专利名称：磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法及其制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高性能的稀土类烧结磁体的制造方法及其制造装置。
背景技术：
稀土类、铁、硼类烧结磁体(以下称作“RFeB磁体”)，不仅在特性上远远凌驾于至今为止的永磁体材料，还因为钕、铁及硼等资源丰富而原料价格低廉，作为理想的永磁体材料，自1982年问世以来其市场一直稳步扩展。主要用途有微机的HDD(Hard Disk Drive)、磁头驱动电机VCM(VoiceCoil Motor)、高级扬声器、耳机、电动助力自行车、高尔夫球车、永磁式磁共振检查装置(MRI)等。此外，在混合动力汽车的驱动电机中其实用化也取得了进展。
RFeB磁体于1982年被本申请的发明者们发现(特许文献1)。该RFeB磁体以具有磁各向异性的、正方晶的结晶构造的R2Fe14B金属间化合物为主相。为了获得高的磁特性需要充分利用磁各向异性的特征，除了烧结法以外，还提出了铸造、热加工、时效处理的方法(特许第2561704号)和对急冷合金进行热压成形加工(die upset)的方法(美国特许第4,792,367号)。但这些方法在磁特性及生产性两点上逊色于烧结法。为了获得永磁体所需的致密均质的微细组织，烧结法是最佳的方法。
RFeB磁体的制造工序包括组成配合、熔解、铸造、粉碎、磁场中压缩成形、烧结、热处理。
RFeB磁体发现后，因为改善其矫顽力等特性，而明确进行元素添加(特许第1606420号等)、热处理(特许第1818977号等)、结晶粒径控制(特许第1662257号等)等的效果，但提高矫顽力最有效的是添加重稀土类元素(Dy、Tb)(特许第1802487号)。大量使用重稀土类元素可以确实增加矫顽力，但饱和磁化降低导致最大能积下降。另外，因为Dy、Tb的资源有限、价值昂贵，所以不可能满足预计将来不断增长的混合动力汽车和产业用、家庭用电机的需求。
烧结磁体要求有致密均匀的微细组织。当初一般采用铸造合金熔液进行微粉碎的方法(例如特许第1431617号)。如果用带铸法(strip cast)对合金熔液进行骤冷的话，能够抑制α铁的出现，通过减少非磁性稀土类元素量，可以获得高能积(特许第2665590号、特开2002-208509等)。
当RFeB合金吸留氢时，在合金内部会产生微细裂纹，使粉碎变得容易(特许第1675022号)。由于微粉碎可以获得粒度分布明显的粉末，所以利用氮等惰性气体进行的气流粉碎(jet mill)成为主流(特许第1883860号等)。
在磁场中将粉末压缩成形获得磁各向异性烧结磁体的方法，以铁氧体磁体的发明为开端(特公昭29-885号、美国特许第2,762,778号)，之后被应用于制造RCo磁体和RFeB磁体(美国特许第3,684,593号等、特许第1431617号)。微粉末聚集到RFeB正方晶结晶构造c轴一个方向而成形。一般采用模具冲压法，但为了获得更高的取向度和高能积，可以采用CIP法(特许第3383448号)和RIP法(特许第2030923号)。
温特(Went)等于1951年发明了铁氧体磁铁(特公昭35-8281号、美国特许第2,762,777号)，同年戈特(Gorter)等发明了磁性各向异性烧结铁氧体磁铁(特公昭29-885号、美国特许第2,762,778号)。此时首次在磁性各向异性永磁体的制造方法中采用了磁场中压缩成形、烧结的方法。之后，为了克服模具冲压法的缺点，进行了多种改良。
为了提高模具成形时的微粉末的取向，以及减轻粉末和粉末、粉末和模具之间的摩擦，发明了添加润滑剂的方法(特许第2545603号、第3459477号等)。
为了在防止微粉末的氧化同时达到提高取向性的目的，采用了将矿物油、合成油或植物油和微粉的混练物高压注入到模具内，在磁场中进行湿式压缩成形的方法(特许第2731337号等)。有报告称此时加压注入、加压充填浆体时，可以获得高磁性(特许第2859517号)。
模压成形法中只能采用一个方向的加压，从而成为扰乱取向的原因。如果可以从任何方向进行等方向性加压的话，取向的紊乱就会变小。在等方性加压的方法中，存在将微粉末注入橡胶容器后从外部施加磁场，进行冷等静压(Cold Isostatic Pressing、CIP)的方法(特许第3383448号)。
作为与CIP具有同等效果的方法，本发明的发明人员提出了预先在模具挤压机内设置橡胶模进行等方性加压的RIP(Rubber IsostaticPressing)法(特许第2030923号)。此方法容易实现自动化生产，所以远比CIP更适宜于量产。
作为将具有凝结性的微粉末填充到挤压机等的模具型腔中的方法，提出了空气旋塞法(air tapping)(特开平9-78103号、特开平9-169301号、特开平11-49101号)。所谓空气旋塞法是在使高速气流断续地作用于粉末，将粉末高密度、均匀地填充到模具型腔中的技术。另外，还提出了通过空气旋塞法进行固化，获得近净成形的成形体的方法(特开2000-96104号)。
为了调整粉末的方向可以采用从外部施加磁场的方法。RFeB磁体的情况，正方晶构造的c轴向相当于易磁化轴，施加磁场时粉末向一个方向取向。通常的模具挤压的情况下，被施加电磁石引发的静磁场，最大可以达到15kOe左右。但是，在使用空心线圈的脉冲磁场中可以施加15～55kOe的强磁场，实际上施加了强磁场的一方磁特性得到提高(特许第3307418号)。
为了避免粉末的氧化，提出了在惰性气氛中进行粉碎工序和成形工序的方法(特开平6-108104)。
特许第1431617号[烧结法的效果]粉末冶金(烧结)法可以获得致密均匀的微细组织。在稀土类钴磁体和RFeB磁体中，有效利用各种材质的特性获得高性能的永久磁体，没有优于粉末冶金法的方法。
在磁各向异性烧结磁体的制造方法中采用磁场中压缩成形、烧结的方法最初应用于紧接1951年温特等发明铁氧体磁体(特公昭35-8281号、美国特许2,762,777号)之后，戈特等发明的磁性各向异性烧结铁氧体磁体(特公昭29-885号、美国特许第2,762,778号)中。压缩成形的目的在于通过压缩榨出液体成分，以及固定取向后的粒子。另外，压缩成形有利于形成期望的形状。虽然也存在不进行压缩成形而直接在磁场中一起加热的例子，但与压缩成形的例子相比，密度低、磁特性也低。
其后在磁场中压缩成形、烧结的方法被继续应用到RCo烧结磁体(美国特许第3,684,593号)及RFeB烧结磁体的制备中。施加磁场是对粒子进行取向的必须工序，但至今为止尚未对压缩效果进行特别深入的考察。
采用模具挤压的理由在于能够获得完全近乎最终形状、尺寸的净成形(Net sharp)制品，成品率高，能够进行自动化生产。尤其是从净成形和成品率的观点来看，模具冲压法作为适宜于量产的方法得到了广泛的使用。
作为获得和CIP同等效果的方法，本申请的发明者们率先提出了RIP法(特许第2030923号)。在RIP法中，将微粉末导入橡胶模，施加脉冲磁场，用挤压机向橡胶模整体施压。因为与CIP法相同施加等方性的压力，且可以采用脉冲磁场，相对模具冲压法具有更高的磁特性。由于该方法可以连续进行填充橡胶模、施加脉冲磁场、压缩成形、消磁等工序而实现自动化，因此适宜于量产。
在很长的历史中，为了实现有效作业模具冲压法逐渐实现了自动化。其工序大致如下。
·将微粉末经过进料器供到模具内。
·降下上方冲头闭合型腔。
·施加磁场。
·施加磁场同时用上冲头和下冲头加压。
·上冲头抬起。
·下冲头抬起(或模降下)，将压粉体推出到模具上。
·用机械臂将压粉体传递到输送带上。
·将压粉体集中到一处。
·摆放在烧结台板上。
此时，为了避免冲击和熔敷，将压粉体间隔配置。根据作业状况有时会将压粉体保管数日。粉末冶金法适用的冲压机为精密机械，如果是单个(1个)的冲压机的话，可以比较容易地对准冲头/模的位置，但取出多个时变得复杂。磁体被要求为圆板、矩形、带孔圆板、弓形等各种各样的形状、尺寸，需要随时进行繁杂的更换模具的作业。
对于压缩成形的作用，例如在“Rare-earth Iron PermanentMagnet”，edited by J.M.D.Coey，CLARENDONPRESS，OXFORD，1996，pp.340-341中记载有“The pressing load issufficient to make compacts having enough strength to be handledbut without significant misorientation of the crystallites.”(加压力不会对粒子的配列造成很大的扰乱，对于制作用于加工的、具有足够强度的压粉体已经足够)。另外，在J.Ormerod，“Power Metallurgy of rateearth permanent magnets”，Powder Metallurgy 1989，Vol.32，No.4，P.247中记载有“The pressing pressure should be sufficient to give thepowder compact enough mechanical strength to withstand handing，butnot high enough to cause particle misorientation.”(加压力对压粉体施加能够耐于加工程度的足够的机械强度，但必须是低于导致粒子的取向紊乱的程度)。在上述的文献中都认为如果施加过大的压力时会导致取向的紊乱，但同时也认识到为了加工有必要对压粉体进行强力压缩，以便压粉体拥有足够的强度。
稀土类磁体含有约为30％重量％的化学性质活泼容易氧化的稀土类元素，在稀土类烧结磁体的制造工序中，存在处理含有大量的化学性质活泼的稀土类元素，平均粒度为3μm的微粉末的工序。由于需要在磁场中将每个微粉末向一定方向取向，不能采用像一般粉末冶金法所用的、预先造粒后改善粉末的流动性的方法。因为微粉末的体积大，且各个粉末具有磁性质，因此即使向模具型腔中供给粉末也会形成桥(bridge)，难以进行均匀的填充。
为了提高模具成形时微粉末的取向度，提出了添加润滑剂的方法(特许第3459477号、特开平8-167515等)。润滑剂具有减小微粉末的摩擦的效果，可以提高一边施加磁场一边压缩时的取向度。但是，为了获得足够的润滑效果而添加大量的润滑剂时，用于脱脂的时间变长。某种液体润滑剂(例如特开2000-306753号)的挥发性优良，根本不残留在烧结体中。但是，为了提高取向度而添加大量的润滑剂时，冲压后的压粉体的强度变弱，产生加工上的问题。冲压机中由电磁体施加静磁场。电磁体产生的静磁场由于铁心引起的磁通量的饱和，最多保留在10～15kOe(1～1.5T)程度。在施加磁场的状态下继续加压的话，粉末之间的摩擦力变大，粉末旋转后取向紊乱。为了防止这种情况，提出了用脉冲磁场进行取向的方法(特许第3307418号)。在脉冲磁场中可以施加1.5～5.5T的磁场，可以确认到有提高Br(残留磁通量密度)的效果。但是，如果像本发明那样在冲压机内施加脉冲磁场的话，每当施加磁场时会产生涡流损耗或磁滞损耗导致模具发热。还有，向金属制的模具施加瞬间的冲击，会缩短作为机械的冲压机的寿命，并不实用。
