铁氮化物材料以及含铁氮化物材料的磁体的制作方法

铁氮化物材料以及含铁氮化物材料的磁体的制作方法
【专利摘要】本公开描述了含铁氮化物的磁性材料、含铁氮化物的块状永磁体、用于形成含铁氮化物的磁性材料的技术以及用于形成含铁氮化物的块状永磁体的技术。
【专利说明】铁氮化物材料从及含铁氮化物材料的磁体
[0001]本申请要求于2013年6月27日提交的美国临时专利申请号61/840,213的题为 叮ECHNIQ肥S FOR FORMING IRON N口RIDE WIRE AND CONSOLIDATING T皿 SAM护；于2013 年6月27日提交的美国临时专利申请号61/840,221的题为叮ECHNIQ肥S FOR FORMING IRON NITRIDE MATERIAL";于2013年6月27日提交的美国临时专利申请号61/840,248的题为 叮ECHNIQ肥S FOR FORMING IRON N口RIDE MAG肥TS"; W及于2014年2月4日提交的美国临 时专利申请号61/935,516的题为 "IRON NITRIDE MATERIALS AND MAG肥TS IN化UDING IRON N口RIDE MATERIALS"的权益。出于所有目的将美国临时专利申请号61/840，213; 61/ 840，221; 61/840，248;和61/935，516的全部内容通过引证结合于此。
技术领域
[0002 ]本公开内容设及磁性材料W及用于形成磁性材料的技术。
【背景技术】
[0003] 永磁体在许多机电系统中起作用，包括，例如，替代能源系统。例如，将永磁体用在 电动机或发电机中，该电动机或发电机可W用于车辆、风力满轮机和其它可替代能源机构 中。目前使用的许多永磁体包含稀±元素，如钦，运可产生高能积。运些稀±元素的供应相 对短缺，并且在未来可能面临更高的价格和/或供应短缺。另外，一些包含稀±元素的永磁 体制造昂贵。例如，制造 NdFeB和铁氧体的磁体一般包括粉碎材料、压缩该材料、W及在高于 IOOCTC的溫度下烧结，所有运些都促成了磁体的高制造成本。另外，稀±采矿可能导致严重 的环境恶化。

【发明内容】

[0004] 本公开内容描述了含铁氮化物的磁性材料、含铁氮化物的块状永磁体（bulk permanent magnets)、用于形成含铁氮化物的磁性材料的技术、W及用于形成含铁氮化物 的块状永磁体的技术。由于FeisNs具有高饱和磁化(饱和磁化强度，饱和磁化度，saturation magnetization)、高的磁各向异性常数和高能积，所W包含化16化的块状永磁体可W提供一 种包含稀±元素的永磁体的替代。
[0005] 在一些实施例中，本公开内容描述了使用将含铁原材料与如含酷胺或含阱的液体 或溶液的氮源研磨W形成含铁氮化物的粉末的技术。含酷胺的液体或溶液充当氮供体，并 且，在完成研磨和混合之后，形成包含铁氮化物的粉末。在一些实施例中，包含铁氮化物的 粉末可W包含一种或多种铁氮化物相，例如包含FesN、Fei6N2、化2N6、Fe4NJe3NJe2N、Fe^P 化Nx(其中X在约0.05至约0.5的范围内）。包含铁氮化物的粉末随后可W用在用于形成包含 铁氮化物的永磁体的技术。
[0006] 在一些实施例中，本公开内容描述了用于形成包含至少一种FeisNs相畴（相域， phase domain)的磁性材料的技术。在一些实施过程中，可W由含铁和氮的材料，如含铁氮 化物的粉末或含铁氮化物的块状材料形成磁性材料。在运样的实施例中，可W避免进一步 的氮化步骤。在其它实施例中，可W由含铁原材料(例如，粉末或块状)形成磁性材料，可W 将含铁原材料氮化作为形成磁性材料的过程的部分。随后可W将含铁氮化物的材料烙融并 且使其经受连续诱铸、冷激（泽火，quenching)和挤压过程W形成含铁氮化物的工件 (workpieces)。在一些实施例中，工件具有比该工件的其它尺寸更长的、例如长得多的尺 寸。可W将工件的该尺寸称为该工件的"长尺寸"。具有比其它尺寸更长的尺寸的实例工件 包括纤维、线（电线，wires)、细丝、线缆、膜（films)、厚膜、锥（锥片，foils)、带（条带， ribbons)、片材等。
[0007] 在其它实施例中，工件可W不具有比该工件的其它尺寸更长的尺寸。例如，工件可 W包含颗粒或粉末，如球体、圆柱、微粒(球粒，flecks)、薄片、规则多面体、不规则多面体、 W及它们的任何组合。合适的规则多面体的实例包括四面体、六面体、八面体、十面体、十二 面体等，非限制性的实例包括立方体、棱柱、棱锥等。
[0008] 可W在气体环境如，例如，空气、氮气环境、惰性环境、部分真空、全真空或它们的 任何组合中进行诱铸过程。诱铸过程可W是在任何压力下，例如，约0.1 G化至约20GPa。在一 些实施例中，可W通过应变场(straining field)、溫度场、压力场、磁场、电场或它们的任 何组合辅助诱铸和冷激过程。在一些实施例中，工件可W在一个或多个轴中具有，如约 0.1 mm至约50mm的直径或厚度的尺寸，并且可W包含至少一个FesN相畴。在一些实施例中， 工件可W在一个或多个轴中具有，如约0.01mm至约Imm的直径或厚度的尺寸，并且可W包含 至少一个化sN相畴。
[0009] 可W随后将包含至少一个FesN相畴的工件应变并且后退火W形成包含至少一个 Feis化相畴的工件。可W将包含至少一个FesN相畴的工件应变同时将其退火W促进至少一 个化8N相畴转变为至少一个化16化相畴。在一些实施例中，施加于工件上的应变可W足W降 低工件在一个或多个轴中的尺寸至小于约0.1mm。在一些实施例中，为了辅助拉伸过程，可 W同时地或单独地施加漉(roller)和压力，W降低工件在一个或多个轴中的尺寸。在应变 过程期间溫度可W为约-150°C至约300°C。在一些实施例中，包含至少一个Feis化相畴的工 件可W基本上由一个化16化相畴组成。
[0010] 在一些实施例中，本公开内容描述了用于将包含至少一个Feis化相畴的多个工件 结合(组合，combining)成磁性材料的技术。用于连接包含至少一个Feis化相畴的多个工件 的技术包括使用Sn、加、Zn或Ag中的至少一种合金化(alloying)该工件W在工件的界面形 成铁合金;使用填充有Fe或其它铁磁性颗粒的树脂将工件粘结在一起;冲击压缩W将工件 挤压在一起;放电W连接（join)工件；电磁压实(压紧，compaction) W连接工件；W及任何 运样的过程的组合。
[0011] 在一些实施例中，本公开内容描述了由铁氮化物粉末用于形成磁性材料的技术。 铁氮化物粉末可W包含一种或多种不同的铁氮化物相（例如JesN、Fei6化、Fe2N6Je4NJe3N、 Fe2N、Fe财WeNx(其中X在约0.05至约0.5的范围内））。可W将铁氮化物粉末单独地混合或与 纯铁粉末混合W形成包含8:1原子比的铁与氮的混合物。随后经由多种方法中的一种可W 将混合物形成磁性材料。例如，可W将混合物烙融并且经受诱铸、冷激和挤压过程W形成多 个工件。在一些实施例中，还可W使混合物经受剪切场。在一些实施例中，剪切场可W帮助 对齐一个或多个铁氮化物相畴(例如，对齐铁氮化物相畴的晶胞的一个或多个<001〉晶轴）。 多个工件可W包含至少一个FesN相畴。随后可W将多个工件退火W形成至少一个Feis化相 畴，将其烧结并且老化W连接多个工件，W及可选地成型和磁化W形成磁体。作为另一实施 例，在磁场存在下可W将混合物挤压、退火W形成至少一个Feis化相畴，烧结并且老化，并且 可选地，成型和磁化W形成磁体。作为另一实施例，可W将混合物烙融并且纺丝（旋转， spun) W形成含铁氮化物的材料。可W将含铁氮化物的材料退火W形成至少一个Feis化相 畴，烧结并且老化，并且可选地，成型和磁化W形成磁体。
[0012] 在一些实施例中，可W将化N工件烧结、粘结或直接同时进行烧结和粘结两者W形 成块状磁体。在粘结过程之前或期间，可W将烧结、粘结或两者与具有恒定或变化频率(例 如，脉冲磁场）的外加磁场的应用结合，W对齐FeN工件取向并且同时地粘结FeN工件。W运 种方式，可W赋予总体磁各向异性至化N工件。
[0013] 在一些实施例中，本公开内容描述了另外地包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂 的含铁氮化物的磁性材料。在一些实施例中，可W将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂称为 铁磁性或无磁性杂质。铁磁性或无磁性渗杂剂可W用于增强由含铁和氮的混合物形成的磁 性材料的磁矩、磁性矫顽力或热稳定性中的至少一种。铁磁性或无磁性渗杂剂的实例包括 Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Qi、Zn、Z;r、Nb、Mo、Ru、I?h、Pd、Ag、Cd、Pt、Au、Sm、C、Pb、W、Ga、Y、Mg、Hf、 化和它们的组合。在一些实施例中，在含铁和氮的混合物中，可W包含多于一种(例如，至少 两种)铁磁性或无磁性渗杂剂。在一些实施例中，铁磁性或无磁性渗杂剂可W充当畴壁钉扎 部位(domain wall pinning sites),其可W改善由含铁和氮的混合物形成的磁性材料的 矫顽力。
[0014] 在一些实施例中，本公开内容描述了另外地包含至少一种相稳定剂的含铁氮化物 的磁性材料。至少一种相稳定剂可W是选择用W改善Feis化体积比、热稳定性、矫顽力和抗 腐蚀性中的至少一种的元素。当存在于混合物中时，至少一种相稳定剂可WW约0.1 at. % 至约15at. %的浓度存在于含铁和氮的混合物中。在其中混合物中存在至少两种相稳定剂 的一些实施例中，至少两种相稳定剂的总浓度可W是约0.1 at. %至约15at. %。至少一种相 稳定剂可W包含，例如，8、41、(：、51、？、0、(：〇、化、111、5和它们的组合。
[0015] 在一个实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括加热含铁和氮的混合物W形 成烙融的含铁氮化物的材料，W及诱铸、冷激，并且挤压该烙融的含铁氮化物的材料W形成 包含至少一个化sN相畴的工件。
[0016]在另一实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将包含至少一个Feis化相畴的 多个工件设置为彼此邻近，同时多个工件的各自的长轴基本上彼此平行，并且将Sn、Cu、Zn 或Ag中的至少一种设置在包含至少一个Feis化相畴的多个工件的至少一个工件的表面上。 根据运个实施例，该方法还可W包括，在压力下将包含至少一个化16化相畴W及Sn、Cu、化或 Ag中的至少一种的多个工件加热，W在包含至少一个Feis化相畴的多个工件的邻近工件之 间的交界面处形成化和SnXu、Zn或Ag中的至少一种的合金。
[0017] 在进一步的实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将包含至少一个Feis化相 畴的多个工件设置为彼此邻近，同时多个工件的各自的长轴基本上彼此平行，并且将树脂 设置为围绕包含至少一个Feis化相畴的多个工件，其中，该树脂包含多个铁磁性材料的颗 粒。根据运个实施例，该方法还可W包括固化树脂W使用该树脂粘结包含至少一个Feis化相 畴的多个工件。
[0018] 在另外的实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将包含至少一个化16化相畴 的多个工件设置为彼此邻近，同时多个工件的各自的长轴基本上彼此平行，并且将多个铁 磁性材料的颗粒设置为围绕包含至少一个化16化相畴的多个工件，根据运个实施例，该方法 还可W包括使用冲击压缩将包含至少一个化16化相畴的多个工件连接。
[0019]在另一实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将包含至少一个Feis化相畴的 多个工件设置为彼此邻近，同时多个工件的各自的长轴基本上彼此平行，并且将多个铁磁 性材料的颗粒设置为围绕包含至少一个Feis化相畴的多个工件。根据运个实施例，该方法还 可W包括使用电磁脉冲将包含至少一个化16化相畴的多个工件连接。
[0020] 在另外的实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括在滚动式(漉社式，rol 1 ing mode)研磨装置、揽拌式（stirring mode)研磨装置或振动式(振颤式，Vibration mode)研 磨装置的仓室(bin)中，在氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物的粉末。
[0021] 在进一步的实施例中，本公开内容描述了一种滚动式研磨装置，包括构造为含有 含铁原材料和氮源的仓室W及在氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物的粉末。
[0022] 在另一实施例中，本公开内容描述了一种振动式研磨装置，包括构造为含有含铁 原材料和氮源的仓室W及在氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物的粉末。
[0023] 在进一步的实施例中，本公开内容描述了一种揽拌式研磨装置，包括构造为包含 含铁原材料和氮源的仓室W及在氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物的粉末。
[0024] 在另外的实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将含铁氮化物的材料与基 本上纯的铁混合W形成包含约8:1的铁原子比氮原子比率的混合物，并且由该混合物形成 包含至少一个化16化相畴的磁性材料。
[0025] 在另一实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将至少一种铁磁性或无磁性 渗杂剂添加至含铁氮化物的材料中，并且由含有至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂的含铁氮 化物的材料形成包含至少一个化16化相畴的磁体。
[0026] 在进一步的实施例中，本公开内容描述了一种方法，包括将针对体屯、四方(体屯、四 方形，bod}f-cente;r-tetragonal，bct)相畴的至少一种相稳定剂添加至铁氮化物的材料中， 并且由含有针对bet相畴的至少一种相稳定剂的含铁氮化物的材料形成包含至少一个 Fei6N2相畴的磁体。
[0027] 在附图及W下说明书中阐明了一个或多个实施例的详情。从说明书和附图W及从 权利要求书，将清晰可见其它特征、目的和优势。
【附图说明】
[0028] 概述W及下面的详细说明，在阅读时结合附图进行进一步地理解。为了示出本公 开内容的目的，在附图实施例中将其示出；然而，本公开内容并不限于公开的特定的技术、 组合物和装置。此外，附图并不一定按比例绘制。在附图中：
[0029] 图1是示出可W用于研磨含铁原材料与氮源的第一研磨装置的示意图。
[0030] 图2是示出用于由簇酸形成酷胺、铁氮化W及由铁经氮化之后剩余的控再生酷胺 的实例反应顺序的示意流程图。
[0031] 图3是示出用于氮化含铁原材料的研磨装置的另一实例的示意图。
[0032] 图4是示出用于氮化含铁原材料的研磨装置的另一实例的示意图。
[0033] 图5是用于形成包含至少一个含Fei6N2(例如，a"-Feis化）的相畴的工件的实例技术 的流程图。
[0034] 图6是示出可W用于应变和后退火含铁氮化物工件的实例装置的示意图。
[0035] 图7是示出在应变状态下W氮原子注入铁原子之间的胞间隙中的八(8)个铁晶胞 的示意图。
[0036] 图8是示出可W用于将平行的多个含铁氮化物工件应变和退火的实例技术的示意 图。
[0037] 图9是使用尿素扩散(脈扩散，urea diffusion)过程可W用于氮化含铁原材料的 实例装置的示意图。
[0038] 图IOA-图IOC是示出了用于连接包含至少一个Feis化相畴的至少两个工件的实例 技术的示意图。
[0039] 图11是示出用于连接包含至少一个化16化相畴的至少两个工件的另一实例技术的 示意图。
[0040] 图12是示出用于连接包含至少一个化16化相畴的至少两个工件的另一实例技术的 示意图。
