專利名稱：稀土磁體粉末的制造方法和稀土粘結磁體的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀土磁體粉末的制造方法和稀土粘結磁體(bond magnet) 的制造方法。
背景技術：
近來，對作為具有優(yōu)異的磁性的磁體的稀土磁體給予了大量關注。 在用于稀土磁體的各種磁體材料中，通過將SmFe合金等氮化而制得的磁
體(以下稱作氮化化合物磁體)，作為具有高居里點和優(yōu)異的磁各向異性的 磁體材料，受到了特別關注。
具有稀土元素作為主要成分的氮化化合物磁體的制造方法通常具有 以下步驟合金熔化、粉碎、氮化、壓力成型、燒結、加工和磁化等。 通常，在氮化中，在N2或NH3等的氣體氛圍或者此類氣體和H2的混合
氣體氛圍下對合金粉末進行加熱，從而通過固-氣反應在晶格中引入氮。 在這樣的氮化中，在合金粉末在高溫容易氮化的同時，當該粉末在約 65(TC的高溫進行加熱時，發(fā)生氮化化合物的分解，導致軟磁性的(x-Fe 相的形成。因此，有必要在低溫長時間進行氮化。
為了應對該問題，日本特開平5-109518描述了一種方法，其中，在 1.5 atm (大氣壓) 300 atm的高壓和500°C以下的溫度的條件下加熱合 金粉末，從而抑制氮化化合物的分解。日本特開平5-135978描述了一種 方法，其中，在高壓(2atm以上)通過等離子燒結進行氮化，從而抑制氮 化化合物的分解，并且減少了處理時間，盡管迄今為止其還是較長。
日本特開平11-87118描述了一種方法，其中，當具有較細粒徑的稀 土磁體粉末在包含NH3和H2的混合氣體的氛圍下被氮化時，控制各氣體 的分壓從而抑制過度氮化。而且，Imaoka等，"Magnetic Properties and Nitriding Process of Sm2Fe!7NX "， Transaction A of The Institute of ElectricalEngineers of JAPAN,第113巻，第4期，第276 285頁，1992年9月 28日，描述了一種方法，其中，通過氨-氫混合法進行氮化，從而改善氮 化效率。
不過，在如日本特開平5-109518或日本特開平5-135978所述的方法 在高壓進行加熱的方法中，存在氮化不充分的問題，從而在稀土元素/過 渡金屬類磁體材料中形成未氮化的區(qū)域，因而磁體材料被不均勻氮化。
而且，在如日本特開平11-87118所述的在氮化中控制混合氣體的分 壓的方法中，作為氮化對象的合金粒子的晶體粒徑較小，為50nm以下， 因而即使NH3和H2的各分壓被控制，合金粒子也可能被不均勻地氮化。
lt匕夕卜，在4吏用 "Magnetic Properties and Nitriding Process of Sm2Fe17Nx"， Transaction A of The Institute of Electrical Engineers of JAPAN,第113巻，第4期所述的氨-氫混合法的方法中，盡管可以減少 處理時間，由于在氨和氫分別以預定流速流動的同時進行加熱，所以在 管狀電爐中有時形成氨或氫的量不均勻的區(qū)域。結果，僅在稀土元素/過 渡金屬類磁體材料的特定部位中，氮化容易進行，導致不均勻氮化。而 且，當氫殘留在磁體中時，在長期使用條件下磁體逐漸變得顯著易碎， 這不是優(yōu)選的。
作為用于進行上述各類氮化的裝置，通常使用大型外置爐。此時， 合金粉末容易被氧化，因而容易形成軟磁相。因此，采取下述手段，例 如，將高純度氮氣充入該爐，或者將爐內氮氣重復置換或重復抽空，從 而抑制氧化。不過，此時，處理時間增加，從而生產(chǎn)效率下降，另外， 成本顯著上升。而且，即使置換或抽空氮氣，也難以將氧氣從合金粉末 的內部完全除去。