为了提高冲压法的作业效率，提出了添加有机质的粘合剂或润滑剂，进行湿式成形的方法，但都需要以强力压缩为前提，这些成分被强力封闭在压粉体内部，在烧结前阶段的脱脂工序中容易去除。在低温长时间加热的情况下可以完全脱脂，但生产性显著下降。当有机质成分残存的状态下高温加热时，碳等杂质与构成元素发生反应导致磁特性降低，耐腐蚀性变差。
为了防止微粉的氧化同时取得高的取向度，提出了在磁场中对矿物油、合成油和微粉的混合物进行湿式压缩成形的方法(特许第2859517号)。将由气流粉碎微粉碎的粉末聚集、混合到矿物油或合成油中后，加压注入、填充到模腔中。湿式成形是Sr铁氧体磁体的制造技术的应用，但与铁氧体磁体制造技术中使用水相对，在制造稀土类磁体时不能使用水而使用溶媒和油。但是油中包含很多的碳等成为杂质的成分，在烧结阶段很难清除。虽然正在研究容易蒸发的不会残留的油，但难以去除被密封在坚固压缩了的压粉体内的碳。有必要将油蒸发后，在不和稀土类反应的温度下进行脱脂作业，但必须在相对低温下长时间地保持，批量生产的效率显著降低。脱脂不充分时，在高温下容易和稀土类元素发生反应使磁特性劣化的同时降低耐腐蚀性。
在冲压法中，微粉末被暴露于大气中。因此提出了制成微粉后，在惰性气体气氛中进行磁场中挤压起到搬入烧结炉为止的工艺(特开平6-108104)。但实际上不得不对模具周围飞散的微粉进行清扫，以及频繁地进行模具更换。如果将飞散的微粉原样放置的话，开放时非常危险。磁体微粉的体积大容易形成桥，因此不能顺利地定量供给，需要定期地测量压粉体的重量进行反馈。稀土类不可能像一般的结晶那样使用大量的粘合剂和高压成形后制成牢固的压粉体。所以，压粉体脆弱而易碎。像手套箱那样将人手伸入冲压机的作业非常危险，效率很低。即，用将包括冲压机在内的全部工序都放置在惰性气体气氛中的构想实现量产是极其困难的。
即使如何缩小模和冲头的空隙，也不可能将3μm的微粉末封闭，每当压缩微粉末时被弹出的微粉末会在模具周围飞散。有起火、爆炸的危险。虽然可以用自动集尘机进行收集，但需要进行定期的扫除。在具有世界上最先进技术的磁体生产厂家中，用于量产的RFeB烧结磁体的结晶粒径，即用激光式粉末粒度分布测定装置进行测量时的粒径中央值D50为4.5～6μm。可知D50的测量值与显微镜的实测值的大小接近。R2Fe14B金属间化合物的单磁区粒子直径更小(0.2～0.5μm)。因此，即使在烧结磁体的情况，可以预计结晶粒子直径更小的一方具有高矫顽力。然而实际上如特开昭59-163802号第三图中所明示，粒子径变小时矫顽力急剧降低。这表明在操作微粉的现有工序中没能避免氧化。包含化学性质活泼的稀土类元素的RFeB合金粉末非常容易氧化，放置在大气中有起火的可能。粉末粒径越小起火的危险越大。即使不起火也容易氧化，在烧结磁体中作为非磁性的氧化物存在，成为磁特性降低的原因。但在原有的方法中，在成形工艺和将成形体搬入烧结炉的工艺中，很难避免微粉暴露在大气中。上述的世界最先进的生产厂家的微粉碎粉末的粒径D50为4.5～6μm左右，如果比这还细小的话，即使是成形体也容易发生氧化。虽然尝试预先在微粉末中添加油或液体润滑剂，使之具有防止老化的相乘效应，但大量添加润滑剂等会减弱压粉体的强度，或者使碳等残留后降低磁特性。即，用现有的冲压法实际上不能处理D50＝4μm以下的微粉。
如上所述，RFeB系烧结磁体的制造方法及制造装置的第一课题就是难以将生产线完全封闭。已知在RFeB烧结磁体中，越是尽可能抑制制造工序中粉末和压粉体的氧化，或者越是缩小粉末的粒径，就越可以实现高特性化。然而，越是表面层的氧化少，粉末粒径小的粉末其活性越高，生产线必须经常充满N2等惰性气体。只要少量的气体侵入的话，粉末就会发热。因为量产生产线产生的粉末量大，小发热变为大发热，继而有引发火灾的危险。现在大部分的RFeB系各向异性烧结磁体都是通过使用冲压法或RIP法的生产线进行生产。这些生产线都被设计为在生产线的一部分充满惰性气体进行作业。这些生产线生产的RFeB系各向异性烧结磁体的氧化程度低且高特性。但是，这些低氧生产线也有发生火灾或爆炸的大事故的危险。因此，尽管已知能够进一步提高特性，但使粉末活性化至现状以上仍旧困难。难以使现状的生产线形成封闭系统的理由如下。
使用模具挤压的生产线
(1)必须包围的空间大。
(2)不向系统内充入空气难以交换大型的模具。
(3)为了提高生产效率，必须在短的作业周期时间内实施粉末填充、压缩、压粉体取出、压粉体清扫(把多余附着的粉末除去)、压粉体在台板上的排列、放置压粉体的台板的装箱、将装有压粉体的箱子装入烧结炉等一连串的工序。实际作业时，这些工序中频繁发生各种各样的故障。为了解决这些故障无论如何都需要人工，经常发生不向系统内导入空气就不能解决的情况。
使用RIP的生产线在向橡胶模高密度填充粉末、磁场取向、压缩、压粉体取出、橡胶模清扫、压粉体在台板上的排列、放置压粉体的台板的装箱、将装有压粉体的箱子装入烧结炉等一连串的工序中，缩短作业周期时间也对提高生产效率不可或缺。因此频繁发生故障。与冲压法的生产线相同，经常发生必须向系统内导入空气解决问题的情况。
在上述的2种生产线中，不能将系统形成密闭系统的第一原因在于压缩粉末后，必须将压粉体从模具或橡胶模中取出。当把压粉体从模具或橡胶模中取出时，会发生压粉体裂开、缺损、吸附多余粉末等问题。在之后的处理压粉体的工序中也会发生压粉体裂开或缺损引起的问题。由于机器人不能应对这些故障，需要人工向系统内导入空气进行处理。如此在现有的产线中，可以暂时地在密闭系统中生产RFeB系各向异性烧结磁体，但长时间的连续运转极其困难，超出现状地使用活性粉末不仅被生产现场所拒绝，实际上还是危险的。
如上所述，采用现有的冲压法和RIP法的RFeB系各向异性烧结磁体的生产方式，作为处理活性粉末的工序是不适当的，作为量产品，为了生产具有比原来更高的磁特性，特别是高矫顽力的磁体，将粉末粒径缩小，降低粉末中的氧气含量是有局限的。用激光式粒度分布测量法测量时，现有的生产方式中使用的粉末，即使是世界上最先进的生产厂家的最高水平，其生产的RFeB磁体的用D50表示的粒径分布的中央值也只到5μm为止。
RFeB系各向异性烧结磁体的生产方式的另一个课题就是平板状及弓形板状磁体的生产效率低。在RFeB系各向异性烧结磁体的全部产品中，平板状及弓形板状磁体所占的比例极高。在这些磁体中磁化方向均为垂直于板面的方向。
现有的制造平板状的磁体的一种方法是用外周刃切割机将大块状烧结体切成薄片的方法。该方法的缺点就是烧结后的昂贵烧结体的一部分变成下脚料，下脚料的比例随着制品的厚度变薄而升高。还有一个问题就是加工(切断)花费时间，工具的消耗也很大。
现有的制造平板状的磁体的另一种方法是通过模具冲压法在磁场中逐片制作压粉体，将各片分别烧结的方法。该方法的缺点在于平板状磁体成形时必须采用平行磁场挤压法。根据平行磁场挤压法，压缩时粉末的取向紊乱，烧结制成的磁体的最大能积比垂直磁场挤压品低10MGOe左右。再者单片挤压烧结平板状磁体的方法生产效率低。虽然可以适用多个模腔制成多个压粉体进行烧结的多片挤压法，但施加的压力有限，一次能够成形的压粉体的个数在2～4个左右，没有太大的改善。
用现有的方法生产弓形板磁体时采用普通平行磁场挤压法。该方法与制作上述的平板状磁体时产生的问题相同。即，由于烧结后的磁体的取向性低，导致磁体的最大能积低，以及即使采用单片成形的方法、或者用多个模腔挤压的多片成形法，从成形到烧结的工序的生产效率低。
用现有的方法生产弓形板状磁体时，当采用垂直磁场挤压法时可以提高烧结后的磁体的最大能积。但即使在这种场合，也会留下生产效率低的缺点。另外，还存在弓形板状的压粉体不能太高的问题。
另一个现有的生产方式的缺点就是不能生产圆形或者具有不规则形状截面的长的烧结体。使用模具冲压法中的平行磁场挤压方式时，存在能够成形的压粉体的长度(高度)受到限制，磁体的最大能积低的问题。用垂直磁场挤压方式制造长物时，能够成形的压粉体的截面形状受到制约，不能进行近净成形。
再者，现有的生产方式中，还可以举出难以生产具有高特性的扁平环状磁体的缺点。扁平环状磁体在圆版面上垂直方向上磁化后使用。制作扁平环状磁体采用的是平行磁场挤压法，但在这种方式中，只能生产最大能积比通过垂直磁场挤压法制作的磁体低将近10MGOe的磁体。RIP法作为扁平环状磁体的生产方式可以获得高特性化，但由于成形时形状的畸变等问题，现在不再采用RIP法生产扁平环状磁体。
现有的方法的另一个问题就是不能通过烧结同样小尺寸的压粉体直接制作1mm或以下厚度的薄板状磁体，和截面的一边或直径在1mm以下的不规则截面长的烧结磁体。因为不仅用冲压法或RIP法制作小尺寸的压粉体非常困难，而且制成压粉体后，将小尺寸的压粉体摆放在台板上装箱，以及装入烧结炉时很难使之不发生破损。已知金属注射成形(metalinjection molding，MIM)法是一个可能的方法，但存在碳杂质残留等问题，因此不太应用于RFeB各向异性烧结磁体的生产。
发明内容
本发明的目的在于，在磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法及制造装置中，解决现在的、包含冲压法及RIP法在内的烧结磁体制造法及制造装置存在的根本问题，提供一种相对现在具有最大能积高和矫顽力高的RFeB类烧结磁体；使平板状磁体和弓形板状磁体的生产效率得到提高；提供制作高取向度的环形磁体的方法，同时提供具有圆形或异形截面的长尺品烧结体及制作1mm以下小尺寸烧结体的方法。
为了解决上述课题而产生的本发明的高密度、高取向度磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法的第一形态的特征在于，包括a)将合金粉末高密度地填充到具有对应制品形状的型腔的容器(以下称为模具)中的工序，b)向所述合金粉末施加高磁场，使合金粉末取向的工序，c)将所述合金粉末装入模具，使该合金粉末释放的气体成分能够排出到模具外的状态下进行加热烧结的工序，d)将所述合金粉末的烧结体从所述模具中取出的工序。
在此，优选考虑到要求的制品形状和尺寸以及烧结时的收缩等对型腔进行设计。所谓高密度、高取向度烧结体是指密度为理论密度的97％以上，用最大施加磁场10T的脉冲磁化测量法测量取向度时，残留磁化Jr的饱和磁化Js之比Jr/Js在93％以上。
本发明的制造方法的第二形态的特征在于，包括
a)将合金粉末高密度地填充到模具中的工序，b)向所述合金粉末施加高磁场，使合金粉末取向的工序，c)将所述合金粉末装入模具，使该合金粉末释放的气体成分能够排出到模具外的状态下进行加热，制作该合金粉末的预烧结体的工序，d)将所述预烧结体从所述模具中取出，或去除所述模具的一部分后，将所述预烧结体加热到比该预烧结温度高的高温的烧结工序，e)将所述预烧结体进行烧结后形成的烧结体，从所述模具的残部取出的工序。
本发明的制造方法的第三形态的特征在于，在第一或第二形态中，合金粉末向模具的填充密度为该合金的真密度的35～60％。
通常根据仅将合金粉末落入型腔内的粉末填充法，粉末的填充密度为理论密度的20％左右。在本发明的方法中优选进行35％以上的高密度填充。在35％以下时，烧结后的烧结体密度低，在烧结体中会形成大的蜂窝，不能成为实用的烧结磁体。当填充密度过高，在60％以上时合金粉末的磁场取向变得困难。
本发明的制造方法的第四形态的特征在于，所述填充密度为真密度的40～55％。
