现有技术
本发明涉及具有高能量乘积的磁性材料及其可容易转化且成本降低的制备方法。此外，本发明涉及具有高功率密度的电机。
具有高的能量乘积(bh)max的磁性材料常常由nd2fe14b-硬磁相和富钕晶界相构成。晶界相使得液相烧结成为可能，从而实现高的烧结密度。在此液相烧结基于，液相在烧结期间对硬磁相元素表现出高的溶解性，由此通过溶解-和再析出过程，牺牲小晶粒，生长出大的磁性晶粒并产生倒角的、球状晶粒结构。这改善了该磁性材料的矫顽磁场强度。但是，缺点是，元素钕的成本高。成本结构的改善通过基于cefe11ti的硬磁体来实现。但是，类似于基于nd2fe14b的硬磁体，如果使用由ce以及fe和ti的成分构成的熔体来进行液相烧结，则由于液相与cefe11ti的反应导致形成cefe2。由于析出的cefe2的高含量，该硬磁相具有差的磁性性质，因为硬磁相的晶粒被侵蚀，并且对于磁性性质而言重要的倒角的晶粒结构的形成受到限制。
技术实现要素：
相比之下，根据主权利要求的本发明的磁性材料的特征在于具有倒角的、球状硬磁晶粒的稳定硬磁相。该硬磁相的晶粒通过形成晶界相而磁去耦，由此该磁性材料具有高的矫顽磁场强度并因此也具有高的能量乘积(bh)max。根据本发明，该硬磁相含有至少一种元素z，其选自一种或多种稀土金属(re)和/或钇。铁、钛和至少一种另外的元素x作为另外的元素含于该硬磁相中。该硬磁相具有下式：
zatmbfec-etid-fxe+f
其中，tm是至少一种过渡金属，a=7-9原子%，b≤41原子%，c≥41原子%且d=7-9原子%。另外的元素x选自：mo、v、ta、nb、cr、si、zr、al、w、pd和p，其中e+f=0-4.5原子%。元素x或前述x下列举的元素的混合物尤其可取代fe或ti。因此，将元素x的原子%含量（e+f的总和）从fe或ti的原子%含量中减去。在此，应将za理解为可包含一种或多种稀土金属(re)和/或钇，其中指数“a”被视作元素z，即稀土金属份额和钇份额一起的总和。只要该硬磁相含有re，其含有至少3.5原子%的铈。根据以下由指数的总和共计得出100原子%：a+b+(c–e)+(d–f)+(e+f)=100原子%。有利地，根据本发明的硬磁相是基于cefe11ti的硬磁相。相较于富钕硬磁相，由前述本发明所提及的元素形成的硬磁相的成本明显降低，但其特征仍然在于高的矫顽磁场强度。这受到下述支持，即硬磁晶粒被本发明的晶界相非常好地磁去耦。为此，该晶界相包含至少一种金属，并具有低于该硬磁相的包晶温度的熔融温度。换言之，这表示，在例如磁性材料的液相烧结中使用的用于形成晶界相的富铈合金被其熔融温度为最高约1100℃的一种金属或合金代替。由此抑制了cefe2和fe2ti的形成，这将减少硬磁相成分的再析出。所形成的硬磁晶粒具有球状的倒角的结构，由此促进了高的能量乘积。因此，该磁性材料是一种高强力的、成本有利的磁性材料。
从属权利要求展示了本发明的优选扩展实施方案。
为改善硬磁相的磁性能，与铈组合使用的所述稀土金属有利地为自la、nd、pr或sm中的至少一种。这些元素的混合物同样是可行的。
根据本发明的磁性材料的磁性能可在成本降低的同时通过如下方式得以改善，即，所述过渡金属为选自co、ni和mn的至少一种元素。
根据另一有利的扩展实施方案，该硬磁相具有thmn12-结构。
进一步有利地，所述晶界相的熔融温度低于1100℃，优选低于900℃，且进一步优选低于600℃。由此使得溶解过程和析出过程变得容易。该硬磁相的晶粒较少被强烈侵蚀，并且所形成的晶粒结构是倒角且球状的。
为改善溶解过程期间硬磁晶粒的润湿，例如在液相烧结时，和为了进一步降低晶界相的熔点，该晶界相含有至少一种选自下述的元素：ag、ga、cu、ce、al、si、nd、y、pr、sm和la。
在形成在具有非常好的矫顽磁场强度的情况下具有非常高的最大能量乘积的磁材料的方面，已证实含有至少一种下述的共晶合金的晶界相是特别有利的：lafe、cuce、alcu、ceal、cefe、cega、cesi、cezn、cesn、ceag、alcuce、smcu和ndcu。如果使用这些合金例如用于磁性材料的液相烧结，则它们不与硬磁相的元素反应，但具有对硬磁相的元素的高溶解度，从而促进了溶解-和析出过程，这导致硬磁相的强球形且倒角的晶粒结构。有利地，在低温下，硬磁相的元素在晶界相中的溶解度较小，因为在冷却时通过析出形成高份额的硬磁相。该硬磁相的晶粒不被侵蚀，从而改善了磁性能。
cecu-共晶合金在约407℃下具有共晶体。此外，相较于通常使用的不含铜的铈熔体，铜显著改善了硬磁晶粒的润湿。部分的硬磁晶粒在液相烧结期间溶解在液相熔体中。冷却时，取决于组成和冷却条件，由熔体直接形成例如cuce、cu2ce、fe2ti以及少量的cefe2。由此不再发生或是显著减少熔体与硬磁相形成cefe2的反应。