這樣，各方法均有各種問題，并且目前通過各方法氮化的稀土元素/ 過渡金屬類磁體的磁性值與理論值相比仍然相當?shù)汀?br> 鑒于上述問題而作出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)異的磁 性的稀土磁體粉末的制造方法和稀土粘結磁體的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種稀土磁體粉末的制造方法和一種稀土 粘結磁體的制造方法，通過各方法，可以降低氮化步驟的處理時間。

發(fā)明內容
為了解決所述問題，本發(fā)明的第一方面的要旨在于具有氮化步驟， 其中，在含有氮原子的氛圍中用微波照射稀土元素/過渡金屬類合金粉末，
從而使所述氮原子進入晶格。
本發(fā)明的第二方面的要旨在于，在第一方面的稀土磁體粉末的制造 方法中，在所述氮化步驟之后進一步進行均質化步驟，其中在惰性氣體 中加熱所述稀土磁體粉末。
本發(fā)明的第三方面的要旨在于，在第一方面的稀土磁體粉末的制造
方法中，照射到所述合金粉末的所述微波的頻率為lGHz 30GHz。
本發(fā)明的第四方面的要旨在于，在第二方面的稀土磁體粉末的制造 方法中，照射到所述合金粉末的所述微波的頻率為lGHz 30GHz。
本發(fā)明的第五方面的要旨在于，在第一至第四方面中任一項的稀土 磁體粉末的制造方法中，所述合金粉末的平均粒徑為2 pm 90 pm。
本發(fā)明的第六方面的要旨在于，在第一至第四方面中任一項的稀土 磁體粉末的制造方法中，在所述氮化步驟中，含氮的氛圍氣的壓力為 0.1 MPa 5MPa。
本發(fā)明的第七方面的要旨在于，在第一至第四方面中任一項的稀土 磁體粉末的制造方法中，在所述氮化步驟中，在25(TC 60(TC的溫度范 圍內加熱所述稀土元素/過渡金屬類合金粉末的同時，進行微波照射。
本發(fā)明的第八方面的要旨在于，將第一至第四方面中任一項的稀土 磁體粉末與樹脂粘合劑或金屬粘合劑混合以進行成型。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用微波照射所述稀土元素/過渡金屬類合金 粉末，從而可以進行所述合金粉末本身的自加熱、快速加熱和選擇性加 熱。因此，可以減少氮化所用處理時間。而且，即使在其內部，所述粉 末也能被均勻地氮化，從而能夠獲得具有高磁性的稀土磁體粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，進行將待進行氮化的所述稀土磁體粉末加 熱的均質化處理，從而可以將氮原子移動到晶格中的穩(wěn)定的間隙位置。
根據(jù)本發(fā)明的第三和第四方面，由于氮化步驟中照射的微波的頻率為1 GHz 30 GHz，所以可以抑制固相擴散比氮化優(yōu)先進行的現(xiàn)象，即 使在其內部，粉末也可以被均勻地氮化。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，由于作為氮化對象的合金粉末的粒徑為 2nm 90pm，所以可以抑制合金粉末的氧化和過度氮化，并且合金粉末 可以被均勻地氮化。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，由于氮化步驟中的氛圍的壓力為0.1 MPa 5MPa，所以合金粉末可以被均勻地氮化，可以防止由于過高壓力引起的 過度氮化而導致的合金中的非晶態(tài)的形成。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，由于在氮化步驟中加熱合金粉末的同時進 行微波照射，所以可以更有效地加速合金粉末的氮化。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，由于通過使用進行過氮化的稀土磁體粉末 和樹脂粘合劑或金屬粘合劑制造稀土粘結磁體，所以可以獲得具有優(yōu)異 的磁性的粘結磁體。


圖1為顯示本發(fā)明的實施方式的示意圖。
具體實施例方式
圖1為顯示本發(fā)明的實施方式的示意圖。