给予比第三形态更优选的范围。
本发明的制造方法的第五形态的特征在于，在第一～第四的任何一形态中，取向磁场为2T以上。
为了使烧结磁体的取向度Jr/Js为93％以上，取向磁场最少在2T以上。
本发明的制造方法的第六形态的特征在于，在第五形态中取向磁场在3T以上。给予更优选的取向磁场范围。
本发明的制造方法的第七形态的特征在于，在第六形态中，取向磁场在5T以上。这是给予更优选的取向磁场范围。
本发明的制造方法的第八形态的特征在于，在第五～第七的任何一形态中，取向磁场为脉冲磁场。
本发明的制造方法的第九形态的特征在于，在第八形态中，取向磁场为交变磁场。
本发明的制造方法的第十形态的特征在于，在第五～第九的任何一形态中，多次施加取向磁场。
本发明的制造方法的第十一形态的特征在于，在第十形态中，取向磁场为直流磁场和交变磁场的组合。
本发明的制造方法的第十二形态的特征在于，在第一～第十一的任何一形态中，合金粉末中添加有润滑剂。
本发明的制造方法的第十三形态的特征在于，在第十二形态中，润滑剂为固体润滑剂或液体润滑剂或其双方。
本发明的制造方法的第十四形态的特征在于，在第十三形态中，液体润滑剂以脂肪酸酯或解聚聚合物为主要成分。
第六～第十四的形态为用于提高取向度的方法。
本发明的制造方法的第十五形态的特征在于，在第一～第十四的任何一形态中，合金粉末的粒径为4μm以下。
本发明的制造方法的第十六形态的特征在于，在第十五形态中，合金粉末的粒径为3μm以下。由此，可以生产比第十五形态更具高特性的磁体。
本发明的制造方法的第十七形态的特征在于，在第十六形态中，合金粉末的粒径为2μm以下。由此，可以生产比第十六形态更具高特性的磁体。
本发明的制造方法的第十八形态的特征在于，在第十七形态中，合金粉末的粒径为1μm以下。由此，可以生产比第十七形态更具高特性的磁体。
本发明的制造方法的第十九形态的特征在于，在第十六～第十八的任何一形态中，合金粉末的粒径为3μm以下且烧结温度为1030℃以下。
由此可以实现RFeB烧结磁体的高特性化，同时可以大幅延长模具的寿命。
本发明的制造方法的第二十形态的特征在于，在第十九形态中，合金粉末的粒径为2μm以下且烧结温度为1010℃以下。由此RFeB烧结磁体的高特性化比第十九形态进一步提高，模具的寿命也进一步延长。
本发明的制造方法的第二十一形态的特征在于，在第一～第二十的任何一形态中，多次使用模具的一部分或者全部。
这是工业化实施本发明时，为了提高生产效率所必需的。
本发明的制造方法的第二十二形态的特征在于，在第一～第二十一的任何一形态中，模具具有多个型腔。
本发明的制造方法的第二十三形态的特征在于，在第一～第二十二的任何一形态中，型腔为柱状。
其为通过净成形制作具有圆形截面或异型截面的长物品的方法。
本发明的制造方法的第二十四形态的特征在于，在第一～第二十三的任何一形态中，在筒状的型腔的中心配置有柱状的抽芯。
本发明的制造方法的第二十五形态的特征在于，在第二十四形态中，将合金粉末填充到型腔中，施加磁场取向后，将模具中的抽芯拔出，或者将模具中的抽芯换成细的进行烧结。
在第二十四及二十五的形态中，可以生产现有的方法不可能制造的、具有与垂直磁场中挤压品相当的高特性的、筒形环状的磁体。
本发明的制造方法的第二十六形态的特征在于，在第二十三～第二十五的任何一形态中，向型腔的主轴向施加磁场对合金粉末进行取向。
本发明的制造方法的第二十七形态的特征在于，在第二十六形态中，以强磁体作为与所述主轴向的型腔两端的盖和底部接触部分的材质。
第二十六及二十七的形态，提供为了获得歪曲尽量少的柱状或筒状的烧结体的方法。
本发明的制造方法的第二十八形态的特征在于，在第二十二形态中，型腔为平板状。这样给予平板状磁体的高生产性生产方法。
本发明的制造方法的第二十九形态的特征在于，在第二十二形态中，型腔为弓形板状。这样给予弓形板状磁体的高生产性生产方法。
本发明的制造方法的第三十形态的特征在于，在第二十八或二十九形态中，向垂直于型腔的平板面或弓形板面的方向施加磁场，对合金粉末进行取向。
本发明的制造方法的第三十一形态的特征在于，在第三十形态中，形成型腔的平板面或弓形板面的部分的材质为非磁体或具有1.5T以下的饱和磁化的材料。
本发明的制造方法的第三十二形态的特征在于，在第三十一形态中，所述饱和磁化在1.3T以下。
第三十～第三十二的形态在制造平板状或弓形板状磁体时，提供为了获得无蜂窝、高密度的烧结体的方法。
本发明的制造方法的第三十三形态的特征在于，在第二十二～第三十二的任何一形态中，在模具上配置有多个型腔，这些型腔排列为2列以上。
本发明的制造方法的第三十四形态的特征在于，在第一～第三十三的任何一形态中，在模具的部位中构成与合金粉末的磁场取向方向平行的壁的部位的一部分或全部为强磁体。
本发明的制造方法的第三十五形态的特征在于，在第一～第三十四的任何一形态中，在型腔的内壁上施加了防止烧粘的涂敷。
本发明的制造方法的第三十六形态的特征在于，在第一～第三十五的任何一形态中，通过利用机械振动的机械攻丝(Tapping)法、用压棒压入的推进法或者用气流冲击的空气旋塞法，或者并用这些方法将合金粉末强制填充到模具中。
本发明的制造方法的第三十七形态的特征在于，在第一～第三十六的任何一形态中，将通过液体急冷法获得的合金粉碎后得到的微粉作为合金粉末使用。
本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置的第一形态的特征在于，具备a)将合金微粉碎的合金粉末高密度填充到模具中的合金粉末填充机构，b)在磁场中对合金粉末进行取向的磁场中取向机构，c)保持该模具的状态对合金粉末进行烧结的烧结机构，d)将模具按照合金粉末供给机构、磁场中取向机构、烧结机构的顺序进行搬运的搬运机构，e)收容合金粉末填充机构、磁场中取向机构、烧结机构及搬运机构的容器，f)使所述容器内部成为惰性气体气氛或真空的气氛调整机构。
本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置的第二形态的特征在于，具备
a)将合金微粉碎后的合金粉末高密度填充到模具中的合金粉末填充机构，b)在磁场中对合金粉末进行取向的磁场中取向机构，c)保持该模具的状态到合金粉末的形状固定为止进行预烧结的预烧结机构，d)对预烧结后的合金粉末进行烧结的烧结机构，e)将模具按照合金粉末供给机构、磁场中取向机构、预烧结机构、烧结机构的顺序进行搬运的搬运机构，f)收容合金粉末填充机构、磁场中取向机构、预备烧结机构、烧结机构及搬运机构的容器，g)使所述容器内部成为惰性气体气氛或真空的气氛调整机构。
这是用于提高实施本发明的装置的安全性的机构。
本发明的制造装置的第三形态的其特征在于，具备收容所述容器的外部容器。这是为了提供进一步提高实施本发明的装置安全性的机构。
根据本发明，在磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法中，向具有型腔的模具填充微粉末，从外部施加磁场对粉末进行取向后，就这样进行烧结。此时型腔的形状和尺寸对应希望的制品的形状和尺寸进行设计。设计时最好考虑到烧结时的收缩。
本发明的制造方法适用于RCo(稀土类钴)磁体和RFeB(稀土类、铁、硼)磁体的制造。
根据本发明，将微粉末密封到模具中后，施加磁场，就这样进入烧结工序。不会发生微粉的飞散，即使是稀土类磁体的微粉也可以安全地进行处理。
根据本发明，从填充微粉末、施加磁场、搬入到烧结炉为止的全部工艺，都在氩和氮等惰性气体气氛或真空中进行。稀土类磁体受氧等杂质的影响。不管是RFeB磁体还是SmCo磁体，需要事先估计到被氧化的稀土类的量，从其化学计量组成也可以在富稀土类一侧选择组成。但非磁性相也相应增多相同的量，磁特性降低。将本发明的工艺使用到RFeB磁体、SmCo磁体时，因为在微粉末的状态下没有与大气中的氧气发生接触的机会，所以可以减低烧结体中的氧。这种情况下，由于没有必要事先估计被氧化的稀土类的量，所以可以将稀土类(Nd、Sm)的量减少到极限，能够获得高的磁特性。同时因为无需压缩工艺，所以可以维持高取向，实现高Br/高能积。
在本发明中，烧结(第一形态的情况)或预烧结(第二形态的情况)，在可以将从合金粉末释放的气体排出模具外的状态下进行。因此，需要在模具上形成烧结时或预烧结时脱气用的开口部、细孔、细隙或槽等。可以从最初就形成这些脱气用开口部等，也可以在填充合金粉末及磁场中取向的工序之后形成。
粉末中有时会吸留大量的、氢爆碎时吸收到合金中的氢，另外，肯定存在氮气、水分等吸附气体成分。此外，混合在微粉中的润滑剂或粘合剂的一部分或全部在高温下气化。在烧结或预烧结时需要将这些气体成分排到模具的外部。如果这些气体被密封在模具中，会导致烧结时的烧结体密度不能提高、烧结体与这些气体发生反应后被污染等情况，对磁特性造成不良影响。可以预先在模具上开设排放气体成分的细隙和细孔，也可以在向模具填充合金粉末、合上盖、进行磁场取向之后，除去模具外壁的一部分或抽芯(第二十四或第二十五形态)形成开口部。另外，上述的细隙和细孔也可以是自然形成的间隙，例如像型腔和其盖之间的接缝。
根据本发明，将微粉末填充到具有由尺寸、形状预先定好的型腔的模具中，从外部施加磁场对粉末进行取向后，就可以进行烧结或预烧结。
磁体合金微粉末被高密度填充到模具内。高密度填充的程度高于现有的冲压法中的填充程度，也比现有的冲压法和CIP法、RIP法中压缩成形体的相对密度低。在现有的方法中，为了处理压粉体需要牢固的压粉体强度，但本发明中不存在压粉体处理的工序，所以无需压缩。
必须在充分的高密度下均匀地将合金粉末填充到模具中。不然会导致烧结体的密度降低，脉冲磁场取向时粉末产生偏移，在烧结体中形成蜂窝。
本发明的稀土类磁体优选是RFeB磁体。
RFeB磁体以原子百分比计，R(R是含有Y的稀土类元素中的至少一种)12～20％、B4～20％、余量实质上由铁组成。
为了改善磁体的温度特性和耐腐蚀性和微粉的稳定性，也可以将Fe低于50％置换为Co。
为了改善矫顽力、烧结性和其它的制造性能，也可以添加Ti、Ni、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Al、Sn、Zr、Hf、Ga等。也可以复合添加这些添加元素，但在任何一种情况下总量优选在6原子％以下。尤其优选为Cu、Al、V、Mo。
RFeB磁体的情况，烧结在900～1200℃之间进行。
本发明的稀土类磁体的制造方法也可以适用于稀土类钴磁体(RCo磁体)。
在RCo磁体中，1-5型磁体的组成范围用RTx表示(R为Sm或Sm和La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd中的1种或2种以上的组合，T为Co或者Co和Mn、Fe、Cu、Ni中的1种或2种以上的组合，3.6＜x＜7.5)，其烧结温度为1050～1200℃。
2-17型磁体的组成范围为R(R为Sm或包含50重量％以上的Sm的2种以上的稀土类元素)20～30重量％；Fe10～45重量％；Cu1～10重量％；Zr、Nb、Hf、V的1种以上0.5～5重量％；余量Co及不可避免的杂质，烧结温度为1050～1250℃。
不管是1-5型还是2-17型的情况，烧结时可以通过在900℃以下施加热处理来提高矫顽力。
