真空蒸气处理装置的制作方法

专利名称：真空蒸气处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于实施真空蒸气处理的真空处理装置，其在处理室内加热被处理物的同时使金属蒸发材料蒸发，使该蒸发的金属原子附着、沉积到被处理物表面形成金属膜，此外，当被处理物具有晶构情况下，可使金属原子在附着到被处理物表面的同时向其晶界内扩散。
背景技术：
众所周知，此种真空蒸气处理装置是用来提高例如Nd—Fe—B系烧结磁铁的磁特性的，由玻璃管等构成的密封容器和电炉构成。此种真空蒸气处理装置，是在密封容器内以混合状态收容Nd—Fe—B系烧结磁铁等被处理物，以及从Yb、 Eu、 Sm中选择出的稀土类金属的金属蒸发材料，通过真空泵减压到规定压力加以密封后收容到电炉内，使该密封容器边旋转边加热到规定温度(例如50(TC)。
密封容器一被加热到规定温度，由于金属蒸发材料蒸发，在密封容器内形成金属蒸气气氛，由于该蒸气气氛中的金属原子被大致加热到相同温度的烧结磁铁吸附，进而该附着的金属原子向烧结磁铁的晶界相扩散，因而通过向烧结磁铁表面及其晶界相均匀且按所需量导入金属原子，即可提高或恢复磁化及顽磁力(参见专利文献1及专利文献2)
专利文献l:特开2002_ 105503号公报(例如参照图1、图2)
专利文献2:特开2004—296973号公报(例如参照权利要求书)

发明内容
然而作为现有的电炉中使用的加热器及隔离壁的材料，出于加工容易及成本方面的考虑，大多使用碳，然而众所周知，碳在真空环境(例如10—4Pa)下其升华点下降。由于此种原因，若将该种电炉用于需在真空环境下加热到卯(TC以上温度的Dy及Tb的蒸发，由于碳的升华炉内被污染，或者Dy及Tb与碳发生反应，由于加热器本身迅速变细而产生到达温度的再现性变坏的问题。此外，如果用玻璃管等有可能与金属蒸发材料发生反应的材料构成收容金属蒸发材料和被处理物的密封容器，由于其与蒸气气氛中的金属原子发生反应，在其表面形成反应生成物，其原子又有可能进入Dy及Tb的蒸气气氛的同时，也使金属蒸发材料的回收变得困难。
此处，对烧结磁铁，特别是具有长方体等规定形状的物体实施上述处理后要想进一步提高顽磁力，最好继续在规定压力及温度下实施热处理。然而，上述情况下，由于处理时密封容器的压力需有变化，因而要想在处理后进行规定压力下的热处理，需将密封容器先从电炉中取出，减压后再送回电炉中，该处理很麻烦。此外，由于要想在烧结磁铁的所有面上都均匀地导入所需量的金属原子，就需要有使密封容器旋转的驱动机构，从而导致装置结构复杂化，成本上升。还有，由于金属蒸发材料和被处理物是以混合状态配置的，因而有可能出现熔化的金属蒸发材料直接附着到被处理物上的不良状态。
为此，鉴于上述各点，本发明的第l目的在于提供一种真空蒸气处理装置，其可用简单的结构把被处理物和金属蒸发材料再现性良好地加热到高温，此外，装置内不会被
污染，可在形成蒸气气氛时防止其它原子进入。
此外，本发明的第2个目的在于提供一种结构简单的真空蒸气处理装置，其可将处理室灵活地减压。
为了解决上述课题，本发明的真空蒸气处理装置，其特征在于，具有下述构成配
置有处理炉、配置在该处理炉内的至少一个处理箱、以及加热该处理箱的加热手段；设有真空排气手段，其在处理箱内配置了被处理物和金属蒸发材料的状态下，把处理炉及处理箱减压到规定压力；通过在减压条件下使加热手段动作把被处理物升温到规定温度
后使金属蒸发材料蒸发，并将该蒸发的金属原子提供到被处理物表面。
若采用本发明，通过在减压环境下使加热手段动作来加热处理箱，处理箱内的金属蒸发材料一达到规定温度，即开始蒸发。该蒸发的金属原子直接或经过多次撞击后从多个方向向被处理物移动，附着并沉积。当被处理物具有晶构情况下，附着到被加热到与金属蒸发材料大致相同温度的被处理物表面的金属原子向其晶界内扩散。
在本发明之中，前述处理箱可在前述处理炉内自由进出，由上面开口的箱部以及可
灵活装卸在该开口上面的盖部构成；通过使真空排气手段动作，减压前述处理炉的同时，处理箱内也被减压。若采用此构成， 一通过真空排气把处理炉减压到规定压力，构成处理室的处理箱的内部空间即可经处理炉，例如以比处理炉高的压力减压。因此，可用简单的结构将构成处理室的处理箱内灵活减压到规定压力。
此外，由于把收容金属蒸发材料和被处理物的处理箱设定为可在处理炉内自由进出