振蕩出微波的微波振蕩管1經(jīng)導波器2連接到施用器3。通過微波 振蕩管1振蕩出的微波經(jīng)導波器2傳輸?shù)绞┯闷?。導波器2具有隔離器 4。隔離器4將導波器2上的微波僅傳輸?shù)绞┯闷?的方向，并且吸收沿 相反方向傳輸?shù)奈⒉ā?br> 將樣品5放在施用器3中，并用微波照射。施用器3為金屬制封閉 容器，并成型以防止微波泄漏到外部。而且，施用器3與用于引入諸如 氮氣等惰性氣體的氣體供應源6連接。而且，施用器3與用于從其內部 排空氣氛的泵7連接。
樣品5連接到熱電偶8,從而可以測定樣品5的與微波照射有關的 溫度變化。施用器3具有壓力表9，從而可以測定內部壓力。微波振蕩管1、氣體供應源6、泵7、熱電偶8和壓力表9連接到控制器10，從而分 別得到控制。因此，通過控制器10可以控制施用器內的氛圍和壓力以及 樣品溫度的上升等。
作為微波振蕩管l，可以使用磁控管、回旋振蕩管和速調管等。 對本發(fā)明的稀土元素/過渡金屬類(以下稱作R-TM類)磁體粉末的制 造方法和使用該粉末制造稀土粘結磁體的方法進行下述各步驟的說明。R 由稀土元素中的至少一種或兩種元素構成，TM由過渡元素中的至少一種 或兩種元素構成。
(l)R-TM類合金粉末的制造
作為構成本發(fā)明的R-TM類合金的稀土元素，可以使用包含Y(釔) 的鑭系元素(La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb和Lu)。特別是，當使用Pr、 Nd或Sm時，可以顯著改善磁性。 而且，將至少兩種的稀土元素相互組合使用，可以改善磁性的剩余磁通 密度和矯頑力。
另外，稀土元素優(yōu)選占所有元素的5 30原子％。當其少于5原子％ 時，軟磁性相增加，這不是優(yōu)選的。當其多于30原子％時，由于過渡金 屬的含量降低，所以未形成足量的主相。此外，由于具有相當高含量的 稀土元素的非磁性相的比例上升，所以磁性顯著下降，因而不能充分獲 得磁性。
作為R-TM合金所用的過渡金屬，可以使用任何元素，不過特別優(yōu) 選Fe，而且為了熱穩(wěn)定性可以混合Mn、 Co禾nNi。即使此時，也可以在 不導致磁性下降的情況下獲得合金。另外，過渡金屬優(yōu)選占所有元素的 30 80原子％。當其低于30原子％時，飽和磁化降低。當其高于80原 子％時，未獲得高矯頑力。
作為R-TM類合金粉末的制造方法，雖然其沒有特別的限制，但是 可以使用例如熔融澆鑄法或液體淬火法。在典型的熔融澆鑄法的情況中， 稀土金屬、過渡金屬和附加金屬以預定混合比混合，然后在惰性氣氛中 進行高頻熔融，對所得合金錠進行熱處理，然后通過諸如顎式粉碎機、 噴射磨或磨碎機等粉碎機粉碎至預定粒徑。在液體淬火法中，與如上制造的合金錠相反，將熔融的合金排出到 高速旋轉的輥上，以接觸輥的外周面，從而熔融合金淬火生成合金帶。
通過粉碎機將合金帶粉碎成預定粒徑。即使在該熔融中C或B等作為不
可避免的雜質混入合金中，也不會發(fā)生特別的問題。
此時，粒徑優(yōu)選平均為2lam 90^m。當平均粒徑小于2 pm時，在 后續(xù)的氮化步驟中合金粒子容易被氧化，并且可能被過度氮化。而且， 在制造粘結磁體時由于聚集或回彈導致的密度的上升沒有實現(xiàn)，導致磁 性的劣化。另外，當平均粒徑大于90 pm時，粒子在其內部未被氮化， 導致不均勻氮化，這引起磁性的劣化。
(2)氮化
當通過上述方法獲得R-TM類合金粉末后，對R-TM類合金粉末進 行氮化。在氮化中，在含有氮原子的氛圍中對R-TM類合金粉末進行微 波照射。此時，如果微波照射在常壓進行，例如，當合金粉末的粒徑相 對較大時，在合金粉末中不均勻地形成氮化區(qū)域和未氮化區(qū)域，這導致 磁性的變化。因此，使用加壓氛圍來消除未氮化區(qū)域，從而即使在具有 較大粒徑的合金粉末中，由于氣壓和微波照射的協(xié)同效應也可以實現(xiàn)均 勻的氮化。
作為加壓氣體，可以使用空氣、氮氣或者諸如空氣和氮氣、氮氣和 惰性氣體(氮氣除外)以及空氣和惰性氣體等的混合氣。取決于微波的照射 條件，氣體的壓力優(yōu)選為0.1 5 MPa。當壓力小于O.l MPa時，氮原子 不進入合金粒子的內部，僅停留在表面。當其大于5MPa時，由于過度 氮化，會在合金粒子中誘發(fā)非晶態(tài)的形成。此外，在氮化中，通過避免 使用氨和氫等氣體，可以防止氫殘留在合金粉末中。