为了获得磁特性高的磁体，提高烧结密度，同时如上所述优选在不引起微粒成长的情况下进行烧结而提高矫顽力。可以充分地提高烧结密度，而且可以将不引起微粒成长的烧结温度定义为最佳烧结温度。最佳烧结温度因磁体的组成及粉末粒度、烧结时间等不同。
在本发明中进行预烧结直到粉末的一部分连接后形状能够保存的状态为止。为此，预烧结温度可以设在500℃以上。另一方面，考虑到模具的寿命，为了防止烧结物体和模具的烧粘，可以将预烧结的温度设在比最佳烧结温度低30℃的温度。在最佳烧结温度下，由于填充的粉末的反应效率变高，与模具产生烧粘的倾向变强。
在RFeB磁体和RCo磁体中，包含有比金属间化合物的化学计量组成(R2Fe14B和RCo5)更多的稀土类元素。这些与其它构成元素之间生成低熔点的合金，引起液相烧结。在液相烧结的作用下，模具内填充的合金粉末从填充状态收缩成高密度的烧结体。当向在筒状的型腔中心配置有柱状抽芯的筒形环状的模具中填充粉末后进行烧结时，在模具的抽芯收缩被阻止，在烧结体的内径部分上产生裂纹。这种情况下可以通过预烧结后去除抽芯，或者将预烧结体转移到烧结用的容器中，或者将粉末填充到模具中进行磁场取向后，在开始用于预烧结或烧结的加热之前将抽芯除去，或者替换成更细的抽芯进行烧结等制成没有裂纹的烧结体。
本发明的特征之一就是烧结后，使用具有为了获得希望形状和尺寸的烧结磁体而设计好的型腔的模具，该模具可以反复使用。如果考虑到稀土类烧结磁体的1种商品多是进行100万个单位的生产，这也是作为工业技术所必需的条件。本发明的发明人员对提出的技术进行了实证，即满足一定的条件时反复使用模具在工业生产上是可能的。
在本发明中，为了进一步提高生产效率，提出使用具有多个型腔的模具。与现有的冲压法和RIP法相比具有压倒性优点的是1个模具能够制备的平板状磁体和弓形板状磁体的数量在数倍之上，如此制成的磁体的特性中，每片磁体的偏差很少，极其均匀。这是因为在本发明中使用了非常长的空心线圈。例如使用比特线圈，将线圈长度设为20cm时，可以用1个模具制成30个典型的平板状或弓形板状的稀土类烧结磁体。因为线圈中的磁场均一，所以如此制成的平板状或弓形板状的稀土类烧结磁体的每个磁体片的磁特性均匀、根本没有偏差。使用比特线圈，是因为这种线圈作为反复产生高磁场的线圈，比通常的卷线型线圈寿命要长。
将本发明作为工业技术应用，重要的是选择构成模具的材料。例如，作为平板状磁体用的模具，如果使用铁制的模具，当施加脉冲磁场时，模具内的合金粉末被压向平板的外周部，就这样进行烧结的话，会制成在平板的中央形成大蜂窝的烧结体。这个蜂窝以外的部分变成高密度、高取向的烧结体。这样的磁体作为工业材料当然是不合格的。选择合适的模具材质，即通过在形成型腔的平板面或弓形板面的部分上采用非磁体材料，或者采用饱和磁化低，在1.5T以下，优选为1.3T以下的材料，可以解决这样的问题。
另外，在模具部位中，用强磁体材料形成构成与合金粉末的磁场取向方向平行的壁的部位的一部分或全部时，磁场取向后的合金粉末的取向作为磁回路被固定后达到稳定。因此，磁场取向后操作模具时，即使向模具施加一定的冲击力，也不会引起取向的紊乱，所以可以使生产装置的高速化、生产的稳定化成为可能。同样在型腔为柱状或筒形环状的情况下，与主轴向(深度方向)的型腔两端的盖及底部接触的部分优选采用强磁体。如此可以使磁场取向后的合金粉末的取向保持稳定。
为了使模具能够反复使用，可以涂敷防止合金粉末烧粘在模具上的涂层。BN(一氮化硼)可以作为有效防止烧粘的涂层。作为涂敷BN的方法，即使是机械涂敷BN粉末也可以在一定程度上起到防止烧粘的作用，为了更完全地防止烧粘，优选使BN粉末更牢固地粘贴在模具上。使用树脂作为粘贴用的粘合剂时，每次烧结时都要实施涂敷。当使用金属或玻璃作为粘合剂，在模具内面上烧粘BN时，可以形成能够多次使用的涂层。另外，用溅射法、离子电镀法、CVD法形成的TiN、TiC、TiB2等各种氮化物、碳化物、硼化物、或氧化铝等氧化物组成的薄膜涂层，具有耐久性，作为表面平整、能够多次使用的防止烧粘的涂层非常有效。
世界最高水平的钕磁体烧结体的结晶粒径的大小为5～15μm，烧结前的微粉的粒径用D50表示为4.5～6μm。这里的D50是指激光式粒度分布测量器(例如新帕泰克公司制、HORIBA制作所制)测量的粒度分布的中央值。根据以前使用过的空气透过式粒度分布测量器(Fisher公司制造的Sub-sieve-sizerF.S.S.S)的测量值，3μm的微粒的粒径，用D50表示的话约为4.5～5μm。在稀土类元素占30重量％以上的稀土类磁体合金组成中，现有的冲压法难以处理D50为4.5μm(用F.S.S.S.测量为3μm)以下的微粉末。在本发明中，微粉末在氮等惰性气体气氛中被填充到模具内，通过磁场进行取向后被搬入到烧结炉中，没有和空气接触的工序，因此即使是微粉在处理时也不会发生任何危险。
处理大量含有化学性质活泼的稀土类元素的RFeB磁体合金微粉时，现有的冲压法、CIP或RIP的制造工艺是不适合的。没有被氧化的4μm以下的小粒径的RFeB合金粉末暴露在大气中时，有着火、爆炸的危险，不能进行稳定的生产。即使制造过程中没有着火，由于微粉的表面积大而氧量增加，导致磁特性降低。因为现有的方法不能避免这些影响，所以4μm以下的微粉没能实现大量的工业生产。
通过本发明使用D50的值小于4μm的合金粉末制造烧结磁体，可以获得高取向、高能积、高矫顽力的钕烧结磁体。
根据本发明，不使用高价稀少的Dy和Tb、或微量使用就能够稳定地量产用于混合动力汽车和工业用电机的具有高矫顽力的RfeB磁体。
本发明的一个特征就是像冲压法和CIP、RIP那样对粉末进行取向后不进行加压成形。在模具内被取向的粉末，不会像现有的方法那样施加压力后使取向发生紊乱，可以在维持高取向的状态下进行烧结。高取向度可以实现高残留磁通量(Br)和高的最大能积((BH)max)。
在现有的方法中，没有办法处理D50值为3μm以下或2μm以下的含稀土类磁体粉末，也没有办法处理为了进一步提高矫顽力，D50在1μm以下的含稀土类磁体粉末。根据本发明，可以在完全的惰性气体气氛中进行从微粉制作后到烧结为止的工艺处理，即使是D50值0.5μm以下的含稀土类磁体粉末也可以进行加工。
磁体合金粉末可以通过将在熔解炉将配合组成熔解后制成的铸锭，或者熔液急冷法(Strip Casting)获得的铸片粉碎后制成。为了得到数μm的微粉末，一般多采用分开进行粗粉碎和微粉碎。粗粉碎包括机械粉碎和在氢中吸留氢进行粉碎的方法(氢爆碎法)，因为氢爆碎法的生产效率优异，因此大多采用这种方法。作为微粉碎一般采用球磨机和湿式粉碎搅拌的方法，或者用氮等气流进行的气流粉碎法。在本发明中，以使用数μm以下的微粉为特征，但并不限定获得微粉的方法，也可以使用上述以外的方法。
本发明中的模具中的粉末的填充密度，优选设为真密度的35％～60％，更优选为40％～55％之间。
在现有的方法(冲压法、CIP、RIP)中，后工序相连的处理中需要牢固的压粉体。因此为了获得足够的磁特性需要施加更强的压力。本发明中不存在压粉体的处理工序，所以没有必要考虑现有方法中的压粉体强度的问题。
粉体填充优选使用利用机械振动的机械攻丝法、用推压棒将粉末推进模具内的推进法或者空气旋塞法(特开2000-96104号)。微米单位的磁体粉末容易凝集，填充到模具中时容易形成桥，难以进行均匀的填充。通过机械攻丝法和推进法，机械性地破坏桥进行高密度填充。或者通过空气旋塞法，周期性地向粉末进料器内的粉末施加空气冲击，可以将粉末高密度地、定量均匀地填充到模具中。
在特开2000-96104号公报中，记述有用空气旋塞法将预先添加了粘合剂的粉末填充到模具内，通过加热等方法使粘合剂固化后连接成粉体而获得成形体，然后进行烧结的方法。但是，这个发明不是关于磁体的方法，不存在磁场进行的取向、也没有模具状态下进行烧结(或者预烧结)的构思。在本发明中获得粉末成形体无需使用粘合剂，也无需对用粘合剂加固的粉末成形体进行处理。
用于粉末取向的外部磁场发生源优选是脉冲磁场。将填充了粉末的模具放置在空心线圈内施加脉冲磁场。冲压法中使用的电磁体的静磁场方式所产生的磁场最高为1.5T，与此相对，脉冲磁场方式可以施加更高的磁场。本发明中的脉冲磁场的大小在2T以上，更优选在3T以上，最优选在5T以上。另外，用于对粉末进行取向的脉冲磁场，相对于仅施加1次的直流脉冲，优选采用预先施加交替衰减式的波形磁场，随后施加直流脉冲磁场的方法。
在特许3307418号中，证实了制造RFeB磁体时，通过施加1.5～5T的磁场，磁特性得到提高。但是，向现有的冲压机施加脉冲磁场时，模具中产生涡流损耗和磁滞损耗而不能连续使用。另外，因为向模具施加脉冲磁场的冲击力，模具有破损的可能。
本发明中的粉末取向磁场，也可以是通过超导线圈等获得的强磁场。
具有优良磁特性的稀土类烧结磁体，需要具有致密均匀的细微组织。为了获得这样的烧结体，提出了带铸法，以获得细微致密的合金铸锭(特许第2665590等)。在现有的RFeB磁体的制造方法中，使用的合金薄带的厚度为300μm左右，本发明的方法中合金薄带的厚度优选在250μm以下。再者为了获得具有D50＝3μm以下的粉末粒径的微粉，薄带的厚度优选在200μm或200μm以下。为了获得D50＝2μm以下的粉末，薄带的厚度优选在150μm以下。如此通过使用合适厚度的合金薄带获得微粉，可以使最终获得的钕烧结磁体具有最大的矫顽力。
在本发明中，从粉碎机中取出微粉末到搬入到烧结炉中的所有工序都是在惰性气体气氛中进行的。放置在贮料器中的微粉末，通过机械攻丝和空气旋塞等高密度填充方法，被填充到设置在惰性气体气氛中的模具中，盖上盖后，移动到设置磁场中取向机构的场所。在脉冲磁场等磁场中取向的作用下，模具中的粉末被取向，就这样搬运到烧结炉的入口处。
将预先添加了液体润滑剂的微粉末填充到模具中，可以使磁场中取向变得容易而提高取向度，因此是一种优选方法。
一般情况下固体润滑剂的蒸汽压低而沸点高，但液体润滑剂蒸汽压高而沸点低。考虑到容易遍布到微粉末的全体中，易于脱脂等问题。最好使用液体润滑剂。
作为液体润滑剂已知的是采用己酸甲酯或同时使用辛酸甲脂和饱和脂肪酸(特开2000-109903号)。但冲压法中使用这些润滑剂时，只能使用相对于磁体粉末为0.05～0.5重量％的极少量的润滑剂。这些润滑剂具有易挥发、不残留于烧结体的特性，但对冲压机强力压缩成形的压粉体进行烧结时，很难将封闭在压粉体内部的润滑剂成分也去除掉，因为在高温下润滑剂成分和磁体成分反应后有降低磁特性的可能。
在本发明中，模具内的粉末没有被压缩，润滑剂成分气化后容易被除去。所以本发明中使用的液体润滑剂的量优选多。但是太多时有可能导致不能进行高密度填充。因此优选的液体润滑剂的添加量为0.1～1％。
本发明的液体润滑剂，只要具有润滑性且易挥发即可，可以使用辛酸甲酯、葵酸甲酯、辛酸甲脂、十二烷酸甲酯、十四烷酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯等。硬脂酸锌等室温下为固体的润滑剂，与液体润滑剂相比，具有难以均匀涂敷在粉体粒子表面的缺点。但是如果使用被称作SuperMixer(KALITA公司制造)的搅拌机那样的装置仔细地将固体润滑剂涂敷在粉体粒子表面，可以最大效果地发挥固体润滑剂的润滑效果。用这种方法添加了固体润滑剂的粉末，与添加了液体润滑剂的粉末相比，具有不易发生因压缩引起的固化现象的特点。将这种粉末用于本发明的稀土类磁体制造方法中时，在脉冲取向时粉末被压向外周部而固定，通过其后的烧结，可以防止在烧结体的中央部形成蜂窝。