[0041] 图13是示出具有铁磁性颗粒设置为围绕包含至少一个化16化相畴的多个工件的包 含至少一个化16化相畴的多个工件的示意图。
[0042] 图14是可W用于连接包含至少一个化16化相畴的至少两个工件的另一装置的示意 图。
[0043] 图15是示出用于形成含铁氮化物的磁体的实例技术的流程图。
[0044] 图16-图18是示出用于由包含约8:1的铁比氮比率的混合物形成包含铁氮化物相 畴的磁体的实例技术的流程图。
[0045] 图19A和图19B是示出用于形成含化16化相畴的磁性材料W及至少一种铁磁性或无 磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂的另一实例技术的示意图。
[0046] 图20示出了用于由第一研磨铁前体材料形成含铁原材料，随后在甲酯胺溶液中研 磨该含铁原材料而制备的样品的实例XRD光谱。
[0047] 图21示出了用于由在乙酷胺溶液中研磨含铁原材料制备的样品的实例XRD光谱。
[0048] 图22是对于通过连续诱铸、冷激和挤压技术制备的包含Feis化的实例磁性材料相 对于施加的磁场的磁化图。
[0049] 图23是通过连续诱铸、冷激和挤压技术制备的包含至少一个Feis化相畴的实例线 的X射线衍射光谱。
[0050] 图24是对于通过连续诱铸、冷激和挤压技术，随后应变和后退火制备的包含化16化 的实例磁性材料相对于施加的磁场的磁化图。
[0051] 图25是用于通过连续诱铸、冷激和挤压技术，随后应变和后退火制备的包含化16化 的样品磁性材料的俄歇电子光谱(auger electron spectr皿，AES)试验结果的图。
[0052] 图26A和图26B是示出了根据本文中所描述的技术形成的铁氮化物锥和铁氮化物 块状材料的实例的图。
[0053] 图27是用于包含Feis化的实例线形磁性材料相对于施加的磁场的磁化图，示出了 相对于样品的外加磁场的不同取向的不同滞后回线。
[0054] 图28是示出相对于外加磁场的实例线形FeN磁体的矫顽力和其取向之间关系的 图。
[0055] 图29是示出实例化16化晶体结构的示意图。
[0056] 图30是示出渗杂Mn的块状Fe的态密度的实例计算的结果的曲线。
[0057] 图31是示出渗杂Mn的块状Feis化的态密度的实例计算的结果的曲线。
[0化引图32是W5at. %、8at. %、10at. %和15at. %浓度的Mn渗杂剂制备的化-Mn-N块状 样品的磁滞回线的曲线。
[0059] 图33是在尿素氮来源存在下球磨之后，使用俄歇电子光谱(AES)汇集的样品1粉末 的元素浓度的曲线。
[0060] 图34是示出了在退火之后来自样品1的粉末的X射线衍射光谱的曲线。
[0061] 图35是在硝酸锭存在下使用球磨形成和制备的铁氮化物的磁滞回线的曲线。
[0062] 图36是示出了对于固结(consolidation)前后的样品的X射线衍射光谱的曲线。
【具体实施方式】
[0063] 可W通过参考W下详细说明连同组成本公开内容一部分的附图和实施例，更加容 易地理解本公开内容。应理解，本公开内容并不限制本文所描述和/或示出的特定的装置、 方法、应用、条件或参数，W及本文中使用的术语是为了描述特定的实施例，并不旨在限制 权利要求。当表示数值范围时，另一实施例包括从一个特定值和/或至其它特定值。类似地， 当数值表示为近似值时，通过使用先行词"约"，应当理解特定值形成另一实施例。可W包含 并组合所有范围。进一步地，在范围中所述的参考值包含在该范围之内的每一个值。
[0064] 应理解，本发明的某些特征，为清晰起见，其在单独的实施例的上下文中进行了描 述，也可W在单个实施方式中W组合方式提供。相反地，可W单独地或W任何的子组合方式 提供本公开内容的多个特征，为了简洁起见，将运些特征描述于单个实施例的上下文中。
[0065] 本公开内容描述了含铁氮化物的磁性材料、含铁氮化物的块状永磁体、用于形成 含铁氮化物的磁性材料的技术、W及用于形成含铁氮化物的块状永磁体的技术。由于化16化 具有高饱和磁化常数、高磁各向异性常数，并且因此具有高能积，所W包含Feis化铁氮化物 相的块状永磁体可W提供包含稀±元素的永磁体的替代。在一些实施例中所述高饱和磁化 常数和磁各向异性常数产生可能比稀±磁体更高的磁能积。当Feis化永磁体是各向异性时， 根据本文所描述的技术形成的块状Fei6N2永磁体可W具有期望的磁性性质，包括高达约 130MG0e的能积。在其中化16化磁体为各向同性的实例中，所述能积可W高达约33.5MG0e。永 磁体的能积与剩余矫顽力（剩磁矫顽力，remanent coerciVity)和剩磁(残磁，剩余磁化强 度，remanent ma即etization)之积成正比。作为比较，NdsFewB永磁体的能积可W高达约 60MG0e。在用于电动机、发电机等中时，更高的能积可W导致永磁体的效率增加。此外，包含 Feis化相的永磁体可W不包含稀±元素，运可W降低磁体的材料成本并且可W降低生产磁 体对环境的影响。
[0066] 在不受任何工作原理的限制的情况下，认为化16化是亚稳相，它与其它Fe-N的稳定 相竞争。因此，形成包含Feis化的块状磁性材料和块状永磁体会是困难的。本文所描述的各 种技术可W促进包含FeisNs铁氮化物相的磁性材料的形成。在一些实施例中，相比于用于形 成包含Feis化铁氮化物相的磁性材料的其它技术，所述技术可W降低形成包含Feis化铁氮化 物相的磁性材料的成本，增加磁性材料中的化16化铁氮化物相的体积分数，提供在磁性材料 内的Fei6化铁氮化物相更大的稳定性，促进包含Fei6化铁氮化物相的磁性材料的大规模生 产，和/或提高包含化16化铁氮化物相的磁性材料的磁性。
[0067] 本文所描述的块状永久Fe师兹体可W具有各向异性的磁性。运样的各向异性的磁 性表征为在与施加的电场或磁场不同的相对取向中具有不同的能积、矫顽力和磁矩。因此， 本公开的块状FeN磁体可W用于各种应用(例如，电动机）中的任一种，赋予低能量损失和高 能量效率至运样的应用中。
[0068] 在一些实施例中，本公开内容描述了使用将含铁原材料与如含酷胺或含阱的液体 或溶液的氮源研磨，用于形成含铁氮化物的粉末的技术。含酷胺或含阱的液体或溶液作为 氮供体，并且在完成研磨和混合之后，形成含铁氮化物的粉末。在一些实施例中，含铁氮化 物的粉末可W包含一种或多种铁氮化物相，例如，FesNJeis化、FesNs J64N JesN Je2N、FeN和 化Nx(其中X在约0.05至约0.5的范围内）。含铁氮化物的粉末可W随后地用在用于形成包含 化16N2铁氮化物的块状永磁体的技术中。
[0069]在一些实施例中，本公开内容描述了用于形成包含至少一个Feis化相畴的磁性材 料的技术。在一些实施过程中，可W由包含铁和氮的材料，如包含铁氮化物的粉末或包含铁 氮化物的块状材料形成磁性材料。在运样的实施例中，可W避免进一步的氮化步骤。在其它 实施例中，可W由含铁原材料(例如，粉末或块状)形成磁性材料，可W将该原材料氮化作为 形成磁性材料过程的一部分。随后可W将含铁氮化物的材料烙融并且使其经受诱铸、冷激 和挤压过程W形成含铁氮化物的工件。在一些实施例中，工件可W在至少一个轴中具有至 少约0.1 mm至约50mm的尺寸，并且可W包含至少一个FesN相畴。在一些实施例中，如当工件 包括线或带时，该线或带可W分别具有约0.1mm至约50mm的直径或厚度。
[0070] 在一些实施例中，工件具有比该工件的其它尺寸更长的尺寸，例如，长得多的尺 寸。具有比其它尺寸更长尺寸的实例工件包括纤维、线、细丝、线缆、膜、厚膜、锥、带、片材 等。在其它实施例中，工件可W不具有比该工件的其它尺寸更长的尺寸。例如，工件可W包 含颗粒或粉末，如球体、圆柱、微粒、薄片、规则多面体、不规则多面体和它们的任何组合。合 适的规则多面体的实例包括四面体、六面体、八面体、十面体、十二面体等，其非限制性的实 例包括立方体、棱柱、棱锥等。
[0071] 在一些实施例中，可W在空气中、在氮气环境中、惰性环境、部分真空、全真空或它 们的任何组合中进行诱铸过程。在一些实施例中，在诱铸期间的压力可W为约0.1 Gpa至约 20GPa。在一些实施过程中，可W通过应变场（straining field)、剪切场（shear field)、溫 度场、压力场、电场、磁场或它们的任何组合辅助诱铸和冷激过程，可W应用于辅助诱铸过 程。
[0072] 在一些实施例中，冷激过程包括将工件加热至高于650°C的溫度持续约0.5小时至 约20小时。在一些实施例中，可W将溫度突然下降至低于工件合金的马氏体溫度(Ms)。例 如，对于Fei6N2，马氏体溫度(Ms)为约250°C。用于冷激的介质可W包括液体，如水、盐水(具 有约1%至约30%的盐浓度），非水流体如油或液氮。在其它实施例中，冷激介质可W包括气 体，如具有约1标准立方厘米每分钟(seem)和约1000 sccm的流动速率的氮气。在其它实施例 中，冷激介质可W包括固体，如盐、沙等。在一些实施过程中，可W将电场或磁场应用于辅助 冷激过程。
[0073] 可W随后地将包含至少一个FesN相畴的工件应变（S化ained) W及后退火(post- annealed) W形成包含至少一个Fei6化相畴的工件。可W将包含至少一个FesN相畴的工件应 变同时将其退火W促进至少一个FesN相畴转化成至少一个化16化相畴。在一些实施例中，施 加于工件上的应力可W足W将在一个或多个轴中的工件尺寸降低至小于约0.1mm。在一些 实施例中，如当工件包括线或带时，施加于工件上的应力可W足W分别将线或带的直径或 厚度降低至小于约0.1mm。在一些实施例中，为了在一个或多个尺寸中促进工件尺寸的降 低，可W使用漉W在工件上施加压力。在一些实施例中，在应变过程期间，工件的溫度可W 是约-150°C至约300°C。在一些实施例中，包含至少一个化16化相畴的工件可W基本上由一 个FeisNs相畴组成，该FeisNs相畴可W进一步是沿着工件的纵向（长尺寸方向，long direction)取向的（例如，可W沿着工件的纵向将铁氮化物相畴的晶胞(unit cel Is)的一 个或多个<001〉晶轴取向）。
[0074] 在一些实施例中，本公开内容描述了用于将包含至少一个Feis化相畴的多个工件 结合成块状磁性材料的技术。在一些实施例中，包含至少一个Feis化相畴的多个工件可W各 自包含基本上平行、垂直于各自的工件的长轴的一个或多个<001〉晶轴。可W将包含至少一 个化16化相畴的多个工件的长轴设置为基本上彼此平行，W使在工件中的<001〉晶轴可W是 基本上平行的。运些可W提供高的磁各向异性，其可W产生高能积。用于连接包含至少一个 Feis化相畴的多个工件的技术包括使用Sn Xu、Zn或Ag中的至少一种合金化该工件W在工件 的界面形成铁合金;使用填充有Fe或其它铁磁性颗粒的树脂将工件粘结在一起;冲击压缩 W将工件挤压在一起;或放电W连接工件;和/或电磁压实W连接工件。
[0075] 在一些实施例中，本公开内容描述了由铁氮化物粉末用于形成磁性材料的技术。 铁氮化物粉末可W包含一种或多种不同的铁氮化物相（例如JesN、Fei6化、Fe2N6Je4NJe3N、 化2N、FeN和化Nx(其中X是约0.05至0.5))。可W将铁氮化物粉末单独地混合或与纯铁粉末混 合W形成包含8:1的铁与氮的原子比的混合物。随后经由多种方法中的一种可W将混合物 形成磁性材料。例如，可W将混合物烙融并且经受诱铸、冷激和挤压过程W形成多个工件。 多个工件可W包括至少一个FesN相畴。随后可W将多个工件退火W形成至少一个Feis化相 畴，将其烧结并且老化W连接多个工件，W及可选地成型和磁化W形成磁体。作为另一实施 例，在磁场存在下，可W将混合物挤压、退火W形成至少一个Feis化相畴，将其烧结并且老 化，W及可选地成型和磁化W形成磁体。作为另一实施例，可W将混合物烙融并且纺丝W形 成含铁氮化物的材料。可W将含铁氮化物的材料退火W形成至少一个化16化相畴，将其烧结 并且老化，W及可选地，成型和磁化W形成磁体。
[0076] 在一些实施例中，本公开内容描述了另外地包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂 的含铁氮化物的磁性材料。在一些实施例中，可W将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂称为 铁磁性或无磁性杂质。铁磁性或无磁性渗杂剂可W用于增强由含铁和氮的混合物形成的磁 性材料的磁矩、磁性矫顽力或热稳定性中的至少一种。铁磁性或无磁性渗杂剂的实例包括 Sc、Ti、V、化、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、加、Pd、Ag、Cd、Pt、Au、Sm、C、Pb、W、Ga、Y、Mg、Hf、 化和它们的组合。例如，相比于不包含Mn渗杂原子的铁氮化物材料，在包含至少一个Fei6N2 相畴的铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %之间的水平的Mn渗杂原子可W改善 Feis化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。在一些实施例中，含铁和氮的混合物可W包 含多于一种(例如，至少两种）的铁磁性或无磁性渗杂剂。在一些实施例中，铁磁性或无磁性 渗杂剂可W充当畴壁钉扎部位，该渗杂剂可W改善由包含铁和氮的混合物形成的磁性材料 的矫顽力。
[0077] 在一些实施例中，本公开内容描述了另外地包含至少一种相稳定剂的含铁氮化物 的磁性材料。至少一种相稳定剂可W是选择用W改善Feis化体积比、热稳定性、矫顽力和抗 腐蚀性中的至少一种的元素。当存在于混合物中时，至少一种相稳定剂可WW约0.1 at. % 至约15at. %的浓度存在于包含铁和氮的混合物中。在其中混合物中存在至少两种相稳定 剂的一些实施例中，至少两种相稳定剂的总浓度可W是约0.1 at. %至约15at. %。至少一种 相稳定剂可W包括，例如，8、41、(：、51、？、0、(：〇、化、111、5和它们的组合。例如，相比于不包含 Mn渗杂原子的铁氮化物材料，在包含至少一个Feis化相畴的铁氮化物材料中包含约5at. % 至约15at. %的水平的Mn渗杂原子可W改善化16化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。
[0078] 图1是示出可W用于研磨含铁原材料W及氮源的第一研磨装置的示意图。可W W 滚转模式运行第一研磨装置10,其中第一研磨装置10的仓室12围绕水平轴旋转，由箭头14 指示。当仓室12旋转时，研磨球体16在仓室12内移动，并且随着时间，粉碎含铁原材料18。除 了含铁原材料18和研磨球体16之外，仓室12包括氮源20。
[0079] 在图1中示出的实施例中，研磨球体16可W包括足够硬的材料，当用充分的力度接 触含铁原材料1別寸，将磨碎含铁原材料18并且产生具有平均较小尺寸的含铁原材料18的颗 粒。在一些实施例中，研磨球体16可W由钢、不诱钢等形成。在一些实施例中，由研磨球体16 形成的材料不能与含铁原材料18和/或氮源20发生化学反应。在一些实施例中，研磨球体16 可W具有约5毫米(mm)至约20mm的平均直径。
[0080] 含铁原材料18可W包括含铁的任何材料，包括原子铁、铁氧化物、铁氯化物等。在 一些实施例中，含铁原材料18可W包含基本纯的铁（例如，具有小于约10原子百分数 (at. % )的渗杂剂或杂质的铁）。在一些实施例中，渗杂剂或杂质可W包含氧或铁氧化物。可 W W任何合适的形式提供含铁原材料18,包括，例如，粉末或相对小的颗粒。在一些实施例 中，在含铁原材料18中的颗粒的平均尺寸可W是小于约100微米(Ml)。
[0081] 氮源20可W包括硝酸锭(NH4N03)或含酷胺材料，如液态的酷胺或包含酷胺的溶液 或阱或包含阱的溶液。酷胺包含C-N-H键W及阱包含N-N键。硝酸锭、酷胺和阱可W用作氮供 体，用于形成含铁氮化物的粉末。虽然可W使用任何酷胺，但是酷胺的实例包括尿素（（N此） 2C0;还称为脈）、甲酯胺(式1)、苯酷胺(式2)和乙酷胺(式3)。
[0082]
[0083]
[0084] 在一些实施例中，通过利用胺基取代簇酸的径基，酷胺可W衍生自簇酸。可W将运 些类型的酷胺称为酸胺(酸酷胺，acid amides)。
[0085] 在一些实施例中，仓室10还可W包括催化剂22。催化剂22可W包括，例如，钻(Co) 颗粒和/或儀(Ni)颗粒。催化剂22催化含铁原材料18的氮化。在W下反应1-3中示出了使用 Co催化剂用于铁氮化物的一种可能的概念化反应。当使用Ni作为催化剂22时，可W遵循类 似的反应。