5的批次方式，因而无需在处理炉内设置把被处理物装入处理箱内或从中取出的机构，装置本身结构简单。在此情况下，若设定为处理炉内可收容多个处理箱进行同时处理，也可应对批量生产，此外，由于可随着处理炉的减压把内部空间减压到规定压力，因而无需设置处理箱减压用的真空排气手段，因此，例如可在使金属蒸发材料停止蒸发之后，无需把处理箱取出，即可将其内部进一步减压到规定压力。还有，由于处理箱本身的结构也很简单，而且若将盖部取下，箱部的一面即呈开口状，因而很容易将金属蒸发材料和被处理物装入处理箱或从中取出。
此外，在本发明中，若预先采用前述加热手段及处理箱由不与金属蒸发材料发生反应的材料构成，或至少在其表面上有不与金属蒸发材料发生反应的材料形成内衬膜，由于即使金属蒸发材料附着到处理箱等的壁面上也不会与之发生反应，因而可在形成金属蒸气气氛时防止其它原子进入，此外，附着在其壁面上的金属蒸发材料也易于回收，尤其是在把资源匮乏，无望稳定供给的Dy及Tb作为金属蒸发材料时特别有效。
不与前述金属蒸发材料发生反应的材料最好是Mo。
前述加热手段由围绕在处理箱四周的隔热材料和配置在内侧的发热体构成，该隔热材料采用隔规定间隔多张重叠的结构。这样即可通过加热处理箱壁面间接加热处理箱内部，再现性良好地均匀加热该处理箱内部。此外，由于是在减压环境下利用设置在处理炉内的加热手段加热处理箱的，因而可提高热效率，加快处理箱内部的升温速度。此外，由于仅仅是处理炉内侧的隔热材料使用上述材料即可，因而可实现低成本化。
还有，在本发明之中，若预先配置有承载部，其可在距前述处理箱底面的规定高度位置上承载被处理物，该承载部通过配置多根线材构成，仅将金属蒸发材料设置在处理箱的底面上，即可用简单结构使被处理物和金属蒸发材料分隔配置。因此，当被处理物是烧结磁铁且金属蒸发材料是稀土类金属时，熔化的稀土类金属绝不可能直接附着到表面Nd富相熔化的烧结磁铁上。此外，由于从位于被处理物下侧的金属蒸发材料蒸发出的金属原子可直接或反复撞击后从多个方向提供给被处理物的大致所有表面，因而无需使被处理物旋转的旋转机构，可简化装置构成，实现低成本化。
另外，由于是将被处理物和金属蒸发材料隔离配置的，因而也可在前述处理箱内设置可收容金属蒸发材料的收容部。在此情况下，可用收容部的开口面积相应调节金属蒸发材料的蒸发量。
还可将前述收容部以围绕被处理物四周的形态设置在处理箱的侧壁上。另外，还可使前述收容部处于配置在前述处理箱内的被处理物之间的位置上。如果前述加热手段具有复数条通道，与该通道相通的气体通道设置在加热手段和处理炉的内壁之间，该气体通道与配置有风扇和热交换器的空气冷却手段连接，则可通过使气体在被加热到高温的加热手段内侧空间内循环，使处理箱内的被处理物以所需冷却速度冷却。
在本发明中，如果前述处理物是铁一硼一稀土类系的烧结磁铁，前述金属蒸发材料由Dy、 Tb中的至少一种构成，则可用于通过调节Dy、 Tb蒸气气氛中的Dy、 Tb的金属原子向烧结磁铁的供给量，使金属原子附着到烧结磁铁表面，并使该附着的金属原子在烧结磁铁表面上形成由金属蒸发材料构成的薄膜之前向烧结磁铁晶界相扩散。
发明效果
正如上文所述，本发明的真空蒸气处理装置具有以下效果可用简单结构实现低成本化，可将被处理物和金属蒸发材料再现性良好地加热到高温；此外，装置内不会被污染，可在形成蒸气气氛时防止其它原子进入；除此而外，可将处理室内减压到适当的规定压力。
具体实施例方式
下面参照图1~图4力口以说明，本发明的真空蒸气处理装置1适用于实施真空蒸气处理，其通过在处理室内加热被处理物并使金属蒸发材料蒸发，使该蒸发的金属原子附着并沉积在被处理物表面形成金属膜，除此而外，当被处理物具有晶体构造的情况下，使金属原子在附着到被处理物表面的同时向晶界内扩散，例如可用于提高Nd—Fe—B系烧结磁铁的磁特性。
真空蒸气处理装置1具有中空圆柱形的处理炉(真空容器)11。处理炉11受设置在其长度方向两侧地面上的两个炉脚12支持，从侧面看，圆形的一侧呈开口状态。在该开口面上安装有可灵活开闭的穹形开闭门13，若将该开闭门13关闭，通过设置在其内周面上的密封手段(未图示)即可将处理炉11内密封。在处理炉11的外周面上设有连接管14，该连接管14的另一端与涡轮分子泵、低温泵或扩散泵等真空排气手段(未图示)连接。并可在开闭门13关闭位置上通过使真空排气手段动作将处理炉11内减压到规定压力(例如1X10—Spa)并保持之。
