磁性材料和用于其制造的方法_2

文档序号:9264790阅读:来源:国知局
晶界相仅仅描述在其中硬磁相的晶粒、晶体或微晶彼此毗邻的细长区域,硬磁相的边缘区域R也包括在晶粒、晶体或微晶的外部晶粒体积中的区域。晶粒的边缘区域R的厚度构成硬磁相的相应晶粒的直径的最大1/5,其中直径表示相应晶粒的最宽位置处的直线的长度。边缘区域R的厚度以及晶粒的直径可以借助于显微的方法一一例如透射电子显微法或扫描电子显微法一一与能量分散的和/或波长分散的伦琴射线谱学(TEM/EDX/WDX 或 REM/EDX/WDX)结合地来确定。
[0010]根据本发明的另一有利的实施方式,在硬磁相的初始材料中硬磁相的稀土金属(RE)的含量相对于硬磁相的初始材料的总重量为5%至40%重量百分比、优选10%至30%重量百分比,和/或硬磁相的添加元素(X)的含量相对于硬磁相的初始材料的总重量为0.1%至30%重量百分比、优选0.5%至25%重量百分比,其中所述硬磁相的初始材料的剩余部分由过渡金属(TM)来构成。如果在初始材料中硬磁相的稀土金属(RE)的份额处在至少5%重量百分比并且优选地处在至少10%重量百分比和/或硬磁相的添加元素(X)的份额处在至少0.1%重量百分比并且优选地处在至少0.5%重量百分比,则获得了稳定的高效的磁性材料,该磁性材料具有非常低含量的通常使用的昂贵的稀土金属,如Nd,并且尽管如此具有突出的磁属性以及尤其是高的剩余磁化和高矫顽磁场强度、以及因此也具有非常好的能量积。硬磁相的稀土金属(RE)的高于30%重量百分比并且尤其是高于40%重量百分比的较高含量和/或硬磁相的添加元素(X)的高于25%重量百分比并且尤其是高于30%重量百分比的较高含量不引起剩余磁化和矫顽磁场的进一步明显提升,一般而言降低剩余磁化并且极大提高根据本发明的磁性材料的原材料成本。硬磁相的成分的相应含量可以借助于ICP-OES (inductively couple plasma-optical emiss1n spectrometry,电感親合等离子体发射光谱法)来确定。
[0011]另外优选地,根据本发明的磁性材料的特征在于:晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd的含量相对于晶界相的总重量为10%至100%重量百分比,优选地为50%至75%重量百分比。因此根据本发明,晶界相可以仅仅由重稀土金属(Z)和/或Nd组成,但是也可以包括另外的元素或化合物,例如另外的稀土金属,如已经包含在硬磁相中的稀土金属那样。然而有利的是,晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd的份额相对于晶界相的总重量为至少10%重量百分比并且优选地为至少50%重量百分比。由此,可以实现根据本发明的磁性材料的非常高的矫顽磁场强度,以及实现突出的能量积和高的磁饱和度。然而,晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd的份额越高,磁性材料的原材料成本越贵。此外,从晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd的含量相对于晶界相的总重量高于75%重量百分比起,就不能实现显著提升磁性材料的磁属性的其它效应。成分的相应含量可以借助于ICP-0ES(inductivelycouple plasma-optical emiss1n spectrometry,电感親合等离子体发射光谱法)来确定。
[0012]根据另一优选的实施方式,磁性材料具有下列晶体结构中的至少一种:RE2TM14X、RE (TM,X)12、RE2 (TM,X)17、RE (TM,X)#PRE3 (TM,X)29。这些晶体结构用对于本发明重要的元素组合来得出稳定的晶格,使得不仅根据本发明的磁性材料的磁属性被优化而且其机械的以及化学的稳定性也被优化。