[0086
[0087]因此，通过将足够的酷胺和催化剂22混合，可W将含铁原材料18变为含铁氮化物 材料。
[0088] 图2是示出用于由簇酸形成酷胺、铁氮化、W及由铁经氮化之后剩余的控再生酷胺 的实例反应顺序的示意流程图。通过利用在图2中示出的反应顺序，可W回收催化剂22和部 分氮源20(例如，除了在酷胺中的氮W外），并且降低来自过程的废弃物。如在图2中示出的， 在约100°C的溫度下，簇酸可W与氨起反应W形成酷胺并且生成水。随后酷胺可W与催化剂 22(例如，Co和/或Ni)起反应W生成氨气并且将催化剂连接至氮。随后运种化合物可W与铁 反应W形成有机铁氮化物并且释放催化剂。最后，有机铁氮化物可W与LiAlH4反应W再生 簇酸并且形成铁氮化物。
[0089] 现在返回至图1，研磨装置10的仓室12可W W足够的速度旋转W引起组分在仓室 12中混合(例如，研磨球体16、含铁原材料18、氮源20和催化剂22)，并且引起研磨球体16研 磨含铁原材料18。在一些实施例中，仓室12可W在约500转/分（rpm)至约2000rpm，如约 eOOrpm至约65化pm、约60化pm或约65化pm的旋转速度下旋转。进一步地，为了促进含铁原材 料18的研磨，在一些实施例中，研磨球体16的总量与含铁原材料18的总量的质量比可W是 约20:1。可W使研磨进行选定的预定时间W使得含铁原材料18氮化W及含铁原材料18( W 及含经氮化的铁的材料)研磨直至预定的尺寸分布。在一些实施例中，可W进行研磨持续约 1小时至约100小时的时间，如约1小时至约20小时或约20小时。在一些实施例中，在每10小 时的研磨之后可W将研磨装置10停止约10分钟W使得研磨装置10、含铁原材料18、氮源20 和催化剂22能够冷却。
[0090] 在其它实施例中，可W使用不同类型的研磨装置进行研磨过程。图3是示出用于氮 化含铁原材料的研磨装置的另一实例的示意图。可W将在图3中示出的研磨装置称为揽拌 式研磨装置30。揽拌式研磨装置包括仓室32和杆状物(细长轴，shaft)34。安装至杆状物34 的是多个揽棒(叶片，paddle)36,当杆状物34旋转时该揽棒揽动仓室32的内含物。包含在仓 室32中的是研磨球体、含铁原材料的混合物38;氮源，如含酷胺或含阱的液体或溶液;和催 化剂。研磨球体、含铁原材料、氮源和催化剂可W与参照图1所描述的研磨球体16、含铁原材 料18、氮源20和催化剂22相同或基本上相似。
[0091] W与在图1中示出的研磨装置10类似的方式，揽拌式研磨装置30可W用于氮化含 铁原材料18。例如，可W W约50化pm至约200化pm的速度，如约60化pm至约650巧m、约60化pm 或约65化pm的速度旋转杆状物％。进一步地，为了促进含铁原材料的研磨，在一些实施例 中，研磨球体与含铁原材料的质量比可W是约20:1。可W使研磨进行选定的预定时间W使 得含铁原材料氮化W及含铁原材料（W及含经氮化的铁的材料)研磨直至预定的尺寸分布。 在一些实施例中，可W进行研磨约1小时至约100小时的时间，如约1小时至约20小时或约20 小时。在一些实施例中，在每10小时的研磨之后可W将研磨装置10停止约10分钟W使得研 磨装置10、含铁原材料18、氮源20和催化剂22能够冷却。
[0092] 图4是示出用于氮化含铁原材料的研磨装置的另一实例的示意图。可W将在图4中 示出的研磨装置称为振动式研磨装置40。如在图4中示出的，振动式研磨装置可W利用仓室 42围绕水平轴的旋转（由箭头44指示）W及仓室42垂直地振动运动（由箭头54指示）的旋转 两者W使用研磨球体46研磨含铁原材料48。如在图4中示出的，仓室42包含研磨球体46、含 铁原材料48、氮源50和催化剂52的混合物。研磨球体46、含铁原材料48、氮源50和催化剂52 可W与参照图1所描述的研磨球体16、含铁原材料18、氮源20和催化剂22相同或基本上相 似。
[0093] 如同在图I中示出的研磨装置10,振动式研磨装置40同样可W用于氮化含铁原材 料18。例如，可W W约50化pm至约2000巧m的速度，如约60化pm至约65化pm、约60化pm或约 65化pm的速度旋转杆状物34。进一步地，为了促进含铁原材料的研磨，在一些实施例中，研 磨球体与含铁原材料的质量比可W是约20:1。可W使研磨进行选定的预定时间W使得含铁 原材料氮化W及含铁原材料（W及含经氮化的铁的材料)的研磨直至预定的尺寸分布。在一 些实施例中，可W进行研磨约1小时至约100小时的时间，如约1小时至约20小时或约20小 时。在一些实施例中，在每10小时的研磨之后可W将研磨装置10停止约10分钟W使得研磨 装置10、含铁原材料18、氮源20和催化剂22能够冷却。
[0094] 不管用于形成铁氮化物粉末的研磨类型，铁氮化物粉末可W包含FeN Je2N(例如， 写-FesN)、化3N(例如，E-FesN)、Fe4N(例如，丫 ' -F64N)、Fe2N6、Fe8N、Fel6化和FeNx(其中x在约 0.05至约0.5之间）中的至少一种。另外，铁氮化物粉末可W包含其它材料，如纯铁、钻、儀、 渗杂剂等。在一些实施例中，可W在研磨过程之后使用一种或多种合适的技术至少部分地 除去钻、儀、渗杂剂等。在一些实施例中，可W在随后的过程中使用铁氮化物粉末W形成磁 性材料，如包含铁氮化物相如Feis化的永磁体。在如包含硝酸锭或酷胺或阱的液体或溶液的 氮源存在下，研磨含铁原材料可W是用于形成含铁氮化物的材料的成本有效的技术。进一 步地，在如包含硝酸锭或酷胺或阱的液体或溶液的氮源存在下，研磨含铁原材料可W促进 含铁氮化物材料的大规模生产，并且可W降低铁氧化。
[00%]在一些实施例中，在氮源存在下，在研磨含铁原材料之前，使用研磨技术和/或烙 纺技术(烙体纺丝技术，烙融纺织技术，melting spinning technique)可W将铁前体转变 为含铁原材料。在一些实施例中，铁前体可W包含Fe、FeCl3、Fe2化或Fes化中的至少一种。在 一些实施过程中，铁氮化物前体可W具有，例如，大于约0.1 mm(IOOwii)的平均粒径。
[0096] 当将铁前体研磨时，可W使用任何上述的研磨技术，包括滚动式研磨、揽拌式研磨 和振动式研磨。在一些实施例中，可W在巧(Ca)、侣(Al)或钢(Na)中的至少一种存在下将铁 前体研磨。如果有的话，Ca、Al和/或Na中的至少一种可W与存在于铁前体中的氧(分子氧或 氧离子)反应。随后可W从混合物中除去至少一种被氧化的化、Al和/或化。例如，可W使用 沉积技术和蒸发技术或酸洗技术中的至少一种除去至少一种被氧化的化、Al和/或Na。在一 些实施例中，通过在研磨装置内流动氨气可W进行氧还原过程。氨可W与存在于含铁原材 料中的任何氧反应，并且可W从含铁原材料中除去氧。在一些实施例中，运可W基本上形成 纯铁(例如，具有小于约IOat. %渗杂剂的铁）。另外地或者可替代地，可W使用酸洗技术清 洁含铁原材料。例如，可W使用具有约5%至约50%之间的浓度的稀释HCl洗涂来自含铁原 材料的氧。在具有化、Al和/或化中的至少一种的混合物中研磨(或酸洗)铁前体可W降低铁 氧化并且可W有效地用于许多不同的铁前体，包括，例如，FeJeCls、化2〇3或化3〇4或它们的 组合。当制备含铁原材料W用于形成含铁氮化物材料时，铁前体的研磨可W提供柔初性和 成本优势。
[0097] 在其它实施例中，通过烙纺可W形成含铁原材料。在烙纺中，可W将铁前体烙融， 例如，通过在烙炉中加热铁前体W形成烙融的铁前体。随后可W使烙融的铁前体在冷漉表 面流动W冷激烙融的铁前体并且形成材料的脆的带状物。在一些实施例中，可W在低于室 溫的溫度下通过冷却剂，如水，将冷漉表面冷却。例如，可W在约10°c至约25°C的溫度下将 冷漉表面冷却。随后脆的带状材料可W经受热处理步骤W预退火脆的铁材料。在一些实施 例中，可W在约200°C至约600°C的溫度下在大气压下进行热处理约0.1小时至约10小时。在 一些实施例中，可W在氮或氣气氛下进行热处理。在惰性气体下热处理脆的带状材料之后， 可W将脆的带状材料粉碎W形成含铁的粉末。运些粉末可W用作用于形成含铁氮化物的粉 末的技术中的含铁原材料18或48。
[0098] 在一些实施例中，本公开内容描述了由含铁氮化物的材料用于形成包含Feis化相 畴的磁性材料的技术。在一些实施例中，通过上述技术形成的含铁氮化物的粉末可W用于 形成包含化16化相畴的磁体。在其它实施例中，可W使用如W下将描述的其它技术氮化含铁 原材料。
[0099] 不管含铁氮化物材料的来源，可W将含铁氮化物材料烙融并且连续诱铸、挤压、W 及冷激W形成含铁氮化物的工件。在一些实施例中，工件可W在一个或多个轴中具有约 0.001mm至约50mm的尺寸。例如，在其中工件包括带状物的一些实施例中，带状物可W具有 约0.001mm至约5mm的厚度。作为另一实施例，在其中工件包括线的一些实施例中，线可W具 有约0.1mm至约50mm的直径。随后可W将工件应变并且后退火W形成至少一个包含化16化的 相畴(例如，a"-Feis化）。在一些实施例中，具有至少一个包含化16化的相畴(例如，a"-Feis化） 的运些工件可W与其它具有至少一个包含Feis化的相畴（例如，a"-Fei6N2)工件连接W形成 磁体。
[0100] 图5是用于形成具有至少一个包含化16化的相畴(例如，a"-FeiS化）的工件的实例技 术的流程图。在图5中示出的技术包括烙融包含铁和氮的混合物W形成烙融的含铁氮化物 的混合物(6 2)。包含铁和氮的混合物可W包含，例如，包含大约8 :1的铁与氮的原子比。例 如，混合物可W包含约8原子百分数(at.%)至约15at. %的氮，W及余量的铁、其它元素和 渗杂剂。作为另一实施例，混合物可W包含约IOat. %至约13at. %的氮或约11. Iat. %的 氮。
[0101] 在一些实施例中，除了铁和/或氮之外，包含铁和氮的混合物可W包含至少一种类 型的铁氮化物，诸如，例如，FeN、Fe2N(例如，C-FesN)、Fe3N(例如，E-FesN)、Fe4N(例如，丫 '-化4N和/或丫-化4N)、Fe2N6、Fe8N、化l6化或FeNx(其中x为约0.05至约0.5)。在一些实施例中， 包含铁和氮的混合物可W具有至少92原子百分数(at.%)的纯度(例如，集中的铁和氮含 量)。
[0102] 在一些实施例中，包含铁和氮的混合物可W包含至少一种渗杂剂，如铁磁性或无 磁性渗杂剂和/或相稳定剂。在一些实施例中，至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂可W被称为 铁磁性或无磁性杂质和/或相稳定剂可W被称为相稳定性杂质。铁磁性或无磁性渗杂剂可 W用于增加由包含铁和氮的混合物形成的磁性材料的磁矩、磁性矫顽力或热稳定性中的至 少一种。铁磁性或无磁性渗杂剂的实例包括5。、1'1、￥、化、]\111、(：〇、化、加、211、2'、师、]\1〇、邮、 化、口(1、4旨、〔(1、？1、411、5111、(：、？13、胖、6曰、￥、]\%、册和1'曰。例如，相比于不包含胞渗杂原子的铁氮 化物材料，在包含至少一个化16化相畴的铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %的水平 的Mn渗杂原子可W改善化16化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。在一些实施例中，在 包含铁和氮的混合物中可W包含多于一种(例如，至少两种)铁磁性或无磁性渗杂剂。在一 些实施例中，铁磁性或无磁性渗杂剂可W充当畴壁钉扎部位，其可W改善由包含铁和氮的 混合物形成的磁性材料的矫顽力。表1包括在包含铁和氮的混合物之内的铁磁性或无磁性 渗杂剂的浓度的实例。
[0103]表1 「ni nyi1
[0105] 可替代的或另外地，包含铁和氮的混合物可W具有至少一种相稳定剂。至少一种 相稳定剂可W是选择用W改善Feis化体积比、热稳定性、矫顽力和抗腐蚀性中的至少一种的 元素。当存在于混合物中时，至少一种相稳定剂可WW约0.1 at. %至约15at. %的浓度存在 于包含铁和氮的混合物中。在其中混合物中存在至少两种相稳定剂的一些实施例中，至少 两种相稳定剂的总浓度可W是约0.1 at. %至约15at. %。至少一种相稳定剂可W包括，例 如，8、41、(：、51、？、0、(：〇、化、111和/或5。例如，相比于不包含胞渗杂原子的铁氮化物材料，在 包含至少一个Feis化相畴的铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %的水平的Mn渗杂原 子可W改善化16化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。
[0106] 在一些实施例中，将含铁和氮的混合物烙融W形成烙融的含铁氮化物的混合物 (62)可W包括在高于约1500°C的溫度下将含铁和氮，并且可选地，至少一种无磁性或铁磁 性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂的混合物加热。在一些实施例中，可W使用射频(RF)感应 线圈在烙炉中将含铁和氮的混合物加热。在其中使用块状含铁氮化物的材料的实施例中， 可W在大于约1600°C的溫度下加热烙炉。在其中使用含铁氮化物的粉末的实施例中，可W 在大于约2000°C的溫度下加热烙炉。
[0107] 在其它实施例中，可W使用低频或中频感应线圈在烙炉中将含铁和氮的混合物加 热。不管块状含铁氮化物的材料还是含铁氮化物的粉末用作含铁和氮的混合物，在其中使 用低频或中频感应线圈加热烙炉的一些实施例中，可W在大于约1600°C的溫度下加热烙 炉。在一些实施例中，可W在环境气氛下将包含铁和氮的混合物加热。
[0108] -旦将包含铁和氮的混合物烙融，则混合物可W经受诱铸、冷激、W及挤压过程W 形成含铁氮化物的工件(64)。在一些实施例中，与分批处理相反，诱铸、冷激、W及挤压过程 可W是连续的。可W将包含铁和氮的烙融混合物沉积在模具中，该模具可W将包含铁和氮 的混合物成形为预定形状，如至少一种线、带或其它具有长度大于其宽度或直径的制品。在 诱铸过程期间，取决于诱铸速度，可W将模具的溫度保持在约650°C至约1200°C的溫度。在 一些实施例中，在诱铸过程期间，可W将模具的溫度保持在约800°C至约1200°C的溫度。可 W在空气中、氮环境、惰性环境、部分真空、全真空或它们的任何组合中进行诱铸过程。诱铸 过程可W是在任何压力下，例如，约0.1 G化至约20GPa。在一些实施例中，可W通过应变场、 溫度场、压力场、磁场、电场或它们的任何组合辅助诱铸过程。
[0109] 在完成诱铸之后或在完成诱铸过程的同时，可W将含铁和氮的混合物冷激W固化 含铁氮化物材料的晶体结构W及相成分。在一些实施例中，在冷激过程期间，可W将工件加 热至高于650°C的溫度持续约0.5小时至约20小时。在一些实施例中，可W将溫度突然下降 至低于工件合金的马氏体溫度(Ms)。例如，对于Fei6N2,马氏体溫度(Ms)为约250°C。用于冷 激的介质可W包括液体，如水、盐水(具有约1 %至约30 %的盐浓度），非水液体或溶液如油 或液氮。在其它实施例中，冷激介质可W包括气体，如具有约Isccm至约1000 sccm的流动速 率的氮气。在其它实施例中，冷激介质可W包括固体，如盐、沙等。在一些实施例中，在冷激 过程期间，可WW大于50°C每秒的速率将包含铁和氮的工件冷却。在一些实施例中，可W通 过磁场和/或电场辅助诱铸过程。
[0110] 在完成冷激之后，可W挤压含铁氮化物的材料W达到含铁氮化物的材料的预定尺 寸。在挤压过程期间，取决于含铁氮化物的材料的期望最终尺寸(例如，厚度或直径），可W 将含铁氮化物的材料的溫度保持为低于约25(TC，并且可W将含铁氮化物的材料暴露于约5 吨至50吨的压力。当完成挤压过程时，含铁氮化物的材料可W是工件的形状，该工件在一个 或多个轴中具有约0.00Imm至约50mm的尺寸(例如，对于线，约0.1 mm至约50mm的直径，或对 于带，约0.00 Imm至约5mm的厚度）。含铁氮化物的工件可W包含至少一个FesN铁氮化物相 畴。
[0111] 在图5中示出的技术进一步地包括应变和后退火含铁氮化物的工件(66)。应变和 后退火过程可W将至少一些FesN铁氮化物相畴转变至化16化相畴。图6是示出可W用于应变 W及后退火含铁氮化物的工件(66)的实例装置的示意图。在图6中示出的装置70包括由此 将含铁氮化物的工件74展开(展平，unroll)的第一漉72, W及在后退火过程完成之后在其 上将含铁氮化物的工件74漉压的第二漉76。尽管在图6中示出的实例是参照含铁氮化物的 工件74描述的，但是在其它实施例中，装置70和技术可W用于限定不同形状的含铁氮化物 的材料，如任何用于上述工件的形状。