在处理炉ll内，设有加热手段2，其由围绕在后述的处理箱四周的隔热材料21和配置在其内侧的发热体22构成。隔热材料21在处理炉11内同心配置，由第1部分21a和第2部分21b构成，21a从侧面看呈圆形的一个侧面为开口的中空圆柱形，21b安装在开闭门13的内面上，开闭门13处于关闭位置时，阻挡第1部分21a的开口，在处理炉11内间隔出由隔热材料21围绕而成的空间23。第l及第2的各部分21a、 21b的内面呈反射面。发热体22是电加热器，其具有沿处理炉11的长度方向等间隔排列的多根环形热丝22a，各热丝22a受第1部分21a的内壁面上向半径方向内侧突出的多个突片22b支持。
处理炉11内设有支持件15，其可支持后述的承载台，支持件15由8根支持棒15a和4块支持板15b构成，8根支持棒15a呈两列，从处理炉ll的底面上，贯穿隔热材料21向空间23突出；4片支持板15b在各支持棒15a中沿长度方向彼此相邻的两根的顶端搭桥，各支持板15b与底面平行设置。
承载在支持板15b上的承载台3由平板构成，该平板具有可承载后述的多个处理箱的面积，在其承载面上设有蜂窝结构的开口 31，具有足够的强度，同时可从所有周面上加热处理箱。在此情况下，承载台3通过具有未图示的众所周知结构的传送手段的叉状传送部T可灵活出入于处理炉11。
正如图4所示，承载在承载台3上的处理箱4是由箱部41和盖部42构成的箱体，箱部41呈上面开口的长方体形状，盖部42可灵活安装到开口的箱部41的上面或取下，可在该处理箱4内配置按照所需的真空蒸气处理适当选择出的金属蒸发材料V和被处理物S。在盖部42的外周缘上形成沿整个周长向下弯曲的突缘42a，若把盖部42安装到箱部41的上面，即可通过突缘42a和箱部41的外壁的配合(在此情况下未设置金属密封垫之类的真空密封件)，形成与处理炉11隔绝的处理室40。并且若通过真空排气手段把处理炉11减压到规定压力(例如1X10—5Pa)，处理室40即被减压到与处理炉相比大致高半位的压力(例如5X10—4Pa)。因此，无需额外的真空排气手段，即可将处理箱4内减压到适当的规定真空压。即，即使在停止金属蒸发材料V的蒸发之后，不必把加热箱4先行取出就可将处理室40减压到规定压力。
处理室40的容积可在考虑到蒸发材料V的平均自由行程基础上加以设定，使蒸发的金属原子直接或经反复撞击后从多个方向提供给烧结磁铁S。此外，箱部41以及盖部42的壁厚可设定为采用后述的加热手段加热时不会产生热变形。此外，在箱部41内距底面规定高度的位置上形成由多根线材(例如4)0.1mm 10mm)构成的网格状的承载
8部41a，可在该承载部41a上并列设置多个被处理物S。
这样一来，仅通过把金属蒸发材料V设置在箱部41的底面上就可把被处理物S和 金属蒸发材料V隔离配置，而且由于从位于被处理物S下侧的金属蒸发材料V上蒸发 出的金属原子可直接或经反复撞击后从多个方向提供到被处理物的所有面上，因而无需 使处理箱4旋转。此外，由于处理箱4由箱部41和盖部42构成，处理箱4自身的结构 也变得更为简单，若将盖部41取下，由于上面是开口，因而把金属蒸发材料V和被处 理物装入处理室41或从中取出也更为容易。在此情况下，由于设定为采用把收容了金 属蒸发材料V和被处理物S的至少一个处理室4装入处理炉11内或从中取出的批次式 处理方式，因而无需在处理炉11内设置把被处理物S等装入处理箱4 (即箱部41)内 或从中取出的结构，可使真空蒸气处理装置2本身结构简化；此外由于若预先设定为可 收容多个处理箱4，即可对大量被处理物S同时进行处理，因而可实现大批量生产。
然而，当金属蒸发材料V是Dy、 Tb时，作为处理箱4若使用通常的真空装置中常 用的A1203，由于蒸气气氛中的Dy与Al203发生反应，在其表面形成反应生成物的同时， Al原子也有可能进入Dy蒸气气氛中。此外，由于要想使Dy及Tb蒸发，需在真空环 境下加热到900。C以上的温度，因而若使用现有的电炉中的碳棒，会因碳的升华炉内受 到污染，或出现Dy、 Tb及Si等金属蒸发材料V与碳发生反应或源于被处理物S的水 分或氢与碳发生反应，使加热器本身快速变细，从而产生到达温度的再现性变差等问题。
在本实施方式中，处理炉11内的构成处理箱4的部件，构成加热手段2的隔热材 料21和热丝22a，以及包括支持件15在内的承载台3等的全部部件均设定为Mo制。 这样即可在通过加热处理箱4使该处理箱4内的金属蒸发材料V蒸发时防止其它原子进 入。另外，由于处理箱4采用了在箱部41的上面安装了盖部42的结构(大致密封结构)， 虽然一部分蒸发的原子有可能通过箱部41和盖部42的间隙流到外部，但由于隔热材料 21和承载台3均为Mo制，不会与金属蒸发材料发生反应，因而很容易回收附着在隔热 材料21上的金属蒸发材料V，尤其是在把资源匮乏无望稳定供给的Dy及Tb作为金属 蒸发材料的情况下特别有效。