本发明是在RFeB磁体和RCo磁体等稀土类磁体的磁各向异性烧结磁体的制造方法中，作为用于解决原有方法的问题点和矛盾点的方法而被发现的。即，根据本发明无需冲压机等大型的成形装置，也无需制作用于处理的牢固的压粉体，所以取向不会发生紊乱，可以获得净成形形状的磁各向异性烧结磁体。可以通过空心线圈施加强的脉冲磁场，还可以使包含稀土类元素的化学性质活泼的微粉不与大气接触而进行处理，所以可以处理含氧量少且粒度小的粉末，即使不使用Tb和Dy也可以获得高矫顽力的稀土类磁体。另外，可以极高效地生产作为稀土类磁体制品被最多生产的形状的薄板状和弓形板状高性能磁体。
图1是本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法中使用的单穴模的示例立体图。
图2是本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法中使用的多穴模的示例立体图。
图3是本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法中使用的多穴模示例的立体图。
图4是用于表示本实施例的模具的盖的立体图。
图5是本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置的一例的概略构成图。
图6是本发明的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置的一例的概略构成图。
图7是本实施例中制作的圆板状NdFeB烧结磁体及制作时使用的模具照片。
图8是本实施例中制作的筒形环状NdFeB烧结磁体(磁场取向方向为与轴平行的方向)及制作时使用的模具照片。
符号说明40…隔壁41…称量、填充部42…高密度化部43…磁场取向部44…烧结炉45…传送带
46…模具47…贮料器48…导板49…盖50…压缸51…压棒52…攻丝(tapping)装置53…支架54…线圈55…外侧隔壁具体实施方式
[模具]模具的材质优选能够承受烧结温度(～1100℃)的高温。在预先对模具进行升温的过程中，粒子产生轻度的结合，被烧结物成为能够自己保持形态的状态。在该预烧结状态下，可以去除模具的一部分或者全部，将预烧结体转移到其它的模具或台板。预烧结的温度优选在从500℃到比烧结温度低30℃的温度范围之间，预烧结时使用的模具的材质只要能够承受这样的温度即可。
模具的材质中，可以使用铁、铁合金、不锈钢、坡莫合金、耐热钢、耐热合金、超合金，以及钼、钨或者其合金，还有就是铁氧体和氧化铝等的陶瓷等。
为了避免烧结时烧结体和模具内壁的熔敷，预先在模具内壁上涂敷BN等脱模剂也是有效的。通过向模具内壁上涂敷BN，或者用熔射法将Mo和W等高熔点金属等喷在内壁上成膜，对于防止烧结时烧结体附着在模具内壁上或者附着引起的烧结体的变形和裂纹，生产优良品质的烧结磁体来说是有效的。通过溅射、CVD或离子镀覆在不锈钢等模具表面上形成TiN、TiC、TiB、Al2O3、ZrO2等的薄膜，可以形成具有耐久性的熔敷防止涂层。
在本发明中填充方法非常重要。不能造粒的永磁体合金粉末因为具有磁体的性质而容易凝集，形成桥而难以在模具中进行定量填充。在本发明采用的强制填充中，可以使用机械攻丝法、推压法、以及本件发明的发明者们开发出的空气旋塞法(特开2000-96104号)。
填充密度优选为合金的真密度的35％～60％。35％以下时，在烧结体中形成大的蜂窝，或者烧结体全体变成低密度且多孔质，不能获得实用的永磁体。为了获得实用性的、高品质的永磁体，填充密度必须在35％以上。当填充密度超过60％时，磁场取向不能获得充分的取向。为了获得取向充分、无蜂窝和裂纹、高密度的烧结体，更优选的填充密度范围是40％～55％。
如图1所示，作为模具可以采用对应各种形状的单穴模。另外，为了提高效率也可以使用图2或图3中所示的多穴模。各个型腔的隔板，可以是可拆卸的薄隔板(例如图2(3)的隔板21)。另外，图2(1)、(2)、(4)、(5)的模具，通过钻头或立铣刀进行的切削加工或放电加工等，在纯净的材料上直接形成期望形状的型腔而制成的。预先准备好从收缩率倒算出的、具有指定形状型腔的模具，按照规定的强制填充进行的话，就可以得到均质的指定形状的烧结体。
通过图1(3)或(4)中的模具制造的开孔筒形环状磁体，在现有的冲压法中，只能用平行磁场冲压法进行制造。由于平行磁场冲压法制成的烧结磁体的磁特性低，因此市场期望开发出具有与垂直磁场冲压法制成的烧结磁体相等或更高的磁特性的筒形环状磁体的制造方法。尝试了在橡胶模的中心设置金属棒(抽芯)，施加脉冲磁场后用CIP或RIP进行压缩的方法，但净成形性差，生产效率低。在本发明的制造方法中，将微粉末装入模具进行脉冲取向后，直接烧结即可。由于在内径部分产生收缩，在通过预烧结保持形状的阶段，将预烧结体从图1(3)或(4)的模具中取出，转移到别的烧结用模具中，或去除抽芯后进行烧结。或者也可以在磁场取向后、进行加热前去除抽芯，或替换成细的抽芯进行烧结。如此可以制造出具有与垂直磁场冲压法制成的烧结磁体相当或更高的磁特性的筒形环状磁体。另外，在图1(3)或(4)中，以模具的型腔为圆筒状的情况为例，但型腔也可以是六角柱状等其它的形状。还有，抽芯也不局限于圆柱状，也可以是六角柱状等其它的形状。
图1(2)所示为制造大型块状的烧结磁体用的模具的例子。在现有的模具冲压法中，因为冲压的极限和均匀磁场领域的极限而难以制造的大型的磁体，通过本发明可以容易地制成。
图2(3)所示为用薄隔板隔开的平板磁体用模具。通过使用此模具可以制造多个磁体。
图2(4)所示为电机等使用的弓形板状磁体用模具。现有的模具冲压法难以制作的形状，本发明也可以容易地制成。与图2(3)相同，隔板部分为可拆卸。
图2(5)所示为用于制造具有扇形界面的柱状磁体的模具。将制成的扇形界面柱状磁体按指定的厚度切断后获得的磁体被用于音圈电机等。
图3所示为一次性制造比图2(1)、(3)的模具更多的平板磁体的模具例。在本发明的制造方法中，由于无须使用模具冲压机，所以能够排列配置2列的平板状型腔。另外，也可以排列配置3列以上的这样的型腔，还可以代替平板状型腔，排列配置2列以上的、弓形板状等其它形状的型腔(图示略)。由于在本发明中使微粉末取向时，可以使用比现有的空心部容量大的线圈，即使将这样的型腔排列2列以上，也可以将每个平板磁体等的磁体特性的偏差控制到最小。
向图1～图3所示的模具中填充微粉末，盖上盖后施加脉冲磁场对粉末进行取向。当脉冲磁场施加到粉末时，构成粉末的粒子变成一个一个的磁体，磁体的N极彼此，以及磁体的S极彼此相互排斥，粉末体积膨胀。不盖盖或盖不完整时，脉冲取向时粉末会发生飞散。
盖被设计为轻套在模具上的程度。盖和模的口的套合太紧时，型腔内成为密封状态。型腔为密封状态时，会妨碍烧结时的烧结体的高密度化，或者被润滑剂等中含有的碳成分污染后引起磁特性的降低。因此，或者调节盖和模的口的套合程度，使两者之间形成小的缝隙，或者如图4(1)、(2)所示那样形成透气用的小孔。
本发明适用于含有R(R为包含Y的稀土类元素的至少1种)及过渡元素的稀土类磁体的制造方法。
稀土类磁体的组成不做特别的限定，只要是含有稀土类元素及过渡元素的即可。本发明尤其适用于制造RFeB系烧结磁体(Fe的一部分可以用Co替换)或RCo系烧结磁体。
RFeB系稀土类烧结磁体的组成通常以含有27～38重量％的R、51～72重量％的Fe、0.5～4.5重量％的B为优选。R含有量过少时，不能在铁中析出富相而获得高矫顽力。另一方面，R含有量过多时，剩余磁通密度下降。
作为稀土类元素R，可以举出Y、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu等，特别是优选包含Nd及/或Pr。再者，用重稀土类元素镝(Dy)或铽(Tb)置换R的一部分时，可以获得高矫顽力。但是，重稀土类元素的置换量变得过得则残留磁通量密度下降，因此稀土类元素的置换量优选在6重量％以下。B含有量过少时不能获得高矫顽力，B含有量过多时不能获得高的剩余磁通密度。另外，也可以用Co置换Fe的一部分，这种情况，置换量变得太多时矫顽力会降低，所以Co量优选在30重量％以下。
再者，为了改善矫顽力和烧结性，也可以添加Al、Cu、Nd、Cr、Mn、Mg、Si、C、Sn、W、V、Zr、Ti、Mo、Ga等元素，但由于这些元素的添加量总量超过5重量％时，剩余磁通量密度会降低，所以不为优选。
在磁体合金中，除了这些元素之外，也可以含有在制造上不可避免的杂质或作为微量的添加物的碳和氧等。
具有这样的组成的磁体合金，实质上具有正方晶类的结晶构造的主相。另外，通常包含体积比为0.1～10％程度的非磁性相。
磁体粉末的制造方法不做特别的限定，但通常采用铸造母合金铸锭，将其粉碎的方法，或者将通过还原扩散法获得的合金粉末粉碎后制成。
磁体微粉末的平均粒径，RFeB磁体的情况可以是0.5～5μm。在现有方法的工序中，微粉末或压粉体被暴露在大气中，所以不能使用4μm以下的微粉末。在本发明的工序中，微粉末不暴露于空气中，所以可以使用3μm以下，甚至2μm以下的粉末。为了获得高矫顽力，烧结体的结晶粒径优选尽量接近RFeB型磁体的单磁区粒径的大小，即0.2～0.3μm。为了实现这样的烧结体的结晶粒径，微粉粒径也优选为微细粉末。
微粉的粒径使用了用Fisher公司的Sub-sieve-sizerF.S.S.S.测量的数值(例如特开昭59-163802号)。但现在一般用激光式粒度分布测量装置(例如新帕泰克公司制、崛场制作所制)获得的粒度分布的中央值D50来进行定义。可知两个方法的测量值存在1.5～2倍的差异。本申请中使用激光式粒度分布测量装置测定的D50的值。
本发明中优选的结晶粒度的大小，RFeB磁体的情况D50的值为4μm以下。为了获得高矫顽力优选为3μm以下，因为本发明的工艺在完全封闭的系统中进行，所以进一步优选为2μm以下。再者，为了接近RFeB金属间化合物的单磁区粒径大小的结晶粒径，最合适的大小为1μm以下。
RCo磁体的情况，在1-5型、2-17型的任何一种情况下，粉末粒径优选为1～5μm。
填充到模具中的粉末受到所需的磁场作用而取向。此时，磁场越强越好。在具有模具冲压法中使用的铁芯的电磁体方式中，铁芯的饱和磁化的磁场2.5T为极限。在模具冲压法中，提出使用强脉冲磁场，但由于磁滞损耗、涡流损耗引起的温度升高，和向精密冲压机施加冲击力会缩短模具的寿命，所以是不现实的。在本发明中，通过配置在连续装置内的空心线圈，向填充了粉末的模具施加脉冲磁场。另外，在本发明中，无需模具冲压法或CIP、RIP法中必须的为了处理压粉体而进行的消磁工序。
用于取向的磁场越强越好，但实际上因电源的大小、线圈的强度以及连续使用的频度而存在极限。考虑到这一点优选的磁场强度应该为2T以上，更优选为3T以上，最优选为5T以上，这种程度的磁场可以通过空心线圈获得。通过空心线圈获取脉冲磁场时，在模具冲压中线圈直径必须大于模具。由于模具远远大于装入粉末的型腔的大小，需要能够装入这样的模具中的内径大的空心线圈。与此相对，本发明的情况，空心线圈的内径只要是能够装入模具的大小即可。空心线圈中即使是同样的安匝数，线圈内径越小磁场强度越大，所以使用本发明的方法，通过减少线圈内径，可以减轻电源和线圈的负担，提高经济性。