[0112] 例如，工件包括比该工件的其它尺寸更长的尺寸，例如，长得多的尺寸。具有比其 它尺寸更长尺寸的实例工件包括纤维、线、细丝、线缆、膜、厚膜、锥、带、片材等。在其它实例 中，工件可W不具有比该工件的其它尺寸更长的尺寸。例如，工件可W包括颗粒或粉末，如 球、圆柱、微粒、薄片、规则多面体、不规则多面体、W及它们的任何组合。合适的规则多面体 的实例包括四面体、六面体、八面体、十面体、十二面体等，其非限制性的实例包括立方体、 棱柱、棱锥等。
[0113] 通常，可W充分地将任何二维或=维形状加压同时可W把将其退火合并至本文所 描述的技术中。例如，利用充分大的挤压生成拉伸应力，线可W变成圆柱体，在一些实施例 中，工件可W限定为具有非圆形的截面。在本文所描述的技术中，具有一种或多种类型的形 状、横截面或两者的多个工件还可W用于组合。在一些实施例中，工件横截面可W是弧形 的、楠圆形的、=角形的、正方形的、长方形的、五边形的、六边形的、更高的多边形的、W及 它们的规则多边形和不规则多边形变体。因此，只要可W将工件适当地加压，那么可W促使 该工件形成至少一个化16化相畴。
[0114] 随着由第一漉72展开含铁氮化物的工件74,含铁氮化物的工件74穿过可选的校直 段(整直段，Strai曲tening section)78,该校直段可W包括多个与含铁氮化物的工件74接 触的漉W显著地校直(例如，校直或接近校直)含铁氮化物的工件74。在可选的校直段78之 后，含铁氮化物的工件74可W经过可选的清理段80,在其中可W使用例如涂气和水或其它 溶剂除去表面渗杂剂而不显著地与含铁氮化物的工件74反应来清洁含铁氮化物的工件74。
[0115] 在离开可选的清理段80之后，含铁氮化物的工件74经过第一组漉82之间并且到达 应变和后退火段84。在应变和后退火段84中，使含铁氮化物的工件74经受机械应变，例如， 通过将其延伸和/或挤压，同时将其加热。在一些实施例中，可W将含铁氮化物的工件74沿 着基本上平行(例如，平行或接近平行）的方向应变至在含铁氮化物的工件74中至少一个铁 晶体的<001〉轴。在一些实施例中，由铁氮化物形成的含铁氮化物的工件74具有体屯、立方 (bcc)晶体结构。在一些实施例中，含铁氮化物的工件74可W由多个bcc铁氮化物晶体形成。 在运些实施例中的一些中，将多个铁晶体取向W使得至少一些，例如，大多数或基本上全 部，各个晶胞和/或晶体的<001〉轴基本上平行于含铁氮化物的工件74施加应力的方向。例 如，当铁形成含铁氮化物的工件74时，至少一些<001〉轴可W是基本上平行于含铁氮化物的 工件74的主轴。
[0116] 在未应变的铁bcc晶格中，晶体的晶胞的<100〉、<010〉和<001〉轴可W具有基本上 相等的长度。然而，当力，例如，张力在基本上平行于一种晶轴，例如，<001〉晶轴的方向上施 加于晶体的晶胞时，可W使晶胞变形并且可W将铁晶体结构称为体屯、四方(bet)。例如，图7 是示出氮原子注入铁原子之间的胞间隙的八(8)个处于应变状态的铁晶胞的示意图。图7中 的实例包括在第一层92的四个铁晶胞和在第二层94的四个铁晶胞。第二层94置于第一层92 上并且第二层94中的晶胞基本上与第一层92中的晶胞对齐(例如，晶胞的<001〉晶轴在层之 间基本对齐）。如在图7中示出的，使铁晶胞变形使得晶胞沿着<001〉轴的长度为大约3.14埃 (Al，而晶胞沿着<010〉和<100〉轴的长度为大约2.8后A。当在应变状态时，可W将铁晶胞 称为bet晶胞。当铁晶胞是在应变状态时，可W将<001〉轴称为晶胞的C-轴。
[0117] 可W使用多种应变诱导设备将应变力施加在含铁氮化物工件74上。例如，如在图6 中示出的，第一组漉82和第二组漉86可W接收含铁氮化物工件74，并且漉的组82、86可W W 相反的方向旋转，W在含铁氮化物工件74上施加张力。在其它实施例中，含铁氮化物工件74 的相对端可W夹在机械夹具，例如，夹错中，而机械夹具可W彼此远离W将张力施加在含铁 氮化物工件74上。
[0118] 应变诱导设备可W将含铁氮化物工件74应变至一定伸长度。例如，在含铁氮化物 工件74上的应变可W为约0.3%至约12%。在其它实施例中，在含铁氮化物工件74上的应变 可W为小于约0.3%或大于约12%。在一些实施例中，在含铁氮化物工件74上施加一定应变 可W在铁的单个晶胞上产生基本上类似的应变，使得所述晶胞沿着<001〉轴伸长约0.3%至 约 12%。
[0119] 当将含铁氮化物工件74应变时，可W将含铁氮化物工件74加热W退火含铁氮化物 工件74。通过将含铁氮化物工件74加热可W将含铁氮化物工件74退火至约100°C至约250°C 的溫度，如约120°C至约200°C。退火含铁氮化物工件74同时应变含铁氮化物工件74,可W促 进至少一些铁氮化物相畴转变成化16化相畴。
[0120] 该退火过程可W继续一段预定时间，该时间足W使氮原子扩散到合适的胞间隙 中。在一些实施例中，退火过程持续约20小时至约100小时，如约40小时至约60小时。在一些 实施例中，退火过程可W在惰性气氛如Ar下发生，W减少或基本上防止铁氧化。在一些实施 过程中，当将含铁氮化物工件74退火时，溫度基本上保持不变。
[0121] 图8是示出可W用于将平行的多个含铁氮化物工件74应变和退火的实例技术的示 意图。尽管参照含铁氮化物工件74描述了在图8中示出的实例，但是在其它实施例中，图8的 技术可W用于限定不同形状的含铁氮化物材料，如用于上述工件的任何形状。在图8中示出 的实例技术中，将多个含铁氮化物工件74平行设置，并且每个含铁氮化物工件74包括包含 多晶铁氮化物102的区域W及基本上由单一化16化相畴104组成的区域。
[0122] 如在图8中示出的，将加热线圈106设置于邻近多个含铁氮化物工件74并且相对于 多个含铁氮化物工件74在由箭头108指示的方向移动，可W基本上平行于各自的含铁氮化 物工件74的主轴。如在图8中的插图示出的，可W使用漉将多个含铁氮化物工件74中的每一 个应变，并且该漉与在图6中示出的第一组漉82和第二组漉86类似。当加热线圈106相对于 工件74移动时(例如，由于线圈106和/或工件74的运动），在应变下使工件74退火W及至少 一些工件74的相构造从不同的铁氮化物相（例如，FesN、FeN、Fe2N(例如，C-Fe2N)、Fe3N(例 如、e-FesN)、Fe4N(例如，丫 ' -F64N)、Fe2N6、化sN、Fei6化和FeNx(其中X为约0.05至约0.5))变 化为Fei6N2。在一些实施例中，基本上存在于多晶铁氮化物区域102中的全部铁氮化物转变 为化16化。在一些情况下，在退火之后，每一个铁工件74基本上由单一化16化相畴104组成。
[0123] 在一些实施例中，不管用于应变和退火含铁氮化物工件74的装置，施加于含铁氮 化物工件74上的应变足W在至少一个轴上降低含铁氮化物工件74的尺寸。如W上描述的， 在一些实施例中，在将含铁氮化物工件74诱铸、冷激、W及挤压之后，含铁氮化物工件74可 W在至少一个轴上限定约Imm至约5mm的尺寸。在应变W及退火(66)之后，在一些实施例中， 含铁氮化物工件74可W在至少一个轴上限定小于约0.1mm的尺寸。在一些实施例中，当含铁 氮化物工件74在至少一个轴上限定小于约0.1mm的尺寸时，含铁氮化物工件74可W基本上 由单一畴结构，如单一的Feis化相畴组成。运可W有助于高各向异性，该各向异性可W比具 有较低的各向异性的铁氮化物磁体产生更高的能积。例如，基本上由单一的化16化相畴组成 的含铁氮化物的工件可W具有局达40000e的磁矫顽力，W及局达30MG0e的能积。
[0124] 在一些实施例中，在包含至少一个Feis化相畴的工件形成之后，可W通过暴露工件 至相对于包含至少一个化16化相畴的工件的预定方向具有预定的足够大的力矩的磁场中， 将该工件磁化。另外地或可替代地，将如同W下描述，在一些实施例中，可W用其它含铁氮 化物工件74将含铁氮化物工件74组装W形成更大的磁体。
[0125] 在参照图5所描述的实例技术中，将含铁氮化物材料用作输入。在其它实施例中， 可W使用含铁材料(与含铁氮化物材料相反)并且可W将其氮化作为形成包含Feis化工件的 过程的部分。在一些实施例中，可W利用W上相对于图1-图4描述的技术氮化含铁原材料。 随后含铁氮化物粉末可W用作用于在图5中示出的技术的输入。
[0126] 在其它实施例中，不同的技术可W用于氮化含铁材料。图9是使用尿素扩散过程可 W用于氮化含铁原材料的实例装置的示意图。运样的尿素扩散过程可W用于氮化含铁原材 料，含铁材料是包含单晶铁、多晶铁的含铁材料等。而且，使用尿素扩散过程也可W用氮将 具有如线、带、片、粉末或块状的不同形状的铁材料注入（infuse)。例如，对于一些线材料， 该线的直径可W是在例如，几微米至几毫米之间。作为另一实施例，对于一些片材或带状材 料，片材或带状材料的厚度可W是例如，从几纳米至几毫米。作为另外的实施例，对于一些 块状材料，该材料可W是例如，约1毫克至几千克的物料。
[0127] 如所示的，装置110在真空炉114内包括相蜗112。含铁材料122与尿素118-起位于 相蜗112内。如在图9中所示，包含Ar和氨的载气在尿素扩散过程期间进料至相蜗112中。在 其它实例中，可W使用不同的载气或甚至不使用载气。在一些实施例中，在尿素扩散过程期 间在真空炉114内的气体流动速率可W是大约5sccm至大约50sccm，如，例如20sccm至大约 SOsccm 或 5sccm 至大约20sccm。
[0128] 在尿素扩散过程期间，使用任何合适的技术加热线圈116可W将含铁材料122和尿 素118加热，如，例如满电流(eddy current)、感应电流、射频等。相蜗112可W构造为承受在 尿素扩散过程期间所用的溫度。在一些实施例中，相锅112能够承受高达约160(TC的溫度。
[0129] 可W将尿素118与含铁材料122-起加热W产生可W扩散至含铁材料122中的氮来 形成含铁氮化物的材料。在一些实施例中，可W将尿素118和含铁材料122在相蜗112内加热 至大约65(TC或更高，随后冷却来冷激铁和氮的混合物W形成铁氮化物材料。在一些实施例 中，可W将尿素118和含铁材料122在相蜗112内加热至大约65(TC或更高持续大约5分钟至 大约1小时。在一些实施例中，可W将尿素118和含铁材料12巧日热至大约1000°C至大约1500 °C持续几分钟至大约1小时。加热的时间可取决于在不同溫度中的氮的热系数。例如，如果 含铁材料122具有约1微米的厚度，则扩散过程可W在约120(TC下在约5分钟内完成、在1100 °C下约12分钟内完成等等。
[0130] 在冷激过程期间，为了冷却经加热的材料，可W在相锅112的外侧循环冷水W快速 地冷却内含物。在一些实施例中，溫度可W在约20秒内从650°C降低至室溫。
[0131] 随后可W将由尿素扩散过程形成的含铁氮化物材料用作在图5中示出的用于形成 包含至少一个Feis化相畴的工件的技术的输入。因此，可W将含铁氮化物的材料或含铁材料 用于形成包含至少一个Feis化相畴的工件。然而，当含铁氮化物的材料用作起始材料时，可 W不进行进一步的氮化，相比于包括氮化含铁原材料的技术，运可W降低制造包含至少一 个化16化相畴的工件的成本。
[0132] 在一些实施例中，可W随后将包含至少一个Fei6化相畴的工件连接W形成比单个 工件更大尺寸的磁性材料。在一些实施例中，如W上描述的，包含至少一个Feis化相畴的工 件可W在至少一个轴中限定小于0.1 mm的尺寸。可W将包含至少一个Feis化相畴的多个工件 连接W形成在至少一个轴中具有大于0.1 mm的尺寸的磁性材料。图IOA-图IOC是示出了用于 连接至少两个包含至少一个Feis化相畴的工件的实例技术的示意图。如在图IOA中示出的， 可W将锡(Sn) 132设置在至少一个包含至少一个Feis化相畴的工件、如第一工件134和第二 工件136的表面。如在图1OA和图1OB之间示出的，微晶（晶粒，晶体，C巧Sta 11 i te)和原子迁 移可W导致Sn团聚（agglomerate)。随后可W将第一工件134和第二工件136挤压在一起并 且加热W形成铁-锡(Fe-Sn)合金。在约150°C至约400°C之间的溫度下可W将Fe-ai合金退 火W连接第一工件134和第二工件136。在一些实施例中，退火溫度可W足够低W致第一工 件134和第二工件136(例如，在工件134和136内磁化至少一个化16化W及部分的化16化相畴） 的磁性可W是基本上无变化的。在一些实施例中，除了使用Sn 132连接至少两个包含至少 一个化16化相畴的工件之外，可W使用化、Zn或Ag。
[0133] 在一些实施例中，工件134和136各自的<001〉晶轴可W基本上是对齐的。在其中工 件134和136各自的<001〉晶轴是基本上平行于工件134和136各自的长轴的实施例中，基本 上对齐工件134和136的长轴可W基本上对齐工件134和136的<001〉晶轴。对齐工件134和 136各自的<001〉晶轴可W提供单轴磁各向异性至由工件134和136形成的磁体。
[0134] 图11是示出用于连接至少两个包含至少一个Feis化相畴的工件的另一实例技术的 示意图。如在图11中示出的，将多个包含至少一个化16化相畴的工件142设置为彼此邻近，具 有基本上对齐的长轴。如W上描述的，在一些实施例中，基本上对齐工件142的长轴可W基 本上对齐工件142的<001〉晶轴，运可W提供单轴磁各向异性至由工件142形成的磁体。
[0135] 在图11的实例中，将铁磁性颗粒144设置在树脂或其它粘合剂146内。树脂或其它 粘合剂146的实例包括天然或合成的树脂，包括如由Dow Chmical Company ,Midland, Michigan在商品名称Amberlite?下可获得的那些离子交换树脂；环氧化物（环氧树脂， 邱OXies),如双马来酷亚胺嗦(BT)-环氧化物；聚丙締腊;聚醋;娃酬;预聚物；聚乙締醇 缩下醒(polyvinyl buryral);脈醒等。由于树脂或其它粘合剂146基本上完全包封多个包 含至少一个Feis化相畴的工件142,并且可W将铁磁性颗粒144设置为基本上遍布树脂或其 它粘合剂146的体积，所W将至少一些铁磁性颗粒144设置在包含至少一个FeisN細畴的多 个工件142的相邻工件之间。在一些实施例中，可W将树脂或其它粘合剂146固化W使多个 包含至少一种化16化相畴的工件142彼此粘结。
[0136] 经由交换弹黃禪合(exchange spring coupling)可W在多个包含至少一个化is化 相畴的工件142内将铁磁性颗粒144磁性禪合至Feis化硬磁材料。交换弹黃禪合可W有效地 硬化软磁的铁磁性颗粒144,并且为块状材料提供与基本上由Feis化组成的那些块状材料相 似的磁性。为了实现交换弹黃禪合遍布磁性材料的体积，可W将化16化畴分布为遍布磁结构 140,例如，在纳米或微米级。
[0137] 在一些实施例中，包含Feis化畴和铁磁性颗粒144畴W及树脂或其它粘合剂146的 磁性材料可W包含整个磁结构140的小于约40体积百分数(vol. % )的化16化畴的体积分数。 例如，硬磁Feis化相可W构成磁结构140的总体积的约5vol. %至约40vol. %，或磁结构140 的总体积的约5vol. %至约20vol. %，或磁结构140的总体积的约IOvol. %至约20vol. %， 或磁结构140的总体积的约lOvol. %至约15vol. %，或磁结构140的总体积的约lOvol. %， W及剩余的体积是铁磁性颗粒144和树脂或其它粘合剂146。铁磁性颗粒144可W包括，例 如，Fe JeCo、FesN或它们的组合。
[013引在一些实施例中，可W将磁结构140在约50°C至约200°C的溫度退火约0.5小时至 约20小时，W形成固体磁结构140。
[0139] 图12是示出用于连接至少两个包含至少一个Feis化相畴的工件的另一实例技术的 示意图。图12示出了可W用于产生压缩冲击(compression shock)的压缩冲击装置，该装置 连接至少两个包含至少一个化16化相畴的工件。图13是示出多个包含至少一个Feis化相畴的 工件172W及设置为围绕多个包含至少一个Feis化相畴的工件172的铁磁性颗粒144的示意 图。如在图13中示出的，将多个包含至少一个化16化相畴的工件172设置为彼此邻近，具有基 本上对齐的长轴。如W上描述的，在一些实施例中，基本上对齐工件172的长轴可W基本上 对齐工件172的<001〉晶轴，运可W提供单轴磁各向异性至由工件172形成的磁体。将至少一 些铁磁性颗粒174设置在多个包含至少一个化16化相畴的工件172的相邻工件之间。