还有，通过把热丝22a设为Mo制，即使在把处理室40加热到IOO(TC以上的高温 时，仍具有到达温度的极高再现性，由于是在把处理炉11减压后通过使加热手段2动 作加热处理室4，热效率高而且是通过处理室4的壁面间接加热处理室40的，因而可将 处理室40大致均匀地且再现性良好地在短时间内加热。在本实施方式中，是用Mo制作构成件的，但只要是能再现性良好地加热处理箱且 不与金属蒸发材料发生反应的材料均可，例如也可用不锈钢、V、 Ta或至少含有Mo、 V、 Ta中的一种的合金(包括稀土类添加型Mo合金、Ti添加型Mo合金)及CaO、 Y203 或稀土类氧化物制作。此外，也可用将上述材料作为内衬膜在其它隔热材料表面成膜的 材料构成。
对于隔热材料21，也可采用将多张隔热材料以规定间隔重叠设置的构成方式。在此 情况下，若仅将位于最内侧的隔热材料设为Mo制，即可实现低成本化。此外，还可预 先在处理炉11的内壁上安装Mo制的薄片或Mo制的防附着板。此外，在本实施方式中， 是针对使盖部42与箱部41的上面开口配合的情况加以说明的，但并不局限于此，例如 也可设定为通过Mo箔覆盖箱部21的上面开口 ，在处理炉11内隔离出隔绝的处理室40。
然而，当用上述方式构成真空蒸气处理装置1的情况下，被隔热材料21围绕的空 间23的温度下降很慢，取出已处理完毕的处理箱4需要花费相当长的时间。为此，在 处理炉11内设置了空冷手段。该空冷手段由下述各部分构成马达52，其配置在向与 处理炉ll的开闭门13背向一侧突出的收容室51内；风扇53，其安装在马达52的转轴 52a上，具有众所周知的结构；筒部54，其围绕在风扇53的周围，从收容室51—直延 伸到隔热材料21的第1部分21a的一个侧面近旁。在此情况下，设定为冷媒(冷却水) 可在筒部54的壁面上循环，筒部54具有热交热器的功能。
在隔热材料21的第1及第2部分21a、 21b上形成彼此相向的多个角形开口 55a的 同时，在其外周面上等间隔形成多个通道55b。各通道55b与配置在处理炉11内壁和隔 热材料21间的气体通道56连通，气体通道56的一端与筒部54连接，气体通道56的 另一端为开口，这样即可通过使马达52带动风扇53旋转，使气体在空间23内循环， 即可任意冷却处理箱4。
因此，例如既可在高温处理后，通过使被处理物S徐徐冷却进行回火处理，也可通 过急冷到规定温度，对被处理物S进行淬火处理。当在隔热材料21上设置角形开口 55a 的情况下，热效率变差的同时， 一部分蒸发的原子有可能流到处理炉11内。因此设置 了反射板21c，其分别与角形开口 55a相向且彼此靠近，具有比该角形开口 55a大的面 积。反射板21c也是Mo制，内面上形成反射层。
此外，处理炉ll内设有气体导入手段6，其可将Ar等稀有气体导入。气体导入手 段6，连通气体源，具有设置了流量控制器的气管61。气体导入手段6用于在实施了规
10定时间的真空蒸气处理后，通过将规定量(例如10KPa)的Ar气导入处理炉11使金属 蒸发材料V停止蒸发。金属蒸发材料V停止蒸发后，若通过真空排气手段将处理炉11 减压，即可将处理室40的压力减压到比处理炉11大致高半位。
在本实施方式中是针对使盖部42配合到箱部41的上面开口处的情况加以说明的， 但如果是能随处理炉ll的减压处理室40也能减压的结构，并不受此局限，例如也可用 Mo箔覆盖箱部41的上面开口，隔离出与处理炉11隔绝的处理室40。
此外，在本实施方式中是针对处理室40内设置了承载部41a的情况加以说明的， 但如果是能把被处理物S和金属蒸发材料V在处理室40内隔离配置，可防止金属蒸发 材料V附着到被处理物S上，可给被处理物S的大部分表面提供蒸发的金属原子的构 成，并不受此局限，被处理物S也可配置在箱部41的底面上。此外，是针对处理炉ll 内设置了加热手段2的情况加以说明的，但只要是能把处理箱4加热到规定温度的构成， 也可把加热手段配置在处理箱4的外侧。
还有，正如图5~图7所示，为了能够通过减少金属蒸发材料V的表面系数来减少 金属蒸发材料V的蒸发量，也可在处理箱4内设置剖面凹形的收容部431、 432、 433 来收容散块状或颗粒状的金属蒸发材料V。第1收容部431，以围绕在并列设置在箱部 41底面上的被处理物S的形态，在处理箱4的侧壁上至少在周向上以等间隔配置两个 (参照图5)。在此情况下，也可呈环绕箱41的整个内壁的环形。此外，第2收容部432 可在箱部41的底面隔规定间隔设置多个，在其周边设置被处理物S (参照图6)。还有， 第3收容部433吊挂在盖部42的下面(参照图7)。在此情况下，收容部433的外周面 上设有缝隙状的开口 433a，若设定为蒸发的金属原子通过该开口 433a提供给被处理物 S，则可按照其开口面积调节供给量。