通过脉冲磁场取向的模具内的微粉末，通常不用消磁就原样搬送到烧结前工序的脱脂工序。在本发明中，由于采用没有和氧接触机会的封闭工艺，所以烧结炉优选为连续处理炉。但是也可以将模具放入密封容器中，使该密封容器充满惰性气体后放入搬送腔，在设置在烧结炉前室的气氛腔中将模具从密封容器转移到烧结台板上。
在烧结前室中，在真空或惰性气体减压气氛中对模具进行升温。使用润滑剂的情况，在这个阶段进行脱脂。使用现有的模具冲压或CIP、RIP进行强力压粉时，不能对封闭在压粉体内的润滑剂成分进行脱脂，但在本发明中由于无需压缩粉末，粉末中的粒子表面上涂敷的润滑剂成分很容易从模具和盖的缝隙或开设在模具或盖上的排气孔蒸发。
对压粉体进行烧结时，在低于500℃的温度下粒子不产生结合，但在烧结开始温度以上的温度下，会发生收缩而引起裂纹。烧结成圆环形状时，保持模具的原样进行烧结时，内径的收缩会引起裂纹。这种情况下，在500℃以上且比烧结收缩的开始温度更低的温度下进行预烧结，粒子间轻微结合在收缩没有开始时，从模具中取出预烧结体，更换成没有抽芯的模具进行烧结即可。或者也可以仅取出抽芯进行烧结亦可。
用图5及图6对本实施例的制造装置进行说明。
如图5所示，装置整体(以下成为系统)被隔壁40所包围，其中充满着Ar或N2等惰性气体。如图5所示，系统由粉末称量填充部41、攻丝(Tapping)产生的高密度化部42、磁场取向部43以及烧结炉44构成。这些工序之间被传送带45连接，填充在模具46中的粉末通过传送带45被间歇性地传送，在各个阶段进行指定的处理。
在称量填充部41中，通过带有加振器的贮料器47向模具46供给一定量的粉末。此时，因为粉末填充密度是接近自然填充密度的低值，所以为了向模具46中装入指定量的粉末，在模具46的上部安装导板48。
在其次的高密度化部42中，在模具46的上部的粉末上面盖有盖49，如图5所示，通过压缸50的压棒51按压盖49，同时驱动模具46的下部的攻丝装置52，进行粉末的高密度化处理。攻丝装置为间断性地向模具46内的粉末施加向下的加速度(攻丝)的加振器。通过攻丝模具46内的粉末被压下到模具46的上端(导板下端)为止，或者更低的下方位置，盖49被安装在模具46的上面。之后，攻丝时的支架53和导板48被从模具46上取下，带盖模具在高密度填充粉末的状态下，通过传送带被搬送到磁场取向部。
在磁场取向部43中，填充有粉末的模具46被朝向规定的方向并放置在规定的位置(线圈的中央部)上。向设置在隔壁40外的线圈54通入大的脉冲电流，在产生的脉冲磁场作用下将模具46中的粉末向规定的方向进行取向。粉末取向后，填充粉末的模具46被搬运向烧结炉。
本系统的特点在于因为粉末被装入模具进行搬运使粉末的处理(交接和搬运)变得容易，无需进行复杂动作的机器人和手工操作(人工)，无需像模具冲压法等中使用的总压力为10t～200t的大型冲压装置，因此如图5中强调的那样，可以容易地用隔壁40将系统全体完全包围起来。在本发明中，由于粉末粒径以达到D50＝1μm～2μm为终极目标，是保障安全的重要因素。隔壁上开孔或产生裂纹时，系统整体有可能发生大爆炸。因此如图6所示，在本发明的系统中，可以采取双重的安全对策，在隔壁40的外侧设置外侧隔壁55。此时，在外侧和内侧的隔臂之间也充满惰性气体。如此，即使在任何的工序中内侧隔壁发生破损，外侧隔壁也能够起到防止外部空气的侵入，所以无需担心粉末发生燃烧或爆炸。如此可以使系统成为自动保险装置。
其次，对本实施例中进行的实验进行说明。
通过带铸法制成Nd＝31.5重量％、B＝0.97重量％、Co＝0.92重量％、Cu＝0.10重量％、Al＝0.26重量％、余量为Fe的合金。将该合金粉碎成5～10mm的片状后，通过氢爆碎和气流粉碎，获得D50＝4.9μm的微粉。在粉碎工序中将氧浓度设在0.1％以下，极力将微粉中的含氧量控制得很低。气流粉碎后，向粉末中添加0.5重量％的液体润滑剂己酸甲酯，用搅拌器混合搅拌。
将该粉末填充到内径10mm、外径12mm、长度30mm的不锈钢管中，粉末的填充密度分别为3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0g/cm3，在钢管的两端安上不锈钢盖。在与钢管的轴平行的方向上，向填充在该不锈钢管中的NdFeB磁体粉末施加脉冲磁场。脉冲磁场的强度峰值为8T，使用了交替变化方向的同时衰减的交替衰减磁场(以下称为AC脉冲)，和峰值达到8T之后不改变磁场方向而衰减的脉冲磁场(以下成为DC脉冲)的2种脉冲磁场。在本实施例中，按照AC、DC、DC的顺序，分别向填充在不锈钢管中的磁体粉末施加了峰值为8T的脉冲磁场。施加磁场后，将填充了磁体粉末的不锈钢管搬运到烧结炉，在1050℃下进行1小时的烧结。在这个实验中，向不锈钢管填充粉末、脉冲磁场取向、装入烧结炉、途中的所有搬运都是在惰性气体气氛中进行的，在磁体粉末根本不接触空气的状态下实施了从粉碎到烧结为止的工序。烧结后将烧结体从不锈钢管中取出。将粉末填充密度设为3.0g/cm3、3.2g/cm3时的烧结体中会产生很多的蜂窝状的型腔，填充密度设为3.4g/cm3时，除了和盖接触的极少一部分外烧结体中没有生成型腔。当填充密度设为3.6g/cm3以上时，烧结体的密度达到理论密度的98.7％，型腔极少或者根本没有生成型腔，证实形成了高密度、高品质的烧结体。将烧结体加工成直径7mm、高7mm的圆柱体，施加最大磁场10T的脉冲磁场进行了磁性测定。从施加磁场进行的磁性测定，求出10T中对于磁化值的剩余磁化之比，测量出烧结体中的取向度。结果填充密度＝3.6g/cm3制成的烧结体的取向度为97.0％，填充密度为3.8g/cm3时的取向度为96.0％。作为比较，通过现有的方法即模具磁场中成形法制成的烧结体的取向度为95.6％。
通过氢爆碎和气流粉碎从与实验1相同的合金制成D50＝4.9μm及D50＝2.9μm的粉末，调查了影响烧结体的形状和密度的模具的材质(饱和磁化Js)依存性。模具中粉末的填充空间的大小为直径25mm、厚度7mm的扁平圆柱状，制成了材质为铁(Js＝2.15T)、坡莫合金(Js＝1.4T、1.35T、0.73T、0.65T、0.50T)及非磁性不锈钢的模具。这些模具的壁厚全部为1mm。
将粉末填充到模腔中使填充密度达到3.8g/cm3，与实验1同样向每个模具的粉末施加AC→DC→DC(峰值磁场均为8T)的磁场对粉末进行取向，其后进行烧结。本实验也和实验1相同，使粉末在烧结体的全部工序中不和空气发生接触而得到烧结体。对D50＝4.9μm的粉末将烧结条件设为1050℃，对于D50＝2.9μm的粉末设为1020℃。烧结后将烧结体从模具中取出。结果发现烧结体的形状因模具材质的不同而变化很大。在Js最大的铁质模具制造的烧结体中在中央部形成2mm左右大小的孔，从该孔的周围脱落直径为0.5mm左右的柱状体，孔进一步变大。
作为模具的材质，即使是使用Js在1.35T以上的坡莫合金的情况，虽然没有铁质模具那么严重，但也出现了同样的倾向。另外，对于非磁性的不锈钢模具，在烧结体中央部上形成了小的蜂窝。但是此时的蜂窝几乎都是不会对实用时的各种目的产生妨碍。没有缺陷、形状良好的是使用Js＝0.5～0.73T的坡莫合金制的模具制成的烧结体。其中Js＝0.73T的坡莫合金制成的烧结体根本没有缺陷，形状最佳。由此可知本发明使用的粉末模具的材料，其Js不宜过大，也不宜过小，Js＝0.3～1T，最合适的是Js＝0.5～0.8T。此最适Js值也与粉末填充密度和粉末的磁化有关系，可知当模具材的Js接近(粉末的磁化)×(用粉末的百分率表示的填充密度)的值时，可以获得最佳的烧结体。并判明这种因模具材质引起的烧结体的品质差，依存于模腔的形状，在烧结后的烧结体形状为扁平时最为显著。
与实验1相同，将带铸合金氢爆碎后，通过气流粉碎，使粉碎条件发生变化而制成粒径不同的微粉末。制成的微粉末的粒径为D50＝2.91μm、4.93μm、9.34μm等3种。将这些粉末填充到具有和实验2相同形状的坡莫合金制模具(Js＝0.73T)中，直到填充密度达到3.8g/cm3后进行烧结。这种情况同样为了不使粉末和空气发生接触，而将从粉碎到烧结为止的全部工序在高纯度的Ar气体中进行。为了进行比较，也用现有的模具冲压法制成了烧结体。采用现有的方法的情况，也为了不使粉末和空气发生接触，而在惰性气体气氛中进行了全部的作业。在本实施例中使用现有的模具冲压法的情况，烧结温度都被设定为D50＝2.91μm时为1020℃，D50＝4.93μm时为1050℃，D50＝9.34μm时为1100℃。在这些温度下，异常的粒子成长被抑制，获得了优良的烧结体。烧结后每一种烧结体都在500℃条件下进行了1小时的热处理。通过实验1所述的脉冲磁化测量，用表1表示测量的矫顽力结果及烧结体中的含氧量分析结果。为了进行比较，用表2表示通过现有的模具冲压法制成的烧结体的矫顽力及烧结体中的含氧量。
本实施例
比较例
比较表1和表2，可知使用粉末粒径小的粉末时，本发明的方法可以获得比现有的方法更大的矫顽力。如各表所示，这是因为在本发明的方法中，工序中粉末被氧化的程度低。另外，必须注意到在针对D50＝2.91μm的粉末的对比例的实验中，由于挤压机的围板产生的极少量的空气泄漏，粉末被加热后发生了燃烧事故，这一定要注意。一般情况下在现有的模具冲压法中，将压粉体从模具中取出时，因为压粉体和模具之间的摩擦而发热，以及挤压机自身、或者因为取出压粉体、配置、装箱作业时频繁发生的各种故障，导致氧轻易从外部侵入到系统内部，即使整个系统被设计为在Ar气氛中进行操作，烧结后的烧结体含氧量也容易增加。当氧的混入量超过一定界限时，粉末被加热，有可能发生燃烧甚至爆炸事故。对此，因为本发明的方法工序简单、故障少，能够将侵入到系统内的氧量控制到极低，同时因为这种状态稳定，即使粉末粒径小，也可以将烧结后的烧结磁体中的含氧量控制到极低，可以稳定地生产低含氧量的烧结体。表1和表2之差为少量实施例的比较，但在生产量多的大量生产中，可以预料本发明的效果比表1和表2的差更大。
通过本实施例，证实了可以将D50＝2.91μm的粉末稳定地用于NdFeB烧结磁体的生产，本发明的方法在不使用Dy和Tb这样的昂贵的稀土类元素的条件下也可以实现高矫顽力。
将实验1中的带铸合金氢爆碎后，通过气流粉碎制成D50＝2.9μm的粉末。向该粉末中添加0.5重量％的己酸甲酯后充分搅拌。用铁、磁性不锈钢(Js＝1.4T)、坡莫合金(Js＝0.7T)以及非磁性不锈钢的4种材质制成具有直径为23mm、深4mm的型腔的模具。模具的两端面的壁厚为3mm，侧面部的壁厚为2mm。在模具的内面上涂布BN粉末和固体蜡的混合物形成烧结中的熔敷防止膜。向这些模具中填充添加了上述的己酸甲酯的D50＝2.9μm的粉末，填充密度分别为3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3及3.6g/cm3。之后将填充了粉末的模具放入线圈，向圆柱形模具的轴向施加峰值为9T的AC，接着施加DC，再次施加DC使粉末取向，接着进行烧结。烧结在真空中1010℃下进行了2小时，然后冷却。图7所示为烧结后的模具内面及烧结体的照片。烧结体的尺寸是直径19.0～19.5mm，厚度2.7～2.8mm(填充密度越高的烧结体尺寸越大)。从照片可知使用铁质模具制成的烧结体全部都在正中形成孔，在模具侧中央部上残留有烧结体的碎片。如此，使用铁质模具制造较薄的烧结体时，即使是粉末的填充密度高的情况，也会在中央部形成大孔。可知使用磁性不锈钢(SUS440)模具时，在填充密度低的情况下，在圆板状烧结体的中央部也有形成孔的倾向。使用磁化Js较小的坡莫合金和非磁性不锈钢(SUS304)模具时，即使是低填充密度(3.2～3.3g/cm3)也不会在中央部形成孔。另外，这个实验中使用的模具被设计为盖可以轻轻闭合(接合部套合的不是太紧)。从烧结中的粉末放出的气体成分从套合部漏出。