[0140] 在一些实施例中，冲击压缩（shock compression)可W包括将工件172放置在平行 板之间。可W通过流动的液氮穿过禪合至平行板的一侧或两侧的背面的管道将工件172冷 却，例如，达到低于(TC的溫度。可W使用在如约850m/s的高速的喷射气体的气枪来冲击平 行板中的一个。在一些实施例中，气枪可W具有约40mm至约80mm的直径。
[0141] 在冲击压缩之后，经由交换弹黃禪合可W在多个包含至少一个Feis化相畴的工件 172内将铁磁性颗粒174磁性禪合至Feis化硬磁材料。交换弹黃禪合可W有效地硬化软磁的 铁磁性颗粒174,并且为块状材料提供与基本上由Feis化组成的那些块状材料相似的磁性。 为了实现交换弹黃遍布磁性材料的体积，可W将化16化畴分布为遍布由多个包含至少一个 化16化相畴的工件172和铁磁性颗粒174形成的磁结构，例如，在纳米或微米级。
[0142] 在一些实施例中，包含Feis化畴和铁磁性颗粒174的畴的磁性材料可W包含整个磁 结构的小于约40体积百分数(VOl. % )的Feis化畴的体积分数。例如，硬磁的Feis化相可W组 成磁结构的总体积的约5vol . %至约40vol . %，或磁结构的总体积的约5vol . %至约 20vol . %，或磁结构的总体积的约IOvol . %至约20vol . %，或磁结构的总体积的约 IOvol. %至约15vol. %，或磁结构的总体积的约IOvol. %，W及剩余的体积是铁磁性颗粒 174。铁磁性颗粒174可W包括，例如，Fe JeCoJesN或它们的组合。
[0143] 图14是示出用于连接至少两个包含至少一个Feis化相畴的工件的另一实例技术的 示意图。图14的装置180包括导电线圈186,穿过该导电线圈可W施加电流，运产生电磁场。 可W W脉冲产生电流W产生电磁力，运可W帮助固结至少两个包含化16化相畴的工件182。 在一些实施例中，可W将铁磁性颗粒184设置为围绕至少两个包含化16化相畴的工件182。在 一些实施例中，可W将至少两个包含Feis化相畴的工件182设置在导电线圈186的孔内的导 电管或容器内。可W用强电流脉冲导电线圈186W在导电线圈186的孔中产生磁场，进而在 导电管或容器中产生感应电流。感应电流与由导电线圈186产生的磁场相互作用W产生向 内作用的磁力（inwardly acting magnetic force),该磁力崩塌（collapse)导电管或容 器。崩塌的电磁容器或管传输一种力到至少两个包含化16化相畴的工件182并且连接至少两 个包含Feis化相畴的工件182。在将至少两个包含Feis化相畴的工件182与铁磁性颗粒184固 结之后，经由交换弹黃禪合可W在多个包含至少一种FeisNs相畴的工件182内将铁磁性颗粒 184磁性地禪合至Fei6化硬磁材料。在一些实施例中，运种技术可W用于生产具有圆柱对称 性、高的长宽比(aspect-ratio)或网状形状(对应于期望的工件的最终形状的形状）中的至 少一种的工件。
[0144] 在一些实施例中，包含Feis化畴和铁磁性颗粒184的畴的磁性材料可W具有整个磁 结构的小于约40体积百分数(vol. % )的Feis化畴的体积分数。例如，硬磁的Feis化相可W构 成磁结构的总体积的约5vol . %至约40vol . %，或磁结构的总体积的约5vol . %至约 20vol . %，或磁结构的总体积的约IOvol . %至约20vol . %，或磁结构的总体积的约 IOvol. %至约15vol. %，或磁结构的总体积的约IOvol. %，W及剩余的体积是铁磁性颗粒 184。铁磁性颗粒184可W包括，例如，Fe JeCoJesN或它们的组合。
[0145] 在W上任何的实施例中，可W使用用于辅助固结多个包含至少一个Feis化相畴的 工件的其它技术，如加压、电脉冲、火花(spark)、施加外加磁场、射频信号、激光加热、红外 线加热等。运些用于连接多个包含至少一个Feis化相畴的工件的每一种实例技术可W包括 相对低的溫度使得溫度应用可W保持Feis化相畴基本上未改性(例如，通过转变FeisN細畴 至其它类型的铁氮化物）。
[0146] 在一些实施例中，本公开内容描述了由包含铁氮化物的粉末用于形成含Feis化相 畴的磁体的技术。通过使用含铁氮化物的原材料W形成含化16化相畴的永磁体，进一步地可 W避免铁氮化，例如，与包括氮化纯铁的技术相比，运可W降低形成包含FeiS化相畴的永磁 体的成本。
[0147] 图15是示出用于形成包含铁氮化物（例如，Feis化相畴）的磁体的实例技术的流程 图。如在图15中示出的，该技术包括形成包含大约8:1的铁与氮的原子比的混合物（192)。例 如，该混合物可W包含约8原子百分数(at. % )至约15at. %的氮，W及余量的铁、其它元素 和渗杂剂。作为另一实施例，该混合物可W包含约10 a t . %至约1 3 a t. %的氮，或约 11. Iat. %的氮。
[0148] 在一些实施例中，W上所述的由在氮源(例如，含酷胺或阱的液体或溶液）中研磨 铁形成的含铁氮化物的粉末，可W用于包含大约8:1的铁与氮的原子比的混合物中。含铁氮 化物粉末可W包含化NJe2N、Fe3NJe4N、Fe8NJe2^JesN、Fei6化或化Nx(其中X是约0.05至约 0.5)中的至少一种。另外，铁氮化物粉末可W包含其它材料，如纯铁、钻、儀、渗杂剂等。
[0149] 在一些实施例中，含铁氮化物的粉末可W与纯铁混合W建立期望的铁与氮的原子 比。不同类型的含铁氮化物的粉末与纯铁的特定比例可W受到在含铁氮化物的粉末中的铁 氮化物的类型和比例的影响。如W上描述的，含铁氮化物的粉末可W包含FeN、Fe2N(例如， 写-FesN)、化3N(例如，E-FesN)、Fe4N(例如，丫 ' -F64N)、Fe2N6、Fe8N、Fel6化和FeNx(其中x是约 0.05至约0.5)中的至少一种。随后可W将得到的包含大约8:1的铁与氮比率的混合物形成 为包含铁氮化物相畴的磁体（194)。例如，可W将包含大约8:1的铁与氮比率的混合物烙融， 形成为具有预定形状的制品，并且将其退火W在制品内形成Feis化相畴(例如，a"-Feis化相 畴）。图16-图18是示出用于形成包含铁氮化物相畴的磁体(94)的=种实例技术的流程图。
[0150] 如在图16中示出的，第一实例技术包括形成烙融的铁氮化物混合物(202)。在一些 实施例中，包含铁和氮的混合物可W具有至少92原子百分数(at.%)的纯度(例如，集中的 铁和氮的含量）。
[0151] 在一些实施例中，包含铁和氮的混合物可W包含至少一种渗杂剂，如铁磁性或无 磁性渗杂剂和/或相稳定剂。在一些实施例中，至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂可W被称为 铁磁性或无磁性杂质和/或相稳定剂可W被称为相稳定性杂质。铁磁性或无磁性渗杂剂可 W用于增加由包含铁和氮的混合物形成的磁性材料的磁矩、磁性矫顽力或热稳定性中的至 少一种。铁磁性或无磁性渗杂剂的实例包括5。、1'1、￥、化、]\111、(：〇、化、加、211、2'、师、]\1〇、邮、 化、口(1、4旨、〔(1、？1、411、5111、(：、？13、胖、6曰、￥、]\%、册和1'曰。例如，相比于不包含胞渗杂原子的铁氮 化物材料，在包含至少一个化16化相畴的铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %的水平 的Mn渗杂原子可W改善化16化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。在一些实施例中，在 包含铁和氮的混合物中可W包含多于一种(例如，至少两种）的铁磁性或无磁性渗杂剂。在 一些实施例中，铁磁性或无磁性渗杂剂可W充当畴壁钉扎部位，运可W改善由包含铁和氮 的混合物形成的磁性材料的矫顽力。
[0152] 可替代的或另外地，包含铁和氮的混合物可W包括至少一种相稳定剂。至少一种 相稳定剂可W是选定用W改善Feis化体积比、热稳定性、矫顽力和抗腐蚀性中的至少一种的 元素。当存在于混合物中时，至少一种相稳定剂可WW约0.1 at. %至约15at. %的浓度存在 于包含铁和氮的混合物中。在其中混合物中存在至少两种相稳定剂的一些实施例中，至少 两种相稳定剂的总浓度可W是约0.1 at. %至约15at. %。该至少一种相稳定剂可W包含，例 如，8、41、(：、51、？、0、(：〇、化、111和/或5。例如，相比于不包含胞渗杂原子的铁氮化物材料，在 包含至少一个Feis化相畴的铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %的水平的Mn渗杂原 子可W改善化16化相畴的热稳定性W及材料的磁性矫顽力。
[0153] 在一些实施例中，形成烙融的铁氮化物混合物(202)可W包括在高于约1500°C的 溫度下将包含铁和氮、W及可选地，至少一种无磁性或铁磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定 剂的混合物加热。在一些实施例中，可W使用射频(RF)感应线圈在烙炉中将含铁和氮的混 合物加热。在其中使用块状含铁氮化物的材料的实施例中，可W在大于约160(TC的溫度下 加热烙炉。在其中使用含铁氮化物的粉末的实施例中，可W在大于约2000°C的溫度下加热 烙炉。
[0154] 在其它实施例中，可W使用低频或中频感应线圈在烙炉中将含铁和氮的混合物加 热。不管块状含铁氮化物的材料还是含铁氮化物的粉末用作包含铁和氮的混合物，在其中 使用低频或中频感应线圈加热烙炉的一些实施例中，可W在大于约1600°C的溫度下加热烙 炉。在一些实施例中，可W在环境气氛下将包含铁和氮的混合物加热。
[0155] -旦将包含铁和氮的混合物烙融，则可W使该混合物经受诱铸、冷激、W及挤压过 程W形成含铁氮化物的工件(204)。可W将包含铁和氮的烙融混合物沉积在模具中，该模具 可W将包含铁和氮的混合物成形至预定形状，如至少一种具有长度大于其宽度或直径的工 件或其它制品。在诱铸过程期间，取决于诱铸速度，可W将模具的溫度保持在约65(TC至约 1200°C的溫度。在一些实施例中，在诱铸过程期间，可W将模具的溫度保持在约800°C至约 1200°C的溫度。在一些实施例中，可W在空气中、氮环境、惰性环境、部分真空、全真空或它 们的任何组合中进行诱铸过程。在一些实施例中，在诱铸期间的压力可W为约0.1 G化至约 20GPa。在一些实施过程中，可W通过应变场、溫度场、压力场、磁场和/或电场或它们的任何 组合辅助诱铸过程。
[0156] 在完成诱铸之后或在进行完成诱铸过程时，可W将包含铁和氮的混合物冷激W固 化含铁氮化物材料的晶体结构W及相成分。在一些实施例中，冷激过程包括将工件加热至 高于650°C的溫度持续约0.5小时至约20小时。在一些实施例中，可W将工件的溫度突然下 降至低于工件合金的马氏体溫度(Ms)。例如，对于Fei6N2,马氏体溫度(Ms)是约250°C。在一 些实施例中，在冷激过程期间，可W W大于50°C每秒的速率将包含铁和氮的混合物冷却。用 于冷激的介质可W包括液体，如水、盐水(具有约1%至约30%的盐浓度），非水液体或溶液 如油或液氮。在其它实施例中，冷激介质可W包括气体，如具有约Isccm至约1000 sccm的流 动速率的氮气。在其它实施例中，冷激介质可W包括固体，如盐、沙等。在一些实施过程中， 可W施加电场或磁场用于辅助冷激过程。
[0157] 在完成冷激之后，可W挤压含铁氮化物的材料W实现含铁氮化物的材料的预定尺 寸。在挤压过程期间，含铁氮化物材料的溫度可W保持在低于约250°C，并且取决于含铁氮 化物材料的期望的最终尺寸，可W将含铁氮化物材料暴露于约5吨至50吨的压力中。在一些 实施例中，为了在至少一个轴中促进工件尺寸的降低，可W使用漉在工件上施加压力。在一 些实施例中，在挤压过程期间，含铁氮化物材料的溫度可W是约-15(TC至约30(TC。当完成 挤压过程时，如W上描述的，含铁氮化物材料可W是在至少一个轴中具有约0.01mm至约 50mm尺寸的工件的形状。含铁氮化物的工件可W包含至少一个化SN铁氮化物相畴。
[0158] 在图16中示出的技术进一步地包括将含铁氮化物的工件(206)退火。退火过程可 W将至少一些FesN铁氮化物相畴转变为化16化相畴。在一些实施例中，退火过程可W与相对 于图5所描述的应变和退火步骤(66)相似或基本上相同（例如，相同或接近相同）。应变诱导 设备可W将铁氮化物工件应变至一定伸长度。例如，在含铁氮化物工件上的应变可W为约 0.3%至约12%。在其它实施例中，在含铁氮化物工件上的应变可W为小于约0.3%或大于 约12%。在一些实施例中，在含铁氮化物工件上施加一定应变力可W在铁的单个晶胞上产 生基本上类似的应变，使得所述晶胞沿着<001〉轴伸长约0.3%至约12%。
[0159] 当将含铁氮化物工件应变时，可W将该含铁氮化物工件加热W退火含铁氮化物工 件。通过将该含铁氮化物工件加热至约l〇〇°C至约250°C的溫度，如约120°C至约200°C，可W 将含铁氮化物工件退火。退火含铁氮化物工件同时应变含铁氮化物工件，可W促进至少一 些铁氮化物相畴转变成化16化相畴。
[0160] 退火过程可W继续一段预定时间，该时间足W使氮原子扩散到合适的胞间隙中。 在一些实施例中，退火过程持续达约20小时至约100小时，如约40小时至约60小时。在一些 实施例中，退火过程可W在惰性气氛如Ar下发生，W降低或基本上防止铁氧化。在一些实施 过程中，当将含铁氮化物工件退火时，溫度基本上保持不变。
[0161] 一旦已经完成退火过程，则可W将多个包含至少一个Feis化相畴的工件烧结在一 起W形成磁性材料并且老化(208)。可W将多个包含至少一个Feis化相畴的工件挤压在一起 并且烧结。在烧结过程期间，各工件的<001〉晶轴可W是基本上对齐的。在其中各工件的< 001〉晶轴基本上平行于各工件的长轴的实施例中，基本上对齐工件的长轴可W基本上对齐 工件的<001〉晶轴。对齐各工件的<001〉晶轴可W提供单轴磁各向异性至由工件形成的磁性 材料。
[0162] 可W选择烧结压力、溫度和持续时间W机械连接工件，同时保持多个包含至少一 个Feis化相畴的工件的晶体结构（例如，包含化16化相畴）。因此，在一些实施例中，可W在相 对低的溫度下进行烧结。例如，烧结溫度可W是低于约250°C，如约120°C至约250°C、约150 °C至约250°C、约120°C至约200°C、约150°C至约200°C或约150°C。烧结压力可W为，例如约 0.2G化至约IOGPa。烧结时间可W为至少约5小时，如至少约20小时，或约5小时至约IOO小 时，或约20小时至约100小时，或约40小时。在多个包含至少一个Feis化相畴的工件中，烧结 时间、溫度和压力可W受到材料的影响。烧结可W在环境气氛、氮气氛、真空或另一种惰性 气氛中进行。
[0163] 可W随后将包含化16化相畴的烧结材料老化。在一些实施例中，在约100°C至约500 °C的溫度下对烧结材料进行老化约0.5小时至约50小时。老化步骤可W稳定烧结材料并且 实现稳定的相畴结构。
[0164] 在已经老化包含Feis化相畴的烧结材料之后，可W将烧结材料成型并且磁化。在一 些实施例中，可W将烧结材料成型为永磁体的最终形状，例如，取决于期望的最终形状。例 如，通过切割烧结材料至最终形状，可W将烧结材料成型。使用导磁体可W将处于最终形状 的烧结材料或磁性材料磁化。用于磁化磁性材料的磁场可W是约IOkOe至约IOOkOe。在一些 实施例中，相对短持续时间的脉冲可W用于磁化处于最终形状的烧结材料或磁性材料。
[0165] 图17是示出用于由含有约8:1的铁与氮比率的混合物形成包含铁氮化物相畴的磁 体的另一实例技术的流程图。与参照图16所描述的技术相似，在图17中示出的技术包括形 成烙融的铁氮化物混合物(212)。形成该烙融的铁氮化物混合物(212)可W与参照图16所描 述的形成烙融的铁氮化物混合物（202)相似。例如，在一些实施过程中，混合物可W包含至 少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂。与参照图16所描述的技术不同，在 图17中示出的技术包括在磁场的存在下挤压烙融的铁氮化物混合物(214)。