下面参照图1~图4及图8，说明采用上述真空蒸气处理装置1进行真空蒸气处理提 高烧结磁铁S的磁化及顽磁力的情况。用众所周知的方法按照下述制作出作为被处理物 的Nd—Fe—B系的烧结磁铁S。艮卩，首先把Fe、 B、 Nd、 Co按照规定的组分比配比， 用众所周知的脱模铸造法制作出0.05mm 0.5mm的合金。另外，也可用众所周知的离心 铸造法制作出5mm左右厚的合金。此外，配比时还可少量添加Cu、 Zr、 Dy、 Tb、 Al、 Ga。接着先把制作出的合金用众所周知的氢化裂解工序粉碎，继而用射流碾磨微粉化工 序微粉化。
接着，磁场定向并用模具形成长方体及圆柱体等规定形状后，通过在规定条件进行烧结即可制作出上述烧结磁铁。烧结后，若预先对该烧结磁铁在规定温度(400~700°C 的范围)下，规定时间(例如2小时)实施去除烧结磁铁S畸变的热处理，则可在实施 真空蒸气处理时，进一步提高磁特性。
此外，还可将烧结磁铁S的各个制作工序中的条件分别最佳化，使烧结磁铁S的平 均结晶粒径在lum 5um的范围内，或在7um 20prn的范围内。若平均结晶粒径在 7um以上，由于磁场成形时的旋转力变大的同时定向度良好，以及由于晶界的表面积 变小，可在短时间内使Dy、 Tb中的至少一种高效扩散，因而可获得具有高顽磁力的永 磁铁M。若平均结晶粒径超过25Pm，由于在一个晶粒中含不同结晶方位的粒子比例极 度增加定向度变坏，因而永磁铁的最大能积，剩磁通密度、顽磁力均下降。
另一方面，如果平均结晶粒径低于5um，由于单磁畴晶粒的比例增加，因而可获 得具有极高顽磁力的永磁铁。若平均结晶粒径小于lum，由于晶界过于细微复杂，因 而使实施扩散工序所需时间极度延长，生产性不好，作为烧结磁铁S，由于其氧含量越 少，Dy及Tb向晶界相扩散的速度就越快，因而烧结磁铁S自身的氧含量应在3000ppm 以下，最好在2000ppm以下，如能达到1000ppm以下则更理想。
作为金属蒸发材料V，可使用能大幅度提高主相的结晶磁性各向异性的至少含Dy 及Tb中的一种的合金，此时，为了进一步提高顽磁力，也可含Nd、 Pr、 Al、 Cu及Ga 等。在此情况下，金属蒸发材料V可用规定的混合比例配比，例如用电弧炉制作出散块 状的合金后配置到后述的处理室中。
接着，将用上述方法制作出的烧结磁铁S承载到箱部41的承载部41a上的同时， 将作为金属蒸发材料V的Dy设置到箱部41的底面上(这样即可在处理室40内将烧结 磁铁S和金属蒸发材料V隔离配置)。在此状态下，将盖部42安装到箱部41的开口的 上面之后，承载到承载台3上，通过使传送手段动作，利用叉状的传送部T将承载台3 收容到受支持件15支持的规定位置上，并且， 一关闭开闭门13，处理炉11内即被密封， 处理箱4处于被隔热材料21围绕在四周的空间23内(参照图1及图2)。
接着，通过真空排气手段真空排气，把处理炉11减压到规定压力(例如1X10—5Pa)， (处理室40被真空排气到大约高半位的压力)，处理室40 —达到规定压力即通过加热 手段2动作加热处理箱4。在减压环境下，处理室40内的温度一达到规定温度，由于设 置在处理室40底面上的Dy被加热到与处理室40大致相同的温度因而开始蒸发，在处 理室40内形成Dy蒸气气氛。Dy开始蒸发的情况下，由于将烧结磁铁S和Dy是隔离
12配置的，因而熔化的Dy不会直接附着到烧结磁铁S上。而且由于Dy蒸气氛中的Dy 原子直接或经反复撞击后从多个方向提供给被加热到与Dy大致相同温度的烧结磁铁S 表面并附着，该附着的Dy向烧结磁铁S的晶界相扩散即可获得永磁铁M。
进行真空蒸气处理时，为了进一步提高磁特性的同时提高生产效率，可在烧结磁铁 S表面上形成薄膜之前，使之均匀地向晶界相扩散。为此，最好在处理室40的底面上 以烧结磁铁的1~10重量％的比例，配置单位体积的表面积(表面系数)小的散块状(大 致呈球状)的Dy，以便减少一定温度下的蒸发量。除此而外，最好通过控制加热手段3， 把处理室20内的温度设定在800'C 105(TC，如能在900'C 100(TC的范围内则更理想(例 如，当处理室内温度为90(TC 100(TC时，Dy的饱和蒸气压为1X10—2~1X10—4a)。