使用和实验4相同的粉末，和直径为10mm、长度为60mm的模具，进行和实验4相同的实验。向圆柱模具的一端套上盖，分别将粉末以3.4g/cm3、3.5g/cm3、3.6g/cm3、3.7g/cm3、3.8g/cm3的填充密度填充到形成的型腔中。在本实验中进行了独立改变两个盖的材质和模具材质的实验。将粉末填充到模具中闭合两个盖后，在和实验4相同的条件下向轴向进行磁场取向。之后在和实验4相同的条件下进行烧结。盖和模具两端的套合松缓，为了使烧结时释放的气体容易排出。烧结条件与实验4相同。对烧结体的密度、形状、蜂窝的形成状况进行调查，结果发现所有试样的烧结体密度都在7.5g/m3以上，制成了无缺陷的细长圆柱烧结体。但是，当两端的盖的材质为非磁性的SUS304时，发现会出现圆柱的中央部粗、两端部细的桶形形状的倾向。当两端部为强磁体制时，可以形成均匀粗细的圆柱试样。
使用和实验4同样的粉末，用图2(3)的模具进行了平板状及弓形板状磁体的制作实验。但是，弓形板状磁体用模具，用弯曲的隔板替代了隔板21。在填充粉末前将BN和固体蜡的混合物擦涂在模具内面形成涂层。上下的盖使用厚度为1mm的平的非磁性不锈钢板，在该板的四角上开设的孔在图2(3)中没有表示，模具的四角的螺孔中插入螺钉拧紧后，将上下盖和模具本体固定。从3.2g/m3～3.9g/m3为止，以0.1g/m3为间隔改变粉末填充量，烧结条件与实验4相同。将取向磁场的方向设为与模具外框的长边方向平行。实验结果的要点如下所述。
(1)填充密度在3.4g/m3以上，模具的材质及隔板的材质为非磁性或坡莫合金时，可以制成无缺陷、高密度且磁特性高的NdFeB烧结磁体的平板状及弓形板状磁体。
(2)当平板面及弓形板面的隔板为铁或者磁性不锈钢的场合，在平板及弓形板的中央部形成和实验4中的照片(图7)所示相同的蜂窝，不能制成良好的制品。
(3)模具外框的材质为铁、磁性不锈钢或坡莫合金，上盖及底板的材质为非磁性不锈钢，隔板的材质为非磁性不锈钢或坡莫合金，将粉末填充到模具中，闭合两个盖，在脉冲磁场中进行取向后，去除上下的非磁性不锈钢盖及底板，但模具内被取向的粉末，不会蓬乱或者落下，即使是多少的机械振动或冲击也会保持稳定。之后，在去除上下盖及底板的状态下进行烧结，制成了高取向、高烧结密度的良好的烧结体。但是，当模具外框的材质为铁或磁性不锈钢时，隔板隔开的多个型腔中的两端的型腔，即平板面或弓形板面与该外框接触的型腔中形成的烧结体中生成了蜂窝。从两端以外的型腔中获得了没有生成蜂窝的良好的烧结体。
使用和实验4同样的粉末，进行了向轴向取向的筒形环状磁体的制作实验。在使用的模具中，在底盖的中央也开设有和上盖相同的容纳抽芯的孔。将抽芯嵌入底盖，再将底盖嵌入模具形成筒形环状的型腔。向该筒形环状型腔中以3.4～3.8g/cm3的密度填充合金粉末，合上上盖。将抽芯和上下盖以及模具和上下盖的套合，调整为套合后拿起后不会滑落，但用力拔出时发生脱落的程度。与实验4相同，分别变换4种上下盖、抽芯、模具的材质进行实验。
结果，将抽芯材质为非磁性不锈钢，上下盖材质为磁体(铁、磁性不锈钢、坡莫合金)时，证实即使拔出抽芯，被磁化的粉末也会被上下盖吸附而不会发生落下或倒塌。而且，在拔出抽芯的状态下，使筒轴垂直后将整个模具装入烧结炉中，在1010℃下进行2个小时的烧结。这样制成的烧结体没有变形和歪斜，像从烧结收缩预想到的那样形成筒形环状。另外，也证实这样的烧结体不但密度高，还没有蜂窝等缺陷。对磁特性进行测量的结果证实，本实验中制成的筒形环状NdFeB烧结磁体，其Br及(BH)max远远高于通过现有的方法，即平行磁场冲压(模具冲压)法制成的NdFeB烧结磁体，其磁体特性与垂直磁场冲压法制成的磁体相当，或者根据条件有时会超过垂直磁场冲压法制成的磁体。在本实验中，使用的模具和通过该模具制成的筒形环状NdFeB烧结磁体的照片如图8所示。此时，模具的型腔外径为23.0mm，内径为10.0mm，高度为33.2mm。而且，该模具制成的筒形环状磁体的外径为19.1mm，内径为8.6mm，高度为22.3mm。
制作5种如表3所示的组成和厚度不同的合金。
使这些合金中吸留氢，从合金出现细微的裂缝起，将合金加热到400℃去除主相中的氢。如此将氢爆碎后的合金用气流粉碎进行微粉碎。通过改变气流粉碎的粉碎条件进行粉碎，制成D50＝4μm以下粒径的粉末。另外，在气流粉碎前，向氢粉碎的合金中添加占合金重量的0.05％的硬脂酸锌(固体润滑剂)。使这些粉末不与空气接触，转移到充满高纯度Ar的手套箱(露点约为-80℃)中，之后在该手套箱中进行所有的粉末操作工序。在手套箱中，首先向合金粉末中添加0.5重量％的液体润滑剂-己酸甲酯，用高速旋转桨叶的搅拌器进行5分钟左右的搅拌。将这些粉末填充到具有直径10mm、深10mm的圆柱状型腔的坡莫合金制的模具中。使填充密度从2.5g/m3到4.1g/m3为止，以0.1g/m3的间隔变化。将粉末填充到模具中后，向模具盖上盖。在盖上不开设小孔或槽，将盖和模具口的套合部分的间隙作为烧结时的排气口。将填充了粉末的模具装入密封容器，就这样向粉末和模具施加脉冲磁场。使脉冲磁场在1.8T～9T的范围内变化，依次施加交流衰减脉冲和直流脉冲，进行粉末的磁场取向。对粉末进行磁场取向后，使密封容器与烧结炉口结合，在完全不与空气接触的状态下，将密封容器内的模具转移到烧结炉内，关闭烧结炉口。烧结在10-4Pa以上的高真空中进行。使烧结温度在950℃～1050℃的范围内变动，将烧结后的烧结体的密度(烧结密度)超过7.5g/m3的最低温度作为最佳温度。烧结时间定为2小时。烧结后将烧结体从800℃急冷到室温，之后在500℃～600℃条件下进行1小时的加热后急冷。热处理后将全部试样加工成直径7mm、长7mm的圆柱，进行了外观检查、密度测量，还通过最大磁场10T的脉冲磁化测量对磁化曲线进行了测量。本实验的主要结果如表4所示。
在表4中，取向磁场为9.0P或1.8P，表示分别具有9.0T及1.8T的峰值的脉冲磁场，在任何一种情况，接着具有各自的峰值的1次交流衰减脉冲，向同一方向施加2次具有相同峰值的直流脉冲。2.5D表示施加2.5T的直流磁场。此时，首先向模具的一个方向施加直流磁场，接着在固定模具的状态下，使施加磁场方向变为反方向施加相同强度的直流磁场。
在本实验中，证实了通过本发明的方法，可以安全地使用在现有的模具冲压法和RIP法中难以处理的、粒径极小的粉末，可以实现在现有的方法中难以制成的、具有高矫顽力的NdFeB烧结磁体的工业性生产。
但是，为了获得这样的高特性，优选适当地对模具中的粉末填充密度、取向磁场、烧结温度进行设定。在试料1～13中，获得了高剩余磁通量密度Br、最大能积(BH)max、矫顽力HCJ以及取向度Jr/Js。与此相对将试样14及15的烧结温度设为高于其它的试样，但(BH)max及矫顽力HCJ略低于其它试样。另外，试样16的取向磁场低，Br、(BH)max、Jr/Js也略低于其它试样。试样17的填充密度被设为低于其它试样，但烧结体中生成型腔，没能进行可以和其它试样比较的磁特性的测量。
比较例所示为通过现有的模具冲压法，使用具有现有的标准尺寸的粒径的粉末制成的NdFeB烧结磁体的例子。可知在比较例中，因为粉末粒径不能做得太小，获得的矫顽力小于本发明的磁体。
权利要求
1.一种磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，具有a)将合金粉末高密度地填充到对应制品形状的具有型腔的模具中的工序；b)向所述合金粉末施加高磁场，使合金粉末取向的工序；c)将所述合金粉末装入模具，在使该合金粉末释放的气体成分能够排出到模具外的状态下进行加热烧结的工序；d)将所述合金粉末的烧结体从所述模具中取出的工序。
2.一种磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，具有a)将合金粉末高密度地填充到模具中的工序；b)向所述合金粉末施加高磁场，使合金粉末取向的工序；c)将所述合金粉末装入模具，在使该合金粉末释放的气体成分能够排出到模具外的状态下进行加热，制作该合金粉末的预烧结体的工序；d)将所述预烧结体从所述模具中取出，或去除所述模具的一部分后，将所述预烧结体加热到比该预烧结温度高的高温进行烧结的工序；e)将所述预烧结体进行烧结后形成的烧结体，从所述模具的残部取出的工序。
3.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末向模具的填充密度为该合金的真密度的35～60％。
4.根据权利要求3所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，所述填充密度为真密度的40～55％。
5.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为2T以上。
6.根据权利要求5所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为3T以上。
7.根据权利要求6所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为5T以上。
8.根据权利要求5所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为脉冲磁场。
9.根据权利要求8所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为交变磁场。
10.根据权利要求5所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，多次施加取向磁场。
11.根据权利要求10所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，取向磁场为直流磁场和交变磁场的组合。
12.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在合金粉末中添加润滑剂。
13.根据权利要求12所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，润滑剂为固体润滑剂或液体润滑剂或者是该两种。
14.根据权利要求13所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，液体润滑剂以脂肪酸酯或解聚聚合物为主成分。
15.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为4μm以下。
