專利名稱：摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基本保持永磁體磁場大小不變的情況下降低永磁體成本的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，磁性材料的應(yīng)用越來越廣泛，其中包括磁記錄材料、應(yīng)力傳感器(磁致伸縮材料)、高磁導(dǎo)率低損耗軟磁合金、磁制冷材料(磁熱效應(yīng))、磁電阻材料等等。這也伴隨著永磁體的應(yīng)用越來越廣泛。永磁材料從第一代永磁材料RCo5,發(fā)展至第二代永磁材料R2Co17,直至現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的第三代永磁材料Nd-Fe-B。但無疑這些材料中都包含了價格昂貴并且十分稀缺的稀土材料。雖然我國是稀土大國，但從全球的角度來看，稀土資源仍然十分稀少，并且其高昂的價格對民用及未來的發(fā)展都有極大的限制。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，降低永磁體中稀土材料的使用比重是有意義的。軟磁材料，如:Fe、Co、Ni及其合金，具有高磁導(dǎo)率，低飽和場的特性，迄今發(fā)現(xiàn)的材
料中Fe2Co具有最大的磁矩2.5μΒ
。如將軟磁材料替代部分永磁材料存在于永磁體內(nèi)部，則軟磁材料可替代永磁材料存在，這樣即可在不顯著降低永磁體場強(qiáng)的情況下降低永磁體成本。尤其在對磁體矯頑力要求不高時優(yōu)勢更為明顯。對于室溫磁制冷項目，該發(fā)明具有特殊的意義。雖然材料的磁熱效應(yīng)隨著磁場的增大而增大，但過高的磁場強(qiáng)度并不適合于民用，且室溫磁制冷對磁場強(qiáng)度的依賴性并不是非常高。但對于室溫磁制冷機(jī)，包括主動蓄冷磁制冷機(jī)以及現(xiàn)在備受關(guān)注的混合蓄冷磁制冷機(jī)，系統(tǒng)都包含體積巨大的永磁體。這樣大體積的永磁體消耗大量的稀土元素，價格昂貴。本發(fā)明在不顯著降低永磁體場強(qiáng)的情況下，在永磁體內(nèi)摻入軟磁材料，不但降低了永磁體成本，而且降低了室溫磁制冷機(jī)的成本需求，可以推進(jìn)磁制冷機(jī)替代氣體壓縮機(jī)的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種降低永磁體成本的方法。本發(fā)明的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法包括:準(zhǔn)備永磁粉料和軟磁材料；和在保護(hù)性氣氛下將所述永磁粉料和軟磁材料燒結(jié)成復(fù)合永磁體。在本發(fā)明的一個方面，所述永磁體為圓柱體或長方體，摻入的軟磁材料為片狀。在本發(fā)明的另一方面，所述永磁體為任意形狀，摻入的軟磁材料為顆粒狀或絲狀。本發(fā)明在不顯著降低永磁體場強(qiáng)的情況下，在永磁體內(nèi)部摻入軟磁材料，從而降低了永磁體成本。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的示意透視 圖2為根據(jù)本發(fā)明的又一種摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的示意透視 圖3A為根據(jù)本發(fā)明的一種摻入軟磁材料顆粒的復(fù)合永磁體的剖視立體 圖3B為圖3A中A處的局部放大 圖4為本發(fā)明的一種軟磁材料的立體示意 圖5為采用圖4中的軟磁材料制作本發(fā)明中的復(fù)合永磁體的示意 圖6為本發(fā)明的又一種軟磁材料的立體示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)該清楚，附圖中所描述的本發(fā)明的具體實施方式
僅為說明本發(fā)明用，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。本發(fā)明的永磁材料采用Nd-Fe-B合金，但也可采用本領(lǐng)域已知的其它永磁材料，如但不限于RCo5和R2Co1715本發(fā)明中可使用本領(lǐng)域已知的軟磁材料，包括但不限于Fe、Co、Ni及其合金。優(yōu)選的軟磁材料為鐵。本發(fā)明的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法包括:準(zhǔn)備永磁粉料和軟磁材料；和在保護(hù)性氣氛下將所述永磁粉料和軟磁材料燒結(jié)成復(fù)合永磁體。在一種具體實施方式