[0013]另外优选地,根据本发明的磁性材料通过如下方式而显得突出:硬磁相的晶粒的边缘区域R和晶粒体积具有相同的晶体结构,其中在晶粒体积中少于50%原子百分比、优选地少于30%原子百分比以及特别优选地少于10%原子百分比的硬磁相的稀土金属(RE)被晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd替代,并且其中在边缘区域R中至少10%原子百分比、优选地至少30%原子百分比以及特别优选地至少50%原子百分比的硬磁相的稀土金属(RE)被晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd替代,其中替代度与硬磁相的初始材料的组成有关。通过例如压制和烧结初始材料所制造的磁性材料大多具有至少两种晶体结构,即一种在硬磁相的晶粒中以及另一种在晶界相中。形成硬磁相的晶粒优选地通过晶粒体积和将相应晶粒体积切边的边缘区域R来构成,其中晶粒体积和边缘区域R具有相同的晶体结构。这也包括如下情况:存在具有不同晶体结构的不同的晶粒,其中这样的话其晶粒体积以及其所属边缘区域分别根据晶粒的组成具有相同的晶体结构。依照根据本发明的磁性材料的制造,重稀土金属(Z)和/或Nd通过扩散首先到达晶界相中。通过进一步的扩散,晶界相的重稀土金属(Z)和/或Nd优选地也扩散到边缘区域和硬磁相晶粒的晶粒体积中。在此,该晶界相的重稀土金属(Z)和/或Nd替代硬磁相的稀土金属(RE),也就是说该晶界相的重稀土金属(Z)和/或Nd在硬磁晶粒的晶体结构中移动到硬磁相的稀土金属(RE)的位置处,其中硬磁相的稀土金属(RE)扩散到晶界相中。稀土金属的扩散进入以及因此还有替代度可以例如通过磁性材料的合适的温度处理来控制。稀土金属(RE)的替代度优选地通过晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd在晶粒体积中少于50%原子百分比、优选地少于30%原子百分比以及特别优选地少于10%原子百分比,因为晶粒体积对于铸造磁性材料的矫顽磁场强度具有强度较低的影响并且晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd在此仅仅提高磁性材料的成本。此外,重稀土金属、例如Dy大多降低磁性材料的饱和极化,因此其与过渡金属原子反极性并联地耦合。这可以通过如下方式特别好地被避免:晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd主要在硬磁相的晶粒的边缘区域R中替代硬磁相的稀土金属(RE)。在此,至少10%原子百分比、优选地至少30%原子百分比以及特别优选地至少50%原子百分比的替代度特别有利于提高磁性材料的矫顽磁场强度。
[0014]通过根据本发明的磁性材料的非常高的能量积、高的剩余磁化以及高的各向异性,该根据本发明的磁性材料尤其适于制造用在构造空间被缩减的应用中的永磁体,这些应用需要高的能量密度,例如电机,如尤其是发电机、机动车辆、起动机、电动机、扬声器或微机电系统,所述应用包含尤其是至少一种永磁体形式的根据本发明的磁性材料,所述永磁体包括这样的磁性材料。针对根据本发明的磁性材料所描述的优点、有利的效应和优选的实施方式也应用到这种电机上。
[0015]此外,根据本发明也描述两种用于制造根据本发明的磁性材料的方法。第一种方法包括以下步骤:
-将包括至少一种重稀土金属(Z)和/或Nd的层涂覆到硬磁相的表面上, -加热该层,并且
-至少部分地、优选完全地使重稀土金属(Z)和/或Nd扩散进入到磁性材料的晶界相中和/或边缘区域R中和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中,其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。
[0016]通过该方法实现了特定组成的磁性材料的晶界相中的和/或边缘区域R中的和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中的至少一种重稀土金属(Z)和/或Nd被富集,由此实现好的硬磁属性的最优状态,即高的矫顽磁场强度、高的磁饱和度和高的能量积。对此,首先将包括至少一种重稀土金属(Z)和/或Nd (这也包含重稀土金属和/或Nd的混合物)的层涂覆到硬磁相的表面上。通过将配备有所述层的以硬磁相的形式存在的磁体材料加热到合适的温度,优选地加热到大约500°C至1000°C的温度,晶界相被软
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