16.根据权利要求15所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为3μm以下。
17.根据权利要求16所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为2μm以下。
18.根据权利要求17所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为1μm以下。
19.根据权利要求16所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为3μm以下且烧结温度在1030℃以下。
20.根据权利要求19所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，合金粉末的粒径为2μm以下且烧结温度在1010℃以下。。
21.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，多次使用模具的一部分或全部。
22.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，模具具有多个型腔。
23.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，型腔为柱状。
24.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在筒状的型腔的中心配置有柱状的抽芯。
25.根据权利要求24所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，将合金粉末高密度填充到型腔中，施加磁场进行取向后，拔除模具的抽芯，或者将模具的抽芯换成细的进行烧结。
26.根据权利要求25所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，向型腔的主轴方向施加磁场，对合金粉末进行取向。
27.根据权利要求26所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，与所述主轴方向的型腔两端的盖及底部接触的部分的材质为强磁体。
28.根据权利要求22所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，型腔为柱状。
29.根据权利要求22所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在筒状的型腔的中心配置有柱状的抽芯。
30.根据权利要求29所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，将合金粉末高密度地填充到型腔中，施加磁场进行取向后，拔出模具的抽芯，或者更换成细的模具抽芯进行烧结。
31.根据权利要求30所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，向型腔的主轴方向施加磁场，对合金粉末进行取向。
32.根据权利要求31所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，与所述主轴方向的型腔两端的盖及底部接触的部分的材质为强磁体。
33.根据权利要求22所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，型腔为平板状。
34.根据权利要求22所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，型腔为弓形板状。
35.根据权利要求33所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，向与型腔的平板面或弓形板面垂直的方向施加磁场而对合金粉末进行取向。
36.根据权利要求35所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，形成型腔的平板面或弓形板面的部分的材质为非磁体或具有1.5T以下的饱和磁化的材料。
37.根据权利要求36所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，所述饱和磁化为1.3T以下。
38.根据权利要求34所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，向与型腔的平板面或弓形板面垂直的方向施加磁场而对合金粉末进行取向。
39.根据权利要求38所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，形成型腔的平板面或弓形板面的部分的材质为非磁体或具有1.5T以下的饱和磁化的材料。
40.根据权利要求39所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，所述饱和磁化为1.3T以下。
41.根据权利要求22所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在模具上配置有排列2列以上的多个型腔。
42.根据权利要求33所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在模具上配置有排列2列以上的多个型腔。
43.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在模具的部位中，构成与合金粉末的磁场取向方向平行的壁的部位的一部分或者全部为强磁体。
44.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，在型腔的内壁上施加有防止烧粘的涂层。
45.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，运用利用机械振动的机械的攻丝法、用推压棒将粉末推进的推进法或者利用气流冲击的空气旋塞法或者并用这些方法，将合金粉末强制性地填充到模具中。
46.根据权利要求1或2所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，其特征在于，将通过熔液急冷法获得的合金粉碎后得到的微粉末作为合金粉末使用。
47.一种磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，具有多个型腔。
48.根据权利要求47所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，型腔为柱状。
49.根据权利要求47所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，具有筒状的型腔和配置在该筒状型腔中心的柱状的抽芯。
50.根据权利要求48或49所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，与深度方向的型腔两端的盖和底部接触的部分的材质为强磁体。
51.根据权利要求47所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，型腔为平板状或弓形板状。
52.根据权利要求51所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，形成型腔的平板面或弓形板面的部分的材质为非磁体或饱和磁化为1.5T以下的材料。
53.根据权利要求52所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，所述饱和磁化为1.3T以下。
54.根据权利要求47～49、51～53中任一项所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，在模具上配置有排列2列以上的多个型腔。
55.根据权利要求47～49、51～53中任一项所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，构成与合金粉末的磁场取向方向平行的壁的部位的一部分或者全部为强磁体。
56.根据权利要求47～49、51～53中任一项所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造用模具，其特征在于，在型腔的内壁上施加有防止烧粘的涂层。
57.一种磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置，其特征在于，具备a)将合金微粉碎后的合金粉末高密度填充到模具中的合金粉末填充机构；b)在磁场中对合金粉末进行取向的磁场中取向机构；c)保持该模具的状态对合金粉末进行烧结的烧结机构；d)将模具按照合金粉末供给机构、磁场中取向机构、烧结机构的顺序进行搬运的搬运机构；e)收容合金粉末填充机构、磁场中取向机构、烧结机构及搬运机构的容器；f)使所述容器内部成为惰性气体气氛或真空的气氛调整机构。
58.一种磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置，其特征在于，具备a)将合金微粉碎后的合金粉末高密度填充到模具中的合金粉末填充机构；b)在磁场中对合金粉末进行取向的磁场中取向机构；c)保持该模具的状态的合金粉末的形状进行预烧结的预烧结机构；d)对预烧结后的合金粉末进行烧结的烧结机构；e)将模具按照合金粉末供给机构、磁场中取向机构、预烧结机构、烧结机构的顺序进行搬运的搬运机构；f)收容合金粉末填充机构、磁场中取向机构、预备烧结机构、烧结机构及搬运机构的容器；g)使所述容器内部成为惰性气体气氛或真空的气氛调整机构。
59.根据权利要求57或58所述的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造装置，其特征在于，具备收纳所述容器的外部容器。
全文摘要
为了实现稀土类磁体的高性能化，有效的是减少粉末的氧化，缩小粉末的粒径。本发明的课题在于，提供能够安全地使用氧化程度低、粉末粒径小且极具活性的粉末的磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法，且提供能够高效地生产各种形状的制品的方法。在称量填充部(41)及高密度化部(42)中，将成为磁各向异性稀土类烧结磁体的原料的微粉末按指定的密度填充到模具中，在磁场取向部(43)中，通过脉冲磁场使微粉末取向后，无需加压微粉末在烧结炉(44)进行烧结。因为这种方法中量产装置的运转简单，可以缩小体积，所以能够排除在现有的使用大型挤压装置的方法中粉末发生氧化或燃烧的危险。另外，通过使用多穴模可以高效率地生产平板状、弓形板状磁体等在稀土类烧结磁体中最重要形状的制品。
文档编号B22F3/02GK1969347SQ20058002030
公开日2007年5月23日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年7月1日
发明者佐川真人, 永田浩, 板谷修 申请人:因太金属株式会社