[0166] 在磁场的存在下挤压烙融的铁氮化物混合物(214)，在诱铸和退火期间可W辅助 Feis化相的形成。在一些实施例中，可W将9特斯拉(T)的磁场施加于烙融的铁氮化物混合物 同时挤压烙融的铁氮化物混合物。在一些实施例中，可W将在磁场的存在下挤压烙融的铁 氮化物混合物(214)与退火铁氮化物混合物(216)结合。例如，可W在约150°C的溫度下将铁 氮化物混合物退火同时将其暴露于约9T的磁场约20小时。在一些实施例中，可W在铁氮化 物混合物的平面中施加磁场W降低满电流和去磁系数(demagnetization factor)。
[0167] 在一些实施例中，在施加的磁场存在下挤压(214)和/或退火(216)铁氮化物混合 物可W促进控制相构造 W及铁氮化物混合物的晶体取向。例如，由于铁氮化物从〇/相至曰" 相的量增加，Feis化含量可W增加。运可W导致铁氮化物混合物的饱和磁化(Ms)和/或矫顽 力增强。
[0168] 在磁场的存在下挤压烙融的铁氮化物混合物（214)之后，在图17中示出的技术包 括退火(216)、烧结W及老化(218)、W及成型和磁化(220)。运些步骤的每一步可W与参照 图16所描述的对应步骤(206)-(210)相似或基本上相同。
[0169] 图18是示出用于由含有约8:1的铁与氮比率的混合物形成包含铁氮化物相畴的磁 体的另一实例技术的流程图。与参照图16所描述的技术相似，在图17中示出的技术包括形 成烙融的铁氮化物混合物(222)。形成烙融的铁氮化物混合物(222)可W与参照图16所描述 的形成烙融的铁氮化物混合物（202)相似。例如，在一些实施过程中，混合物可W包含至少 一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂。
[0170] 与参照图16所描述的技术不同，在图18中示出的技术包括将烙融的铁氮化物混合 物烙纺(224)。在烙纺中，可W使烙融的铁氮化物混合物在冷漉表面上流动W冷激烙融的铁 氮化物混合物并且形成脆性带状材料。在一些实施例中，通过冷却剂如水，可W将冷漉表面 冷却至低于室溫的溫度。例如，可W将冷漉表面冷却在约10°c至约25°C的溫度。随后脆性带 状材料可W经受热处理步骤W将脆性铁材料预退火。在一些实施例中，可W在约200°C至约 600°C的溫度下在大气压下进行热处理约0.1小时至约10小时。在一些实施例中，可W在氮 或氣气氛下进行热处理。在惰性气体下热处理脆性带状材料之后，可W将脆性带状材料粉 碎W形成含铁的粉末。在将烙融的铁氮化物混合物烙纺(224)之后，在图18中示出的技术包 括退火(226)、烧结和老化(228)、W及成型和磁化(230)。运些步骤的每一步可W与参照图 16所描述的对应步骤(206)-(210)相似或基本上相同。
[0171] 在一些实施例中，本公开内容描述了用于将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂合并 至铁氮化物和/或将至少一种相稳定剂合并至铁氮化物中的技术。在一些实施例中，至少一 种铁磁性或无磁性渗杂剂可W用于增加由包含铁和氮的混合物形成的磁性材料的磁矩、磁 性矫顽力或热稳定性中的至少一种。铁磁性或无磁性渗杂剂的实例包括Sc、Ti、VXr、Mn、 0〇、化、加、211、化、抓、]\1〇、咖、化、口(1、4邑、〔(1、？1、411、5111、(：、饥、胖、6日、￥、]\%、册和1日。例女日，相比 于不包含Mn渗杂原子的铁氮化物材料，在包含至少一个化16化相畴的铁氮化物材料中包含 约5at. %至约15at. %的水平的Mn渗杂原子可W改善FeisN細畴的热稳定性W及材料的磁 性矫顽力。在一些实施例中，在含铁和氮的混合物中可W包含多于一种(例如，至少两种)铁 磁性或无磁性渗杂剂。在一些实施例中，铁磁性或无磁性渗杂剂可W充当畴壁钉扎部位，其 可W改善由包含铁和氮的混合物形成的磁性材料的矫顽力。表UW上)包括了在含铁和氮 的混合物内的铁磁性或无磁性渗杂剂的浓度的实例。
[0172] 可替代地或另外地，含铁和氮的混合物可W具有至少一种相稳定剂。可W选择至 少一种相稳定剂W稳定其中化16化是一种类型的bet相。至少一种相稳定剂可W是选定用W 改善Feis化体积比、热稳定性、矫顽力和抗腐蚀性中的至少一种的元素。当存在于混合物中 时，至少一种相稳定剂可WW约0.1 at. %至约15at. %的浓度存在于含铁和氮的混合物中。 在一些在其中混合物中存在至少两种相稳定剂的实施例中，至少两种相稳定剂的总浓度可 W是约O.lat.%至约IOat. %。至少一种相稳定剂可W包含，例如，B、Al、C、Si、P、0、Co、Cr、 Mn和/或S。例如，相比于不包含Mn渗杂原子的铁氮化物材料，在包含至少一个Feis化相畴的 铁氮化物材料中包含约5at. %至约15at. %的水平的Mn渗杂原子可W改善Feis化相畴的热 稳定性W及材料的磁性矫顽力。
[0173] 在一些实施例中，如W上描述的，可W将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至 少一种相稳定剂合并至含铁氮化物粉末的混合物中。随后可W将混合物加工W形成含至少 一个Feis化相畴的磁性材料。在其它实施例中，如W上描述的，可W将至少一种铁磁性或无 磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂合并至包括含铁原材料的混合物中。随后可W将含至 少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂W及含铁原材料的混合物氮化，例 如，通过在如含酷胺或含阱的液体或溶液的氮源的存在下将混合物研磨，或使用尿素扩散。
[0174] 在其它实施例中，使用不同的技术可W将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或 至少一种相稳定剂合并至磁性材料中。图19A和图19B是示出用于形成含Feis化相畴W及至 少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂的磁性材料的另一实例技术的示意 图。
[0175] 如在图19A和图19B中示出的，可W将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少 一种相稳定剂引入作为材料的片材242a、242b、242c (统称/'片材242")，并且可W将其引入 至包含至少一个化16化相畴的片材244a、244b(统称，"片材244")之间。可W通过本文中所描 述的任何技术形成包含至少一个化16化相畴的片材244。
[0176] 包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂的片材242可W具 有从几纳米至约几百纳米范围内的尺寸(例如，厚度）。在一些实施例中，可W单独地由包含 至少一个化16化相畴的片材244形成包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相 稳定剂的片材242。在其它实施例中，使用如CVD、PVD、瓣射等的沉积过程，可W在至少一个 包含至少一个Feis化相畴的片材244的表面上形成包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂和/ 或至少一种相稳定剂的片材242。
[0177] 可W将包含至少一个化16化相畴的片材2心排列使得包含至少一个FeisN細畴的各 片材244的<001〉轴基本上是对齐的。在其中包含至少一个Feis化相畴的各片材244的<001〉 轴基本上平行于包含至少一个化16化相畴的各个片材244的长轴的实施例中，基本上对齐包 含至少一个化16化相畴的片材244可W包括将一个包含至少一个Feis化相畴的片材244叠加 至另一个包含至少一个化16化相畴的片材244上。将包含至少一个化16化相畴的各片材244的 <001〉轴对齐可W提供单轴磁各向异性至磁体材料246 (图19B)。
[0178] 使用多种方法中的一种可W将包含至少一个Feis化相畴的片材244与包含至少一 种铁磁性或无磁性渗杂剂和/或至少一种相稳定剂的片材242粘结。例如，可W使用W上描 述的用于连接包含至少一个Feis化相畴的工件的技术中的一种，如合金化、压缩冲击、树脂 或粘合剂粘结或电磁脉冲粘结，将片材242与244粘结。在其它实施例中，可W将片材242与 244烧结。
[0179] 可W选择烧结压力、溫度和持续时间W机械连接片材242和244,同时保持多个包 含至少一个Feis化相畴的工件的晶体结构（例如，包含Feis化相畴）。因此，在一些实施例中， 可W在相对低的溫度下进行烧结。例如，烧结溫度可W是低于约250°C，如约120°C至约250 。(:、约150 °C至约250 °C、约120 °C至约200 °C、约150 °C至约200 °C或约150 °C。烧结压力可W为 例如，约0.2吉帕斯卡(G化)至约1 OGPa。烧结时间可W为至少约5小时，如至少约20小时，或 约5小时至约100小时，或约20小时至约100小时，或约40小时。烧结时间、溫度和压力可W受 片材242和244的材料的影响。烧结可W在环境气氛、氮气氛、真空或另一种惰性气氛中进 行。
[0180] 本公开内容已经描述了用于形成含铁氮化物的材料、粉末、磁性材料和磁体的各 种技术。在一些实施例中，在本文中所描述的组合W及在其它对本领域普通技术人员而言 将是清晰可见的那些组合中，可W同时地使用本文中所描述的各种技术。
[0181] 项目（条目，ClauseH: -种方法，包括在滚动式研磨装置、揽拌式研磨装置或振动 式研磨装置的仓室中，在氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物的粉末。
[0182] 项目2:项目1的方法，其中，该氮源包含至少一种含酷胺或含阱的材料。
[0183] 项目3:项目2的方法，其中，该至少一种含酷胺或含阱的材料包含液体酷胺、含酷 胺的溶液、阱或含阱的溶液中的至少一种。
[0184] 项目4:项目2的方法，其中，该至少一种含酷胺或含阱的材料包含甲酯胺、苯酷胺 或乙酷胺中的至少一种。
[0185] 项目5:项目1至4中任一项的方法，其中，含铁原材料包含基本纯的铁。
[0186] 项目6:项目1至5中任一项的方法，进一步包括添加催化剂至含铁原材料中。
[0187] 项目7:项目6的方法，其中，该催化剂包含儀或钻中的至少一种。
[0188] 项目8:项目1至7中任一项的方法，其中，含铁原材料包含具有小于约100皿的平均 直径的粉末。
[0189] 项目9:项目1至8中任一项的方法，其中，铁氮化物包含化N JesN、FesN J64N、FesNs、 化sN、Fei6N2和化Nx中的至少一种，其中X是约0.05至约0.5。
[0190] 项目10:项目1至9中任一项的方法，进一步包括研磨铁前体W形成含铁原材料。
[0191] 项目11:项目10的方法，其中，该铁前体包含化、FeCb、Fe2化或化3化中的至少一种。
[0192] 项目12:项目10或11的方法，其中，研磨铁前体W形成含铁原材料包括在化、Al和 Na中的至少一种存在下，在足W引起存在于该铁前体中的氧的氧化反应的条件下研磨该铁 前体。
[0193] 项目13:项目1至9中任一项的方法，进一步包括烙纺铁前体W形成含铁原材料。
[0194] 项目14:项目13的方法，其中，烙纺该铁前体包括:形成烙融的铁前体;冷漉烙融的 铁前体W形成脆性带状材料;热处理脆性带状材料；W及粉碎脆性带状材料W形成含铁原 材料。
[01M]项目15: -种方法，包括:加热包含铁和氮的混合物W形成烙融的含铁氮化物的材 料；W及连续诱铸、冷激，并且挤压该烙融的含铁氮化物的材料W形成包含至少一个化SN相 畴的工件。
[0196] 项目16:项目15的方法，其中，通过项目1至14中任一项的方法形成包含铁和氮的 混合物。
[0197] 项目17:项目15或16的方法，其中，包含至少一个FesN相畴的工件在至少一个轴中 的尺寸小于约50毫米。
[0198] 项目18:项目15至17中任一项的方法，其中，烙融的含铁氮化物的材料包含约8:1 的铁原子与氮原子的比率。
[0199] 项目19:项目15至18中任一项的方法，其中，烙融的含铁氮化物的材料包含至少一 种铁磁性或无磁性渗杂剂。
[0200] 项目20:项目19的方法，其中，至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂中包含Sc、Ti、V、 Cr、Mn、Co、Ni、加、化、21'、师、]\1〇、咖、化、口(1、4邑、〔(1、口1:、411、5111、〔、口13、胖、6日、￥、]\%、册或1'日中的 至少一种。
[0201 ]项目21:项目19或20的方法，其中，烙融的含铁氮化物的材料包含小于约10原子百 分数的至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂。
[0202] 项目22:项目15至21中任一项的方法，其中，烙融的含铁氮化物的材料进一步包含 至少一种相稳定剂。
[0203] 项目23:项目22的方法，其中，至少一种相稳定剂包含8、41、(：、51、？、0、(：〇、吐、111或 S中的至少一种。
[0204] 项目24:项目22或23的方法，其中，烙融的含铁氮化物的材料包含约0.1原子百分 数至约15原子百分数的至少一种相稳定剂。
[0205] 项目25:项目15至24中任一项的方法，其中，加热包含铁和氮的混合物W形成烙融 的含铁氮化物的材料包括在大于约1500°C的溫度加热混合物。
[0206] 项目26:项目15至25中任一项的方法，其中，连续诱铸、冷激、W及挤压该烙融的含 铁氮化物的材料包括在约65(TC至约120(TC的溫度下诱铸烙融的含铁氮化物的材料。
[0207] 项目27:项目15至26中任一项的方法，其中，连续诱铸、冷激、W及挤压该烙融的含 铁氮化物的材料包括在高于约65(TC的溫度冷激含铁氮化物的材料。
[0208] 项目28:项目15至27中任一项的方法，其中，连续诱铸、冷激、W及挤压该烙融的含 铁氮化物的材料包括在低于约250°C的溫度W及约5吨至约50吨的压力挤压含铁氮化物的 材料。
[0209] 项目29:项目15至28中任一项的方法，进一步包括应变W及后退火包含至少一个 化sN相畴的工件W形成包含至少一个化16化相畴的工件。
[0210] 项目30:项目29的方法，应变W及后退火包含至少一个FesN相畴的工件降低该工 件的尺寸。
[0211]项目31:项目30的方法，其中，在应变W及后退火之后包含至少一个FeisNs相畴的 工件的尺寸在至少一个轴中为小于约0.1mm。
[0212] 项目32:项目29至31中任一项的方法，其中，应变W及后退火之后，该工件由单一 Fei6N2相畴组成。
[0213] 项目33:项目29至32中任一项的方法，其中，应变包含至少一个化8N相畴的工件包 括在工件上施加约0.3 %至约12 %的拉伸应变。
[0214] 项目34:项目33的方法，其中，在包含至少一个FesN相畴的工件中拉伸应变施加在 基本上平行于至少一个<001〉晶轴的方向。
[0215] 项目35:项目29至34中任一项的方法，其中，后退火包含至少一个FesN相畴的工件 包括将包含至少一个化sN相畴的工件加热至约100°C至约化(TC的溫度。
[0216] 项目36:项目15至35中任一项的方法，进一步包括通过暴露含铁材料至尿素扩散 过程形成包含铁和氮的混合物。
[0217] 项目37:项目29至36中任一项的方法，其中，包含至少一个Fei6N2相畴的工件的特 征为磁各向异性。
[021引项目38:项目37的方法，其中，包括至少一个化16化相畴的工件的能积、矫顽力和饱 和磁化在不同的取向是不同的。
[0219] 项目39:项目15至38中任一项的方法，其中，包括至少一个FesN相畴的工件包括纤 维、线、细丝、线缆、膜、厚膜、锥、带、W及片材中的至少一种。
[0220] 项目40: -种滚动式研磨装置，包括构造为包含含铁原材料和氮源的仓室，W及在 氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物粉末。