如果处理室40内的温度(进而言之，烧结磁铁S的加热温度)低于800'C，附着 在烧结磁铁S表面上的Dy原子向晶界层的扩散速度将变慢，无法使之在烧结磁铁S表 面上形成薄膜前均匀地扩散到烧结磁铁的晶界相中。另外，当温度超过1050'C时，由于 Dy的蒸气压升高，蒸气气氛中的Dy原子将过量供给到烧结磁铁S表面。此外，Dy也 可能扩散到晶粒内，由于若Dy扩散到晶粒内，晶粒内的磁化将大幅下降，因而最大能 积以及剩磁通密度将更为低下。
此外，为了使Dy在烧结磁铁S表面上形成Dy薄膜之前扩散到晶界相，可将与设 置在处理室40的承载部41a上的烧结磁铁S的表面积的总和对应的设置在处理室40底 面上的散块状的Dy的表面积的总和比率设定在1X10—4~2乂103的范围内。当该比率在 1X1(T、2X1()S范围外时，有时会在烧结磁铁S表面上形成Dy及Tb的薄膜，此外，也 无法获得具有高磁特性的永磁铁。在此情况下，上述比率最好在1X10—3~1 X 103范围内， 上述比率如能在1乂10—2~1乂102范围内则更理想。
这样即可通过降低蒸气压的同时减少Dy的蒸发量来抑制烧结磁铁S上的Dy原子 供给量，以及通过把烧结磁铁S的平均结晶粒径控制在规定范围内的同时在规定温度范 围内加热烧结磁铁S来加快扩散速度，此二者相结合即可使附着在烧结磁铁S表面上的 Dy原子沉积在烧结磁铁S表面并在形成Dy层(薄膜)之前高效而又均匀地向烧结磁铁 S的晶界相扩散(参照图8)。其结果是获得的永磁铁M可防止永磁铁M的表面恶化， 还可抑制Dy过量地扩散到烧结磁铁表面附近区域的粒界内，其在晶界相内具有Dy富 相(含5 80M的Dy的相)具有磁化及顽磁力均得到有效提高的高磁特性，此外，无需 进行精加工，生产性良好。然而，在制作出上述烧结磁铁S之后，有时需要通过线切割等将其加工成所需形状。 此时，由于上述加工，有时会因作为烧结磁铁表面主相的晶粒上产生裂纹而使磁特性显 著恶化。然而，若实施上述真空蒸气处理，由于可在表面附近的晶粒裂纹内侧上形成 Dy相，因而可恢复磁化及顽磁力。
此外，现用的钕磁铁中，出于防锈考虑添加了Co，由于与钕相比具有极高耐蚀性、 耐风化性的Dy富相存在于晶界相中，因而不使用Co仍可成为具有极强耐蚀性、耐风 化性的永磁铁。当使附着在烧结磁铁表面的Dy扩散的情况下，由于烧结磁铁S的晶界 内没有含Co的金属层化合物，因而附着在烧结磁铁S表面上的Dy、 Tb的金属原子可 更高效地扩散。
最后，将上述处理实施规定时间(例如4~48小时)之后，使加热手段停止动作的 同时，通过气体导入手段6给处理炉11内导入10KPa的Ar气，使金属蒸发材料V停 止蒸发的同时，通过使马达52动作将处理炉11内冷却，使处理室40的温度先下降到 例如50(TC。接着，使加热手段2再次动作，将处理室40内的温度设定在45CTC 65(rC 的范围内，为进一步提高顽磁力而实施热处理。最后，急冷到大致室温，给处理炉11 通风后，打开开闭门13，利用传送手段取出承载台3。
在本实施方式中作为金属蒸发材料V是以使用Dy为例加以说明的，但也可使用 Tb，其在可加快最佳扩散速度的烧结磁铁S的加热温度范围(900'C 100(TC范围内)蒸 气压低，还可使用至少含Dy及Tb中的一种的合金。当金属蒸发材料V是Tb的情况下， 可在90(TC 115(TC的范围内加热蒸发室。当温度低于卯O'C时，无法达到可给烧结磁铁 S表面提供Tb原子的蒸气压。另外，当温度超过115(TC时，将导致Tb过量向晶粒内扩 散，使最大能积以及剩磁通密度下降。
此外，在本实施方式中，作为真空蒸气处理装置1的最佳实施例，是针对提高Nd 一Fe—B系烧结磁铁的磁特性加以说明的，但并不局限于此，例如，在制作超硬材料， 硬质材料及陶瓷材料时即可使用本发明的真空蒸气处理装置1。
也就是说，可用粉末冶金法制作的超硬材料、硬质材料及陶瓷材料由主相和烧结时 呈液相的晶界相(粘合剂相)构成， 一般而言，该液相是将其全量与主相混合的状态下 粉碎成原料粉末，用众所周知的成形法将原料粉末成形后，经烧结而成的，但在使用上 述真空蒸气处理装置1制作情况下，首先仅将主相(在此情况下，也可含一部分液相成 分)粉碎制作出原料粉末，再用众所周知的成形法将原料粉末成形之后，通过上述真空
14蒸气处理，在烧结前，烧结时或烧结后提供液相成分。
若采用此法，由于相对于主相成分而言，液相成分是后提供的，因而可缩短与主相 的反应时间，以及通过在晶界相中高浓度地偏析等即可制作出特殊的晶界相成分。其结 果是可制作出具有机械强度好，尤其是高韧性的超硬材料，硬质材料及陶瓷材料。