中，永磁粉料和單層軟磁材料片在保護(hù)性氣氛中被燒結(jié)成圓柱體形狀，當(dāng)然也可燒結(jié)成長方體(或正方體)形狀。對于體積較小的圓柱形永磁體可采用單層摻入軟磁材料片的方式，如圖1所示。當(dāng)永磁體10中間沒有摻入軟磁材料片20時，根據(jù)磁荷的原理及高斯定理，當(dāng)NI(標(biāo)號202)與S2 (標(biāo)號201)面間距很小時，軟磁材料層20位置的磁場主要來源于如圖所示的NI (標(biāo)號202)及S2 (標(biāo)號201)面上的面磁荷，此時面間的磁場與平行板電容器中的電場相似，面間各處的磁場方向與大小基本相同。在這樣情況下?lián)饺胲洿挪牧掀?0,軟磁材料被磁化后內(nèi)部磁矩可以基本保持平行且各處磁化強(qiáng)度基本一致，這樣摻入的軟磁材料就起到了代替原永磁材料的作用。但是，如果拉大NI (標(biāo)號202)與S2 (標(biāo)號201)面的間距，S卩加大摻入軟磁材料片20的厚度，面間各處的磁場方向隨著間距的加大變得不一致，各處磁場大小也變得各不相同。如在這樣的情況下?lián)饺胲洿挪牧掀?0，軟磁材料被磁化后內(nèi)部磁矩也不能互相平行排列，這不符合本發(fā)明的基本思想。對于摻入軟磁材料的圓柱形復(fù)合永磁體100，軟磁材料片20的厚度與圓柱半徑之比為0.3:1至0.8: 1，優(yōu)選0.4:1至0.7:1，更優(yōu)選0.5:1至0.65:1。軟磁材料片的摻入
位置距離永磁體表面約1/8半徑至1/3半徑。所述的保護(hù)性氣氛可在燒結(jié)爐中采用氮氣(N2)或惰性氣體如氬氣(Ar)形成。在又一種具體實施方式
中，永磁粉料和多層軟磁材料片在保護(hù)性氣氛中被燒結(jié)成形為圓柱體形狀或長方體(或正方體)形狀。這樣制得的摻入軟磁材料的永磁體可具有更大尺寸。如圖2所示，當(dāng)軟磁材料片20、30、40層數(shù)過多時，層與層間的距離變小，層與層間的磁場相互作用不可忽略，如N3 (標(biāo)號402)與S2 (標(biāo)號201)面的面磁荷對于N2與S3面間的磁場的影響已不可忽略，這會導(dǎo)致原層間方向一致大小相等的磁場被破壞，如此時摻入軟磁材料片，軟磁材料不可替代永磁材料存在，因此層間間距必須大到相鄰面影響可忽略，以保證軟磁材料位置的磁場方向基本相同，大小基本相等。軟磁材料片20、30、40的間距應(yīng)至少為復(fù)合永磁體200圓柱半徑的1/4。在又一種具體實施方式
中，永磁粉料和軟磁材料顆粒經(jīng)均勻混合后進(jìn)行燒結(jié)成形為任意形狀，如但不限于圓柱體。如上所述，軟磁材料片在摻入永磁體時需要考慮永磁體形狀，層間間距及層厚度。圖3A、3B示出了一種更加方便的以顆粒方式摻入軟磁材料的方式。如圖3A、3B所示，永磁粉料310和軟磁材料顆粒320被燒結(jié)在一起形成摻入軟磁材料的圓柱形復(fù)合永磁體300。軟磁材料顆粒320可以替代部分永磁材料存在于永磁體內(nèi)部。軟磁材料顆粒320尺寸不易過小，如尺寸過小，在燒結(jié)永磁體時，易把軟磁材料原子燒結(jié)入永磁體結(jié)構(gòu)，形成新的合金，如顆粒過細(xì)的Fe顆粒與NdFeB粉末燒結(jié)時易形成富鐵NdFeB。本發(fā)明中，軟磁材料顆粒320的尺寸應(yīng)在30-200目之間。在又一種具體實施方式
中，永磁粉料和絲狀軟磁材料經(jīng)均勻混合后進(jìn)行燒結(jié)成形制成摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體。其制造方法與圖3、4中示出的摻入顆粒軟磁材料的永磁體的制造方法基本相同。絲狀軟磁材料如軟鐵相對于顆粒狀的軟磁材料更抗氧化，更容易保存。本發(fā)明中，絲狀軟磁材料的直徑的范圍為0.2-2 mm，優(yōu)選0.3-1 mm。圖4和圖5不出了本發(fā)明的另外一種實施方式。與前述不同，軟磁材料50為楔形。此種形狀的軟磁材料與永磁材料60混合燒結(jié)時，由于熱膨脹系數(shù)不同，彼此會自動調(diào)節(jié)相對距離，如圖5所示。這樣就可以避免撐壞模具。在永磁體的兩極的磁場都要使用時，可以采用如圖6所示的雙頭楔形軟磁材料80。實施例1