al-cu-ce-共晶合金在约550℃下具有共晶体。这种共晶合金的熔体在液相烧结期间具有好的润湿性能。部分的硬磁晶粒在烧结期间溶解在熔体中。冷却时，取决于组成和冷却条件，由熔体直接形成如cuce、cu2ce、fe2ti、al2cu、al8cu4ce、al4cuce或cefe2的相。cefe2的形成明显减少。
在使用在约520℃下具有共晶体的nd-cu-共晶合金时的情况也是同样。冷却时，取决于组成和冷却条件，形成如ndcu、nd2cu、cuce、cu2ce、cfe2ti或cefe2的相。
此外，类似的是用la-合金的情况。la不与元素fe、ce和ti形成二元相，由此硬磁相的硬磁晶粒不被侵蚀。镧在大约920℃下熔融，并具有对铈的完全溶解性，由此例如过量的铈可被容纳在晶界相中。
特别地，该磁性材料基本上，即是说除了不可避免的技术量外，不含硼。因此，有利地不向该硬磁相添加硼。
同样根据本发明也描述了电机，其尤其被设计为电动机（e-motor）、定子(stator)或发电机。该电机包含至少一种如上所述的磁性材料，并且其特征是在优化的成本结构时的高的功率密度。
此外，根据本发明，还描述了用于制备前述公开的磁性材料的第一种方法。通过这种方法，可制备具有高的矫顽磁场强度和高(bh)max的磁性材料，而无需高的技术复杂性，其中该方法是非常成本有效的。为此，首先制备化学计量的硬磁相以及熔融温度低于硬磁相的包晶温度的含金属的组合物。所述含金属的组合物在此是用于随后形成晶界相的起始组合物。该含金属的组合物可以含有一种或多种金属，即还有不同金属的合金，并且其特征在于它的熔融温度。该金属组合物可以根据所使用的硬磁相的化学计量而变化。随后研磨该硬磁相和所述含金属的组合物两者，以制备硬磁相粉末和含金属的组合物的粉末。将这两种粉末彼此混合，形成粉末混合物，和随后将该粉末混合物在含金属的组合物的熔融温度以上烧结。通过该烧结，使含金属的组合物熔融成液相。硬磁相的元素，特别是可能含有的铈溶于该液相中。恰恰在低的烧结温度下，其余的元素较少被强烈溶解，因此在烧结后冷却至低于液相的熔融温度的温度时析出许多硬磁相。因此，该方法产生具有高份额硬磁相的磁性材料，这对于高的最大能量乘积而言是重要的。不引起硬磁相的再析出的富铈析出相的形成，通过尽可能低的烧结温度得以改善。硬磁晶粒被良好润湿，由此所形成的晶界相可有强烈的去耦效果。没有发生损害硬磁晶粒的倒角球状结构的与硬磁相的反应。相反地，通过本发明的方法，通过较小晶粒的溶解有利于较大晶粒，促进了硬磁晶粒的磁去耦和硬磁相的倒角球形结构。在此，有利的是晶界相中的硬磁晶粒的溶解度在低温下比在较高温度下小，因为由此改善了硬磁相的再析出。根据本发明的第一方法，其也可以被称为多元合金化，通过与标准方法组合在技术上较不复杂并因此也可成本有利地转化。
通过一个在烧结所述粉末混合物后以至少500k/h的直至600℃的温度的冷却速率的冷却过程，即，通过将烧结组合物淬火，可以使所述含金属的组合物的熔体与硬磁相的晶粒的反应最小化。
根据本发明，进一步地还描述了用于制备前述公开的磁性材料的第二种方法。这里，利用了晶界相扩散的作用。类似于本发明的第一种方法，首先制备化学计量的硬磁相，随后将其研磨并烧结。然后进行施加含金属的组合物至硬磁相的表面以形成晶界相的步骤，所述含金属的组合物具有低于所述硬磁相的包晶温度的熔融温度，并在该含金属的组合物的熔融温度以上进行温度处理。由此，该含金属的组合物沿晶界扩散到硬磁性材料中，并形成与硬磁相磁去耦的晶界相。根据本发明的第二种方法也用于制备具有高的最大能量乘积和高的矫顽磁场强度的磁性材料，并且技术上简单，和因此也可成本有利地转化。
附图简述
下文中，参照附图详细说明了本发明的实施例。在图中：
图1是根据本发明的一个有利扩展实施方案的磁性材料的微观结构的示意性剖视图。
本发明实施方式
下文中，参照图1详细说明本发明。图1详细地示出了具有硬磁相2和晶界相3的磁性材料1。硬磁相2由硬磁晶粒4构成，其被晶界相3分离，和因此也被磁去耦。
硬磁相2含有至少一种元素z。该元素z含有至少一种稀土金属re和/或钇。如果含有稀土金属，则其含有至少3.5原子％的铈。作为其它元素，硬磁相2含有至少一种过渡金属tm、铁和钛。硬磁相2可以通过下式来描述：
zatmbfec-etid-fxe+f
其中a=7-9原子％,b≤41原子%，c≥41原子%，d=7-9原子%，x选自：mo,v,ta,nb,cr,si,zr,al,w,pd和p，e+f=0-4.5原子％，且a+b+(c-e)+(d-f)+(e+f)=100原子％。
晶界相3含有至少一种金属，并具有低于所述硬磁相2的包晶温度的熔融温度。
磁性材料1的特征在于高的矫顽磁场强度和高的最大能量乘积(bh)max。