁氧体磁性能(BH)m生产上最高也不及6MGOe，本发明磁性能(BH)m明显比铁氧体永磁性能高，弥补了现有单一永磁成分铁氧体永磁无法与高效电机性能指标向匹配的缺陷。
实施例5为给某生产医疗器件单位提供一种绝缘高磁性能复合NdFeB稀土永磁材料，其对性能的要求(BH)m≥9MGOe；并具有一定的绝缘抗涡损特性，体积电阻率不低于4.0×104Ω.cm。
本发明针对该性能要求而制备了永磁器件，其成分是各向异性NdFeB稀土永磁粉粒，粒度均值选在120μm，含量为87wt％；绝缘复合的永磁粉粒选用各向异性锶铁氧体Sr-Ferrite粉粒，其粒度是NdFeB粒度的1/20，含量是10wt％；余下为3wt％包覆粘结的高分子聚合物。首先进行复合永磁粉粒浸润充分并干燥，配制成所需成分，并在70℃、97MPa、磁场条件下进行了温压成型，然后在135℃固化30分钟得到永磁器件。
其性能是Br＝8kGs；iHc＝9.2kOe；(BH)m＝12.5MGOe，其密度为5.58g/cm3，体积电阻率1.2×105Ω.cm。经单位验收，器件的磁性能、致密度及绝缘特性各项指标均达到该单位医疗器件的性能要求。
实施例6某单位对绝缘稀土永磁产品批量化、高产率的要求，对永磁性能的要求是磁性能Br＞5kGs，(BH)m＞4.5MGOe，密度不低于4g/cm3，体积电阻率不少于1×107Ω.cm，具有超过11kN的抗压强度。
为了满足该单位永磁器件的性能指标和高效批量化的生产要求，本发明进行了适于批量生产的相应试验，即选用了各向异性的NdFeB稀土永磁粉粒，其粒度均值选在200μm，含量为75wt％，其与含量为15wt％各向异性绝缘复合的锶铁氧体Sr-Ferrite永磁粉粒进行复合，Sr-Ferrite粒度是NdFeB粒度的1/8，添加了10wt％热塑性包覆粘结的高分子聚合物，对永磁粉粒进行复合配比粘结后，在注射成型机上对其进行了磁场下取向注射成型，制备得到的磁体性能为Br＝5.16kGs，iHc＝9.3kOe，(BH)m＝5.1MGOe，密度为4.8g/cm3，绝缘特性体积电阻率为5.8×107Ω.cm，抗压强度为12.3kN。
其结果表明，器件的磁性能、物理性能的密度值和体积电阻率，以及机械性能的抗压强度值都满足于单位对永磁器件制定的性能指标。
表1是实施例1将已有技术NdFeB稀土永磁最佳综合性能对应成分与本发明成分配比明晰表

表2是通过实施例1将由表1中两种不同成分配比而产生的效能对应比较明晰

表3是实施例2将本发明NdFeB稀土永磁最佳综合性能对应成分与已有技术成分配比明晰表

表4是通过实施例2将由表3中两种不同成分配比而产生的效能对应比较明晰表

表5是通过实施例3将选取四种不同含量的Sm2Co17粉粒及其他成分配比明晰表

表6是通过实施例3将由表5中四种不同复合永磁粉粒配比而产生的效能对应比较明晰

权利要求
1.一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，包括稀土永磁粉粒[3]为基体、包覆粘结的高分子聚合物[1]，稀土永磁粉粒粒度选定在5.0-200μm之间，其特征在于；还包括绝缘复合的永磁粉粒[2]，其粒度是稀土永磁粉粒[3]粒度的1/20-1/2；材料的成分配比是a)绝缘复合的永磁粉粒[2]含量为3-40wt％；b)包覆粘结的高分子聚合物[1]含量为3-10wt％；c)其余为稀土永磁粉粒[3]。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，其特征在于该稀土永磁粉粒[3]是钐钴系永磁粉粒，或是钕铁硼系永磁粉粒。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，其特征在于绝缘复合永磁粉粒[2]是铁氧体永磁粉粒。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，其特征在于铁氧体永磁粉粒是各向同性铁氧体永磁，或是各向异性铁氧体永磁。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，其特征在于包覆粘结的高分子聚合物[1]是树脂类粘结剂与偶联剂聚合而成。
6.根据权利要求5所述的一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，其特征在于树脂类粘结剂是热固性树脂，或是热塑性树脂。
全文摘要
稀土永磁材料领域中一种绝缘高磁性能的复合稀土永磁材料，包括稀土永磁粉粒[3]、包覆粘结的高分子聚合物[1]，稀土永磁粉粒的粒度定在5.0－200μm之间，特征；还包括绝缘复合的永磁粉粒[2]，其粒度是稀土永磁粉粒[3]粒度的1/20－1/2；材料配比为绝缘复合的永磁粉粒[2]3－40wt％；包覆粘结的高分子聚合物[1]3－10wt％；其余为稀土永磁粉粒[3]。与已有技术相比，本发明材料在不低于400kHz频率交变场下其微观粉粒内部形成了方向无序的闭合涡旋场回路[4]，具有优良的抗涡损绝缘特性；最大磁能积(BH)
文档编号H01F1/057GK101034608SQ20071001011
公开日2007年9月12日 申请日期2007年1月16日 优先权日2007年1月16日
发明者齐民, 常颖, 王大鹏 申请人:大连理工大学