例如，将平均粒径0.5 ix m的SiC粉末和C粉末(碳黑)按照10 : 1的摩尔比混合，
获得原料粉末之后，将该原料粉末用众所周知的方法成形，得到具有规定形状的成形体
(主相)。并把该成形体作为被处理物S的同时，将金属蒸发材料V设定为Si，收容到 处理箱4内，把盖部42安装到箱部41的开口上面上后，把处理箱4设置到处理炉11 内四周被加热手段2围绕的规定位置上。
接着，用真空排气手段真空排气，把处理炉4减压到规定压力(例如1X10—5Pa)，
(处理室40被真气排气到大约高半位的压力)，处理炉4一达到规定压力，即通过使加 热手段2动作，把处理室40加热到规定温度(例如150(TC 160(TC)。在减压环境下， 处理室40内的温度一达到规定温度，设置在处理室40底面上的Si因被加热到与处理 室大致相同的温度而开始蒸发，在处理室40内形成Si蒸气气氛，若在该状态下保持规 定时间(例如2小时)即可在进行成形体的主相烧结的同时，提供Si的液相成分，制 作出碳化硅陶瓷。
采用上法制作出的碳化硅陶瓷具有超过1400MPa的抗弯强度，且其破坏韧性值为 4MPa m3，在此情况下较之将平均粒径0.5 u m的Si和按10 : 2摩尔比混合SiC粉末 和C粉末(碳黑)的混合粉末，得到原料粉末后，用从所周知的方法将该原料粉末成形、 烧结后得到的东西(抗弯强度340MPa、破坏韧性值2.8MPa*m3)具有很高的机械 强度。而在规定条件下(1600°C、 2小时)烧结成形体后再用真空蒸气处理1提供作为 液相的Si成分得到的碳化硅陶瓷也可具有与上述相同的机械强度。
实施例1
作为Nd—Fe—B系的烧结磁铁使用了组分为30Nd—lB—0.1Cu—2Co—bal.Fe，烧 结磁铁S本身的氧含量为500ppm以及平均结晶粒径为3"m，加工成4> 10X5mm的圆 柱形的材料。在此情况下，将烧制磁铁S表面精加工成具有20um以下的表面粗度之 后用丙酮进行了清^fe。
接着如图9中模式性所示使用了真空蒸气处理装置(试验机)10，其在与真空排气手段10a连接的真空容器10b内收容1个处理箱4，可在规定压力及温度下加热处理箱 4，采用上述方法，使Dy原子附着到烧制磁铁S表面，并在烧制磁铁S表面上形成Dy 薄膜之前向晶界相扩散，获得了S永磁铁M (真空蒸气处理)。在此情况下，将烧结磁 铁S承载到处理室40内的承载部41a上的同时，作为金属蒸发材料V，使用了纯度为 99.9%的Dy，将总量为lg的散块状Dy配置在处理室40的底面上。
接着，通过使真空排气手段动作，先将真空容器减压到1X10—4Pa (处理室内的压 力为5X10^Pa)的同时，采用加热手段2将处理室40的温度设定在975。C。并在处理 室40的温度达到975'C之后在该状态下保持12小时，进行了上述真空蒸气处理。 (比较例1)
作为比较例1，使用了采用Mo盘的现用的电阻加热式的蒸镀装置(VFR—200M/ 爱发科机工株式会社制)对与上述实施例1相同的烧结磁铁S进行了成膜处理。在此情 况下，将2g的Dy设置在Mo盘上，把真空容器减压到1X 10—4Pa之后，给Mo盘接通 150A的电流，用30分钟成膜。
图10是表示实施了上述处理后获得的永磁铁的表面状态的照片，(a)是烧结磁铁S
(处理前)的表面照片。由此可知，在表示上述处理前的烧结磁铁S上可看到作为晶界 相的Nd富相的空隙及掉粒痕迹的黑色部分，但正如比较例l中所示，烧结磁铁的表面 一被Dy层(薄膜)覆盖，黑色部分即消失(参照图IO (b))。在此情况下，测定了Dy 层的膜厚，结果为40iim。与之相对应，在实施例1中，与表示处理前的烧结磁铁S相 同，仍可看到Nd富相的空隙及掉粒痕迹等黑色部分，与处理前的烧结磁铁表面状态大 致相同，此外，由于重量有变化，由此可知在Dy层形成之前，Dy已高效向晶界相扩散
(参照图10 (c))。
图11是在上述条件下获得的永磁铁M时的磁特性表。作为比较， 一并示出处理前 的烧结磁铁S的磁特性。由此可知，真空蒸气处理前的烧结磁铁S的顽磁力为11.3K0e， 与之相对应，实施例1中最大能积为49.9MGOe，剩磁通密度为14.3kG，顽磁力为 23.1kOe，顽磁力大幅提高。


图1是简要说明本发明的真空蒸气处理装置构成的立体示意图。 图2是说明图1的真空蒸气处理装置构成的剖视图。图3是说明图1的真空蒸气处理装置构成的正视图。 图4是说明处理箱的剖视图。
图5是表示处理箱内的被处理物和金属蒸发材料的配置变形例的剖视图。