[0221 ]项目41: 一种振动式研磨装置，包括构造为包含含铁原材料和氮源的仓室，W及在 氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物粉末。
[0222] 项目42: -种揽拌式研磨装置，包括构造为包含含铁原材料和氮源的仓室，W及在 氮源存在下研磨含铁原材料W产生含铁氮化物粉末。
[0223] 项目43:-种构造为进行项目1至39中任一项的方法的装置。
[0224] 项目44: 一种根据项目15至39中任一项的方法制作的工件。
[02巧]项目45:-种包含通过项目29至35、37或38中任一个形成的工件的块状磁性材料。 [0226]项目46: -种方法，包括:将多个包含至少一个化16N2相畴的工件设置为彼此邻近， 同时多个工件各自的长轴基本上彼此平行;将Sn、Cu、化或Ag中的至少一种置于包含至少一 个Fei6化相畴的多个工件的至少一个工件的表面上；W及在压力下将多个包含至少一个 Feis化相畴W及Sn XuJn或Ag中的至少一种的工件加热W在多个包含至少一个Feis化相畴 的多个工件的邻近工件之间的界面处形成化和SnXu、Zn或Ag中的至少一种的合金。
[0227]项目47: -种方法，包括:将多个包含至少一个化16N2相畴的工件设置为彼此邻近， 同时多个工件各自的长轴基本上彼此平行;将树脂设置为围绕多个包含至少一个Feis化相 畴的工件，其中，该树脂包含大量铁磁性材料的颗粒；W及固化树脂W使用该树脂粘结多个 包含至少一个化16化相畴的工件。
[022引项目48: -种方法，包括:将多个包含至少一个化16N2相畴的工件设置为彼此邻近， 同时多个工件各自的长轴基本上彼此平行;将大量铁磁性材料的颗粒设置为围绕多个包含 至少一个FeisNs相畴的工件；W及使用压缩冲击连接多个包含至少一个FeisNs相畴的工件。
[0229] 项目49: 一种方法，包括:将多个包含至少一个化16N2相畴的工件设置为彼此邻近， 同时多个工件各自的长轴基本上彼此平行;将大量铁磁性材料的颗粒设置为围绕多个包含 至少一个化16化相畴的工件；W及使用电磁脉冲连接多个包含至少一个化16化相畴的工件。
[0230] 项目50:项目46至49中任一项的方法，其中，多个工件的工件包括纤维、线、细丝、 线缆、膜、厚膜、锥、带、W及片材中的至少一种。
[0231 ]项目51: -种根据项目46至50中任一项的方法制作的块状磁体。
[0232] 项目52:-种构造为进行项目46至50中任一项的方法的装置。
[0233] 项目53: -种方法，包括:将含铁氮化物材料与基本上纯的铁混合W形成包含约8: 1的铁原子与氮原子比率的混合物；W及由该混合物形成包含至少一个Feis化相畴的块状磁 性材料。
[0234] 项目54:项目53的方法，其中，含铁氮化物材料包含含铁氮化物粉末。
[0235] 项目55:项目53或54的方法，其中，含铁氮化物材料包含e-FesN、丫 '-F64N和C-FesN 相中的一种或多种。
[0236] 项目56:项目53至55中任一项的方法，其中，形成包含至少一个Feis化相畴的块状 磁性材料包括:烙融混合物W生成烙融混合物;连续地诱铸、冷激、W及挤压该烙融混合物 W形成包含至少一个化SN相畴的工件；W及应变和后退火包含至少一个化8N相畴的工件W 形成包含至少一个化16化相畴的块状磁性材料。
[0237] 项目57:项目53至55中任一项的方法，其中，形成包含至少一个Feis化相畴的块状 磁性材料包括:烙融混合物W生成烙融混合物;在施加的磁场存在下退火混合物；W及应变 和后退火包含至少一个化sN相畴的工件W形成包含至少一个化16化相畴的块状磁性材料。
[0238] 项目58:项目53至55中任一项的方法，其中，形成包含至少一个Feis化相畴的块状 磁性材料包括:烙纺混合物；W及应变和后退火包含至少一个FesN相畴的工件W形成包含 至少一个化16化相畴的磁性材料。
[0239] 项目59:项目56至58中任一项的方法，进一步地包括烧结多个包含至少一个化16化 相畴的块状磁性材料。
[0240] 项目60: -种方法，包括:将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂添加至含铁氮化物的 材料中；W及由包含至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂的含铁氮化物的材料形成包含至少一 个化16化相畴的块状磁性材料。
[0241] 项目61:项目60的方法，其中，至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂包括Sc、Ti、VXr、 111、(：〇、化、加、化、2'、抓、]\1〇、咖、化、口(1、4邑、〔(1、口1、411、5111、(：、口13、胖、6曰、￥、]\%、册或1'曰中的至少 一种。
[0242] 项目62:项目60或61的方法，其中，将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂添加至含铁 氮化物的材料中包括将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂与含铁氮化物的粉末混合。
[0243] 项目63:项目60或61的方法，其中，将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂添加至含铁 氮化物的材料中包括将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂与烙融的含铁氮化物材料混合。
[0244] 项目64:项目60或61的方法，其中，将至少一种铁磁性或无磁性渗杂剂添加至含铁 氮化物的材料中包括:将多个含有含铁氮化物材料的片材设置为彼此邻近，同时至少一种 铁磁性或无磁性渗杂剂设置在多个含铁氮化物材料的片材的各片材之间；W及连接多个含 铁氮化物材料的片材。
[0245] 项目65: -种方法，包括:添加至少一种bet相畴的相稳定剂至铁氮化物材料中；W 及由包含至少一种bet相畴的相稳定剂的含铁氮化物材料形成包含至少一个化16化相畴的 块状磁性材料。
[0246] 项目66:项目65的方法，其中，至少一种相稳定剂包括8、41、(：、51、？、0、(：〇、吐、111或 S中的至少一种。
[0247] 项目67:项目65或66的方法，其中，至少一种相稳定剂W约0.1原子百分数至约15 原子百分数的浓度存在。
[0248] 项目68:项目65至67中任一项的方法，其中，添加至少一种bet相畴的相稳定剂至 含铁氮化物材料中包括将至少一种bet相畴的相稳定剂与含铁氮化物粉末混合。
[0249] 项目69:项目65至67中任一项的方法，其中，添加至少一种bet相畴的相稳定剂至 含铁氮化物材料中包括将至少一种bet相畴的相稳定剂与烙融的含铁氮化物材料混合。
[0250] 项目70:项目65至67中任一项的方法，其中，添加至少一种bet相畴的相稳定剂至 含铁氮化物材料中包括:将多个含有含铁氮化物材料的片材设置为彼此邻近，同时至少一 种bet相畴的相稳定剂设置在多个含铁氮化物材料的片材的各片材之间；W及连接多个含 铁氮化物材料的片材。
[0巧1 ] 项目71:项目53至70中任一项的方法，其中，包含至少一个Feis化相畴的块状磁性 材料的特征为磁各向异性。
[0252] 项目72:项目71的方法，其中，包括至少一个化16化相畴的磁性材料的能积、矫顽力 和饱和磁化在不同的取向是不同的。
[0253] 项目73:-种构造为进行项目53至72中任一项的方法的装置。
[0254] 项目74:-种根据项目53至72中任一项的方法制作的包含至少一个Feis化相畴的 磁性材料。
[02W]项目75:-种根据项目53至72中任一项的方法制作的块状永磁体。
[0256] 项目76:-种包括纤维、线、细丝、线缆、膜、厚膜、锥、带或片材中的至少一种的工 件，其中，该工件的特征为具有纵向，并且其中，该工件包含至少一个沿着工件的纵向取向 的铁氮化物相畴。在一些实施例中，可W使用本文中所描述的任何一种技术形成工件。另 夕h在一些实施例中，任何前体材料，包括铁或铁氮化物粉末，可W用于形成工件。
[0257] 项目77:项目76的工件，其中，至少一个铁氮化物相畴包括W下相的一种或多种： 化NJe2N、Fe3NJe4N、Fe2N6、FesNJei6化和化Nx,并且其中，X在约0.05至约0.5的范围内。
[0258] 项目78:项目76或77的工件，其中，工件包含一种或多种渗杂剂、一种或多种相稳 定剂或两者。
[0259] 项目79:项目78的工件，其中，基于至少一个铁氮化物相畴的at.%，该一种或多种 渗杂剂、该一种或多种相稳定剂或两者Wo. Iat. %至15at. %的范围存在。
[0260] 项目80:项目76至79中任一项的工件，其中，工件的特征为其为块状永磁体。
[0261 ]项目81: -种包含铁氮化物的块状永磁体，其中，块状永磁体的特征为具有从块状 永磁体的第一端延伸至块状永磁体的第二端的主轴，其中块状永磁体包含至少一种体屯、四 方(bet)铁氮化物晶体，并且其中，至少一种bet铁氮化物晶体的<001〉轴基本上平行于块状 永磁体的主轴。在一些实施例中，可W使用本文中所描述的任何一种技术形成块状永磁体。 另外，在一些实施例中，任何前体材料，包括铁或铁氮化物粉末，可W用于形成块状永磁体。 [0262]实施例 [026；3] 实施例1
[0264] 图20示出了用于由第一研磨铁前体材料W形成含铁原材料，随后在甲酯胺溶液中 研磨该含铁原材料而制备的样品的实例XRD光谱。在研磨铁前体材料期间，球磨装置填充有 包含90%氮气和10%氨气的气体。使用具有约5mm至约20mm的直径的磨球W研磨，并且球与 粉末的质量比为约20:1。在研磨含铁原材料期间，球磨装置填充有甲酯胺溶液。使用具有约 5mm至约20mm的直径的磨球W研磨，并且球与粉末的质量比为约20:1。如在图20中示出的上 部的XRD光谱示出的，在研磨铁前体材料之后，形成了包含Fe(200)和化(211)结晶相的含铁 原材料。使用从Siemens USA，WasMngton D.C可获得的D5005X射线衍射仪汇集XRD光谱。如 在图20中示出的下部的XRD光谱示出的，在甲酯胺溶液中研磨含铁原材料之后形成了含铁 氮化物的粉末。含铁氮化物的粉末包括Fe(200)、Fe3N(110)、Fe(110)、Fe4N(200)、Fe3N (112)、化、（200)和化（211)结晶相。
[0265] 实施例2
[0266] 图21示出了用于由在乙酷胺溶液中研磨含铁原材料制备的样品的实例XRD光谱。 在研磨铁前体材料期间，球磨机装置填充有包含90%氮气和10%氨气的气体。使用具有约 5mm至约20mm的直径的磨球W研磨，并且球与粉末的质量比为约20:1。在研磨含铁原材料期 间，球磨装置填充有乙酷胺溶液。使用具有约5mm至约20mm的直径的磨球W研磨，并且该球 与粉末的质量比为约20:1。使用从Siemens USA，Washington D.C可获得的D5005X射线衍射 仪汇集XRD光谱。如在图21中示出的XRD光谱示出的，在乙酷胺溶液中研磨含铁原材料之后 形成了含铁氮化物的粉末。含铁氮化物的粉末包括Fei6N2(002)、Fei6N2(112)、Fe(100)、 Feis化(004)结晶相。
[0267] 实施例3
[0268] 图22是对于通过连续地诱铸、冷激和挤压技术制备的包含Feis化的实例磁性材料 的磁化对施加磁场的图。首先，在酷胺存在下通过研磨铁粉形成包含约9:1的铁与氮的原子 比的铁氮化物混合物。如使用扫描电子显微术测量的，平均铁颗粒尺寸为约50nm±5nm。在 混合物中利用儀催化剂在约45°C的溫度下进行研磨约50小时。儀与铁的重量比为约1:5。使 用俄歇电子能谱(AES)测量铁与氮的原子比。
[0269] 随后将铁氮化物粉末放置在玻璃管中并且使用火炬(torch)加热。火炬使用天然 气和氧气的混合物作为燃料并且在约230(TC的溫度下加热W烙融铁氮化物粉末。随后将玻 璃管平铺并且使烙融的铁氮化物冷却至室溫W诱铸铁氮化物。使用由Quantum Design, Inc.，San 016旨〇，〔曰11'〇^1曰^商品名称鮮9滅8愈-58可获得的超导磁化率计（超导量子 干设仪（SQUID))测量磁化曲线。如在图22中示出的，对于样品的饱和磁化（Ms)值为约 233emu/g。 脚0] 实施例4
[0271] 图23是通过连续地诱铸、冷激和挤压技术制备的包含至少一个Feis化相畴的实例 线的 X 射线衍射光谱。样品包含 Fei6N2(002)、Fe3〇4(222)Je4N(lll)Jei6^(202)Je(110)、 化sN(004) Je (200)和化（211)相畴。表2示出了不同相畴的体积比。
[0272] 表 2
[0273]
脚4] 实施例5
[0275] 将通过在实施例3中所描述的连续地诱铸、冷激和挤压技术制备的化N块状样品切 成具有约0.8mm和约IOmm的长度的线。沿着线的长轴W约350N的力度使线应变并且在约120 °C至约160°C的溫度将其后退火，同时将其应变W在线内形成至少一个Feis化相畴。图24是 使用由Quantum Design,Inc. ,San Diego,(^iliforniaW商品名称]vipMS⑧-5S可获得的 超导磁化率计(超导量子干设仪(S卵ID))测量的对于线而言磁化对施加磁场的图。如在图 24中示出的，样品具有约2490e的矫顽力W及约192emu/g的饱和磁化。
[0276] 图25是示出了对于样品的俄歇电子光谱（AES)试验结果的图。样品的组成是约 78at. % 的化、约5.2at. % 的N、约6.1 at. % 的0、W及约 10.7at. % 的C。
[0277] 图26A和图26B是示出了使用在实施例3和5中所描述的连续地诱铸、冷激和挤压技 术形成的铁氮化物锥和铁氮化物块状材料的实例的图像。 脚引 实施例6
[0279] 图27是对于包含Feis化的线形磁性材料的实例磁化对施加磁场的图，示出了与线 形样品的长轴有关的对于不同取向的外加磁场的不同滞后回线。使用应变线技术利用冷相 蜗系统制备样品。由商业可获得的局纯度(99.99% )的块状铁制备a"-Fei6化块状永磁体。在 冷相蜗系统中将尿素用作氮供应者。首先，在冷相蜗系统中利用预定百分数的尿素将块状 铁烙融。使尿素化学分解W产生可W扩散至烙融铁中的氮原子。将制备的化N混合物取出并 且加热至约66(TC约4小时，随后在室溫下使用水将其冷激。将冷激的样品变平并且切成线， 具有方柱形，约IOmm长和0.3-0.4mm平方边长。最后，在长度方向将线应变W沿着长度方向 诱导晶格伸长，将线在约150°C下退火约40小时。
[0280] 在相对于外加磁场的从0°变化至90°的不同取向下将线形样品放置于振动样品磁 强计内部。结果显示了对于与外加磁场有关的不同取向的样品的不同的滞后回线。结果还 实验性地表明化师兹体样品具有各向异性的磁性。
[0281]图28是示出了使用相对于图27所描述的冷相蜗技术制备的线形Fe师兹体的矫顽力 与它的与外加磁场有关的取向之间的关系的图。线形样品的长轴与外加磁场之间的角度在 0°、45°、60°和90°之间不同地变化。当线形样品的长轴基本上垂直于磁场时，样品的矫顽力 突然增强，证明了样品的各向异性的磁性。
[0巧。实施例7
[0283] 表3表明了通过不同的方法形成的在含Feis化铁氮化物永磁体中的磁性的理论值 与实验值之间的比较。通过与在20 12年8月17号提交的，并且题为"IRON NITRIDE 阳RMA肥NT MAG肥T AND TECHNIQUE FOR FORMING IRON N口RIDE 阳RMA肥NT MAG肥r 的国 际专利申请PCT/US2012/051382号中所描述的那些W及相对于实施例6所描述的相似的技 术形成"冷相蜗"磁体。
[0284] 通过与在2013年2月7号提交的，并且题为"IRON NITRIDE阳RMA肥NT MAG肥T AND TECHNIQ肥 FOR FORMING IRON N口RIDE 阳RMA肥NT MAG肥r 的美国临时专利申请61/762， 147号中所描述的那些相似的技术形成"氮离子注入"磁体。特别地，将具有约500nm厚度的 纯铁锥（110)设置在镜面抛光Si基板(111)上。Si基板(111)和铁锥的表面是预先清洁的。在 约450°C下通过使用融合模式的晶片结合器(SB6,Karl Suss Wafer Bonder)将锥直接与基 板粘结约30分钟。在室溫下W2X l〇i6/cm2至5 X l〇i7/cm2范围的积分通量(注量，fluences)， 使用加速至IOOkeVW及垂直地植入至运些锥中的原子N+的离子进行氮离子注入。然后，将 两步后退火过程施加在注入的锥上。第一步是在约500°C下在化和Ar的混合气氛中预退火 约0.5小时。然后，随后的后退火在约150°C下在真空中继续约40小时。