對IOmm厚直徑為40mm的片狀軟鐵進(jìn)行粗糙處理，然后將處理后的軟鐵和NdFeB粉料放在模具中于充氮氣的燒結(jié)爐中一起燒結(jié)制得直徑為60mm高為60mm的摻入軟鐵的NdFeB圓柱形永磁體。經(jīng)測量，所獲得的復(fù)合永磁體內(nèi)部磁矩基本保持平行且各處磁化強(qiáng)度基本一致。實施例2
與實施例1中不同的是，粗糙處理后的軟鐵上開直徑為Imm的小孔，再和NdFeB粉料一起燒結(jié)。經(jīng)觀察,軟鐵小孔中滲入NdFeB，復(fù)合永磁體結(jié)構(gòu)更堅固。實施例3
將體積比為1:3的100目軟鐵顆粒和NdFeB粉料混合均勻放在模具中于充氮氣的燒結(jié)爐中一起燒結(jié)制得直徑為60mm高為60_的摻入軟鐵顆粒的NdFeB圓柱形永磁體。經(jīng)測量，所獲得的復(fù)合永磁體內(nèi)部磁矩基本保持平行且各處磁化強(qiáng)度基本一致。實施例1-3中所采用的NdFeB以商品名N42購自山西金山磁材有限公司。尤其需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管本發(fā)明是針對燒結(jié)永磁體闡述的，但本發(fā)明中的復(fù)合永磁體也可使用粘接劑將永磁粉料和軟磁材料混合粘接壓模成型。
基于對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細(xì)節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法,包括以下步驟:準(zhǔn)備永磁粉料和軟磁材料；和 在保護(hù)性氣氛下將所述永磁粉料和軟磁材料燒結(jié)成復(fù)合永磁體；或使用粘接劑將永磁粉料和軟磁材料混合粘接壓模成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述永磁粉料選自Nd-Fe-B合金、RCo5和R2Co17 ;所述軟磁材料選自Fe、Co、Ni和它們的合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述復(fù)合永磁體為圓柱體或長方體，摻入的軟磁材料為片狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述復(fù)合永磁體為圓柱體，且所述摻入的軟磁材料片的厚度與所述圓柱半徑之比為0.3:1至·0.8:1
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述摻入的軟磁材料片距離所述永磁體表面約1/8圓柱半徑至1/3圓柱半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述摻入的軟磁材料為顆粒狀或絲狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述軟磁材料顆粒的尺寸為30-200目。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法，其特征在于，所述軟磁材料絲的直徑為0.2-2 mm。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法制造的復(fù)合永磁體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在基本保持永磁體磁場大小不變的情況下降低永磁體成本的方法，具體涉及一種摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法。本發(fā)明中的摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法包括準(zhǔn)備永磁粉料和軟磁材料和在保護(hù)性氣氛下將所述永磁粉料和軟磁材料燒結(jié)成復(fù)合永磁體。本發(fā)明還涉及根據(jù)所述摻入軟磁材料的復(fù)合永磁體的制造方法制造的復(fù)合永磁體。本發(fā)明在不顯著降低永磁體場強(qiáng)的情況下，在永磁體內(nèi)部摻入軟磁材料，從而降低了永磁體成本。
文檔編號H01F1/00GK103165280SQ20111040943
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者盧定偉, 龔元元, 智婷 申請人:南京大學(xué)