图6是表示处理箱内的被处理物和金属蒸发材料的另一配置变形例的剖视图。
图7是表示处理箱内的被处理物和金属蒸发材料的另一配置变形例的剖视图。
图8是使用本发明的真空蒸气处理装置制作出的永磁铁剖面的示意图。
图9是模式性说明实施例1中使用的真空蒸气处理装置构成的剖视图。
图10是使用本发明的真空蒸气处理装置制作出的永磁铁的表面放大照片。
图11是用实施例1制作出的永磁铁的磁特性表。
附图标记说明
1、真空蒸气处理装置，11、处理炉，2、加热手段，21、隔热材料，22、发热体， 3、承载台，4、处理箱，40、处理室，41、箱部，42、盖部，54、热交换器，55b、通 道，56、气体通道，S、被处理物，V、金属蒸发材料。
权利要求
1、一种真空蒸气处理装置，其特征在于，具有下述构成配置有处理炉、配置在该处理炉内的至少一个处理箱、以及加热该处理箱的加热手段；设有真空排气手段，其在处理箱内配置了被处理物和金属蒸发材料的状态下，把处理炉及处理箱减压到规定压力；通过在减压条件下使加热手段动作把被处理物升温到规定温度后使金属蒸发材料蒸发，并将该蒸发的金属原子提供到被处理物表面。
2、 根据权利要求1所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述处理箱可在前述处理 炉内自由进出，由上面开口的箱部以及可灵活装卸在该开口上面的盖部构成；通过使得 真空排气手段动作，减压前述处理炉的同时，处理箱内也被减压。
3、 根据权利要求1或2所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述加热手段及处理 箱由不与金属蒸发材料发生反应的材料构成，或至少在其表面上有不与金属蒸发材料发 生反应的材料形成内衬膜。
4、 根据权利要求3所述的真空蒸气处理装置，其特征在于不与前述金属蒸发材料发 生反应的材料是Mo。
5、 根据权利要求1至4任一项所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述加热手段 由围绕在处理箱四周的隔热材料和配置在其内侧的发热体构成，该隔热材料采用隔规定 间隔多张重叠的结构。
6、 根据权利要求1至5任一项所述的真空蒸气处理装置，其特征在于配置有承载部， 其可在距前述处理箱底面的规定高度位置上承载被处理物，该承载部通过配置多根线材 构成。
7、 根据权利要求1至6任一项所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述处理箱内 设有收容部，其可收容金属蒸发材料。
8、 根据权利要求7所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述收容部以围绕被处理物的形态设置在处理箱的侧壁上。
9、 根据权利要求7所述的真空蒸气处理装置，其特征在于使前述收容部处于配置在 前述处理箱内的被处理物彼此之间的位置上。
10、 根据权利要求5至9任一项所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述加热手段 具有复数条通道，与该通道相通的气体通道设置在加热手段和处理炉的内壁之间，该气 体通道与配置有风扇和热交换器的空冷手段连接。
11、 根据权利要求1至10任一项所述的真空蒸气处理装置，其特征在于前述处理物 是铁一硼一稀土类系的烧结磁铁，前述金属蒸发材料由Dy、 Tb中的至少一种构成。
全文摘要
本发明提供一种真空蒸气处理装置，其适于实施在处理室内形成金属蒸气气氛、该金属蒸气气氛中的金属附着到被处理物的表面，并且使附着到被处理物表面的金属原子扩散到其晶界内的处理。其具有处理炉11，设置在该处理炉内的至少一个处理箱，以及设置在处理炉内围绕该处理箱周围的加热手段2。当在处理箱内配置了被处理物S与金属蒸发材料V的状态下将其收容到处理炉中后，设置将处理炉和处理箱减压到规定压力并保持的真空排气手段，在减压状态下使加热手段动作，将被处理物加热到规定温度的过程中，一边升温一边使金属蒸发材料蒸发，并将该蒸发的金属原子提供到被处理物表面。
文档编号C23C14/24GK101512036SQ200780033699
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月10日 优先权日2006年9月11日
发明者中塚笃, 中村久三, 伊藤正美, 加藤丈夫, 吉良良, 向江一郎, 新垣良宪, 永田浩 申请人:株式会社爱发科