[0285] 通过与W上相对于实施例3描述的相似的技术形成"连续诱铸"磁体。
[0286] 表 3
[0287]
[0巧引 实施例8
[0289]在运些实施例中，研究了使用儘(Mn)在化16化铁氮化物块状样品中作为渗杂原子。 使用密度泛函理论(DFT)计算W确定在FeisNs铁氮化物晶格内Mn原子的可能位置W及在 化16化晶格中Mn原子和化原子之间的磁禪合。还实验性地观察了渗杂Mn原子的化16化铁氮化 物的热稳定性和磁性。使用从WWW.quantum-espresso.org可获得的Quantum Espresso软件 包，进行所有的DFT计算。可 W在P .Gianozzi等，J. Phys . : Condens .Matter, 21,395502 (2009 )http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502 中找到有关 Quantum Espresso的信息。
[0巧0] 在DFT计算中，将Mn插入至a"-Feis化相的四方形晶胞中，置换一个Fe原子。如从元 素周期表看出的，Mn与化相似并且预测为显示出与主体化16化结构的亲合力，W及有助于材 料的磁性。可W在Fe的S种不同的晶体位置的一种或多种处插入Mn。图29是示出了实例 Feis化晶体结构的示意图。如示出的，在Fe原子中存在距N原子S种不同的距离，Fe化、Fe 4e和化4d Je化铁原子与N原子最近，Fe 4d铁原子与N原子最远，W及Fe 4e铁原子与N原 子是中等距离。使用DFT计算研究了在每一处运些晶体位置的Mn插入的效果。特别地，使用 S种DFT计算W估计用于在S种晶体位置的每一处插入Mn原子的系统各自的总能量。还使 用DFT计算W估计渗杂了 Mn原子的块状铁的结果。随后比较运些计算的结果W评估N原子在 确定Mn渗杂原子的位置和磁化中的作用并且W评估渗杂系统的热力稳定性。
[0291] 在块状Fe中，Mn渗杂剂或杂质禪合抗铁磁性至Fe原子。图30是示出渗杂Mn的块状 化的态密度的实例计算结果的曲线。使用Quantum Espresso进行计算。如在图30中示出的， 在块状铁中更可能在Fei (Fe她)位点中发现Mn渗杂剂。另外，图30示出了Fe的态密度始终 是与Mn的态密度反向。在化的态密度为正的时，Mn态密度是负的，表示在块状的化样品中Mn 原子是抗铁磁地禪合至化原子。
[0292] 图31是示出渗杂Mn的块状Fe 16化的态密度的实例计算结果的曲线。使用Quan turn Espresso进行计算。如在图31中示出的，在化16化块状样品中Mn渗杂剂不是抗铁磁地禪合至 其余Fe原子，由于Mn的态密度始终与Fe的态密度是相同的标记。由于在图31中在相同的能 量下Mn的态密度通常与化1(化她）的态密度最接近，所W图31表示在Feis化中更可能在化1 (Fe她)位点发现Mn渗杂剂。运暗示N原子对于点间（inter-site)磁禪合具有重大影响。
[0巧3] 图32是W5at. %、8at. %、10at. %和15at. %的Mn渗杂剂浓度制备的化-Mn-N块状 样品的磁滞回线的曲线。使用冷相蜗系统制备样品。分别将包含Fe、Mn和尿素前体W及 5at. %、8at. %、IOat. %和15at. %浓度(基于Fe和Mn原子）的Mn的四种混合物的每一种放 置至冷相蜗中烙融W形成各自的FeMnN混合物。在650°C下将化MnN各自的混合物加热约4小 时并且在冷水中在室溫下将其冷激。随后将冷激的FeMnN材料切成具有约Imm X Imm X 8mm的 尺寸的线。随后在约180°C下将线加热约20小时并且应变W形成包含Mn渗杂剂(置换一些Fe 原子)的FeisNs相畴。图32示出了饱和磁化(Ms)随着Mn渗杂剂浓度的增加而降低。然而，磁性 矫顽力化C)随着Mn渗杂剂浓度增加而增加。运表示Mn渗入化16化可W增加磁性矫顽力。对于 具有5at. %至15at. %的Mn浓度的样品比没有Mn渗杂剂的样品具有更大的磁性矫顽力值。 [0294]通过观察在升高的溫度下材料的晶体结构研究了渗杂Mn的化16化块状材料的热稳 定性。具有Mn渗杂剂的样品与没有Mn渗杂剂的样品相比，显示了改善的热稳定性。通过在约 160°C的溫度下观察在X射线衍射光谱中对应的峰值的相对强度的变化，没有Mn渗杂剂的 FeN块状样品可W显示出相体积比（例如，Feis化相体积分数）的变化。在此溫度下相体积比 的变化可W表示Feis化相降低的稳定性。然而，通过在180°C下在空气气氛中观察在X射线衍 射光谱中对应的峰值的相对强度的变化约4小时，具有5at. %至15at. %的Mn渗杂剂浓度的 样品证实了基本上稳定的相体积比（例如，Feis化相体积分数）。在一些实施例中，约220°C的 溫度可W导致化16化相的完全分解。
[0巧引实施例9
[0296] 使用W商品名称Re妃化⑧行星式球磨机PM 100 (及ets曲驳，化an，Germany)可获得 的球磨系统将钢球W将1:1重量比的Fe与硝酸锭(NH4N03)氮源研磨。对于每一样品，使用每 一个具有约5mm的直径的10个钢球。每次完成10小时的研磨后，停止研磨体系10分钟W使得 系统能够冷却。表4概括了对于每一样品的工艺参数：
[0297]表 4 row只 I
~图33是在尿素氮来源存在下球磨之后，使用俄歇电子光谱(AES)汇集的样品1粉末 的元素浓度的曲线。如在图33中示出的，该粉末包含碳、氮、氧和铁。
[0300] 图34是示出了在退火之后来自样品1的粉末的X射线衍射光谱的曲线。如在图34中 示出的，粉末包含化16化相铁氮化物。
[0301] 图35是在硝酸锭存在下使用球磨形成来制备的铁氮化物的磁滞回线的曲线。在室 溫下测量磁滞回线。使用W上列出的用于样品1的工艺参数制备具有所测量的磁滞回线的 铁氮化物样品。特别地，图35示出了在退火之后，对于样品1的实例磁滞回线。图35示出了样 品1约5400e的矫顽力化C) W及约209emu/g的饱和磁化。
[030。 实施例10
[0303] 将粉末样品放置在导电的容器或电枢(armature)中。样品包含使用W上列出的用 于样品1的相同工艺参数形成的铁氮化物粉末。将导电容器放置在高磁场线圈的孔中。W高 电流(例如，1安培至100安培并且约0.1 %至约10 %的脉冲比）脉冲磁场线圈W在孔中产生 磁场，进而感应在电枢中的电流。感应电流与施加的磁场相互作用W产生崩塌电枢W及压 实样品的向内作用的磁力。在小于一毫秒内出现压实。
[0304] 通过压实形成的部件的密度预期为7.2g/cc，几乎为理论密度的90%。
[0305] 图36是示出了对于固结前后的样品的X射线衍射光谱的曲线。图36示出了在固结 之后FeisNs相仍然存在于样品中。尽管FeisNs峰值的强度降低，但是FeisNs相仍然存在。
[0306] 当本文中范围用于如分子量的物理性质或如化学式的化学性质时，对于在其中特 定的实施例旨在包括范围的所有组合和子组合。
[0307] 已经描述了各种实施例。本领域技术人员应理解，在本公开内容中所描述的实施 例可W进行大量地变化和修改，并且在没有背离本公开内容的精神的情况下可W进行运样 的变化和修改。运些及其它实施例在所附权利要求的范围内。
[0308] 本文中通过引证将本公开内容引用的或在本文献中所描述的每一个专利、专利申 请和出版物W其全部内容合并在此。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 加热包含铁和氮的混合物以形成熔融的含铁氮化物的材料；以及 浇铸、冷激和挤压所述熔融的含铁氮化物的材料以形成包含至少一个FesN相畴的工件。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，浇铸、冷激和挤压包括连续浇铸、冷激和挤压所述 熔融的含铁氮化物的材料，以形成具有比工件的其它尺寸更长的尺寸的所述工件。3. 根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括： 在滚动式研磨装置、搅拌式研磨装置或振动式研磨装置的仓室中，在氮源存在下，研磨 含铁原材料以产生含铁氮化物的粉末，以及 其中，加热所述包含铁和氮的混合物包括加热所述含铁氮化物的粉末。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述氮源包括硝酸铵、含酰胺的材料或含肼的材 料中的至少一种。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述含酰胺的材料或含肼的材料中的至少一种包 括液体酰胺、含酰胺的溶液、肼或含肼的溶液中的至少一种。6. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述含酰胺的材料或含肼的材料中的至少一种包 括尿素、甲酰胺、苯酰胺或乙酰胺中的至少一种。7. 根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，所述含铁原材料包含基本纯的铁。8. 根据权利要求3至7中任一项所述的方法，进一步包括向所述含铁原材料中添加催化 剂。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述催化剂包含镍或钴中的至少一种。10. 根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其中，所述含铁原材料包含具有小于约 100μπι的平均直径的粉末。11. 根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其中，所述含铁氮化物的粉末包含FeN、 卩621?631?64~』62他、？68~』616他或？6队中的至少一种，其中叉在约0.05至约0.5的范围内。12. 根据权利要求3至11中任一项所述的方法，进一步包括研磨铁前体以形成所述含铁 原材料。13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述铁前体包含Fe、FeCl3、Fe2〇3或Fe 3〇4中的至 少一种。14. 根据权利要求12或13所述的方法，其中，研磨所述铁前体以形成所述含铁原材料包 括在Ca、Al或Na中的至少一种存在下，在足以引起Ca、Al或Na中的至少一种与存在于所述铁 前体中的氧之间的氧化反应的条件下，研磨所述铁前体。15. 根据权利要求3至11中任一项所述的方法，进一步包括熔纺铁前体以形成所述含铁 原材料。16. 根据权利要求15所述的方法，其中，熔纺所述铁前体包括： 形成熔融的铁前体； 冷辊所述熔融的铁前体以形成脆性带状材料； 热处理所述脆性带状材料；以及 粉碎所述脆性带状材料以形成所述含铁原材料。17. 根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述包含至少一个FesN相畴的工件 的尺寸在至少一个轴中小于约50毫米。18. 根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述熔融的含铁氮化物的材料包 含约8:1的铁原子与氮原子的比率。19. 根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述熔融的含铁氮化物的材料包 含至少一种铁磁性或无磁性掺杂剂。20. 根据权利要求19所述的方法，其中，所述至少一种铁磁性或无磁性掺杂剂包括Sc、 Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au、Sm、C、Pb、W、Ga、Y、Mg、HfSTa 中的至少一种。21. 根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述熔融的含铁氮化物的材料包含小于约 10原子百分数的所述至少一种铁磁性或无磁性掺杂剂。22. 根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述熔融的含铁氮化物的材料进 一步包含至少一种相稳定剂。23. 根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少一种相稳定剂包括B、Al、C、Si、P、0、 Co、Cr、Mn或S中的至少一种。24. 根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述熔融的含铁氮化物的材料包含约0.1 原子百分数至约15原子百分数的至少一种相稳定剂。25. 根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，加热所述包含铁和氮的混合物以 形成所述熔融的含铁氮化物的材料包括在大于约1500°C的温度加热所述混合物。26. 根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中，连续浇铸、冷激和挤压所述熔融的 含铁氮化物的材料包括在约650°C至约1200°C范围内的温度浇铸所述熔融的含铁氮化物的 材料。27. 根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中，连续浇铸、冷激和挤压所述熔融的 含铁氮化物的材料包括将所述含铁氮化物的材料冷激至高于约650°C的温度。28. 根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，连续浇铸、冷激和挤压所述熔融的 含铁氮化物的材料包括在低于约250°C的温度以及约5吨至约50吨范围内的压力挤压所述 含铁氮化物的材料。29. 根据权利要求1至28中任一项所述的方法，进一步包括使所述包含至少一个FesN相 畴的工件应变和后退火，以形成包含至少一个Fe 16N2相畴的工件。30. 根据权利要求29所述的方法，其中，使所述包含至少一个FesN相畴的工件应变和后 退火降低所述工件的尺寸。31. 根据权利要求30所述的方法，其中，在应变和后退火之后，所述包含至少一个Fei6N2 相畴的工件的尺寸在所述至少一个轴中小于约〇. 1_。32. 根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其中，在应变和后退火之后，所述工件 基本上由单一 Fe16N2相畴组成。33. 根据权利要求29至32中任一项所述的方法，其中，使所述包含至少一个FesN相畴的 工件应变包括在所述工件上施加约0.3 %至约12 %范围内的拉伸应变。34. 根据权利要求33所述的方法，其中，在所述包含至少一个FesN相畴的工件中拉伸应 变施加在基本上平行于至少一个〈〇〇1>晶轴的方向。35. 根据权利要求29至34中任一项所述的方法，其中，使所述包含至少一个FesN相畴的 工件后退火包括将所述包含至少一个FesN相畴的工件加热至约100°C至约250°C范围内的 温度。36. 根据权利要求1至35中任一项所述的方法，进一步包括通过将含铁材料暴露至尿素 扩散过程形成所述包含铁和氮的混合物。37. 根据权利要求29至36中任一项所述的方法，其中，所述包含至少一个Fe16N2相畴的 工件的特征为磁各向异性。38. 根据权利要求37所述的方法，其中，所述包含至少一个Fe16N2相畴的工件的能积、矫 顽力和饱和磁化在不同的取向是不同的。39. 根据权利要求1至38中任一项所述的方法，其中，所述包含至少一个FesN相畴的工件 包括纤维、线、细丝、线缆、膜、厚膜、箱、带或片材中的至少一种。40. -种构造为进行权利要求1至39中任一项所述的方法的装置。41. 一种根据权利要求1至39中任一项所述的方法制作的工件。42. -种块状磁性材料，包括由权利要求29至35、37或38中任一项所述的方法形成的所 述工件。
【文档编号】H01F1/04GK105849834SQ201480047703
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年6月24日
【发明人】王建平, 姜岩峰
【申请人】明尼苏达大学董事会