在氮化中，R-TM類合金粉末在被加熱至250 60(TC的溫度的同時 用微波照射，從而可以將合金粉末最好地氮化。當加熱溫度低于25(TC時， 氮化處理速度降低。當加熱溫度高于60(TC時，合金分解為稀土元素的氮 化物和軟磁性相，這不是優(yōu)選的。
照射到合金粉末的微波的頻率優(yōu)選為1 GHz 30 GHz。當頻率低于 1 GHz時，容易發(fā)生放電現(xiàn)象，從而固相擴散比氮化優(yōu)先進行。當其高于30GHz時，由于波長較短，微波對粉末粒子內部的穿透深度變小，這 會引起顆粒在其內部未被氮化的現(xiàn)象。微波的輸出功率優(yōu)選為5 kW以 下，以獲得穩(wěn)定的電場。當其高于5kW時，必需昂貴的裝置，導致過高 成本。
在上述優(yōu)化的條件進行氮化，從而盡管過去使用外置爐氮化時需要 數(shù)小時以上，但在使用微波照射的氮化中合金粒子可以在一小時內被氮 化。
而且，通過微波照射將稀土磁體粉末選擇性性地并快速地自加熱， 從而可以獲得在保持粒子形狀的同時使氮進入金屬晶格的磁性材料。
此外，由于氮化反應在微波照射下選擇性地進行，所以即使在具有 相對較高含量的氧的環(huán)境中也未發(fā)現(xiàn)氧化。因此，上述效應特別顯現(xiàn)在 比表面積較大并且易受氧化影響的細粉中。
作為使用微波的氮化處理的機理，在分析上給出了反應產(chǎn)物的穩(wěn)定 化和反應物的活性，但是還有許多點未能說明，并且作為未來議題在進 行研究。
(3) 均質化
在氮化完成之后，進行均質化。即，在照射微波之后，當足量的氮 進入合金粉末的表面和內部后，氮的插入位點仍然處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因 此，進行均質化，以便氮移動到穩(wěn)定位點并被穩(wěn)定化。
在均質化中，當?shù)腞-TM類合金粉末在諸如氮氣等惰性氣體中 在20(TC 60(TC進行熱處理0.5 5.0小時后，可以進一步改善磁性的矯 頑力。這里，如果將熱處理爐排空至真空，氮氣逸散，因而重要的是在 惰性氣體中進行熱處理以便不受外部氛圍的影響，從而氮原子移動到晶 格中的穩(wěn)定位點。
盡管可以通過與氮化中相同的微波裝置進行均質化，但其可以通過 外置爐進行。如上文所述，對R-TM類合金粉末進行使用微波照射的氮 化和均質化，從而可以獲得具有優(yōu)異的磁性且被穩(wěn)定化的氮間隙稀土磁 體粉末。
(4) 稀土粘結磁體當制造本發(fā)明的粘結磁體時，將以上述方式獲得稀土磁體粉末與樹 脂粘合劑混合，從而形成為復合物。此時，所用樹脂粘合劑沒有特別的 限制，不過當將熱塑性樹脂用于粘合劑時，可以使用具有良好的成型性 的樹脂，例如，工程塑料樹脂，包括聚酰胺樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸 酯樹脂、聚苯撐樹脂、芳香族聚酯或彈性體。當需要高耐熱性時，可以
使用PPS、 PEEK、 LCP或氟樹脂等。將熱塑性樹脂和稀土磁體粉末熔融 并混合，然后造粒。于是，對造粒的樹脂和粉末進行注射成型或擠出成 型。
當將熱固性樹脂用于樹脂粘合劑時，可以使用不飽和聚酯樹脂、酚 醛樹脂或三聚氰胺樹脂等。此時，優(yōu)選將有機溶劑等用于在制備粒狀粉 末之前混合和脫氣，從而將熱固性樹脂和添加劑特別均勻地混合。
在使用熱固性樹脂的情況中，當對壓縮成型得到的壓塊進行微波照 射時，稀土磁體粉末被快速且選擇性地自加熱，從而壓塊可以在幾分鐘 內加熱至目標溫度。磁體粉末產(chǎn)生的熱轉移到磁體周圍的熱固性樹脂， 由此可以將該樹脂瞬時固化。
將磁體粉末與代替樹脂粘合劑的金屬粘合劑混合，然后對混合的粉 末進行壓縮成型，從而可以獲得具有優(yōu)異的耐熱性的稀土粘結磁體。此 時，通過微波選擇性加熱的低熔點金屬或低熔點合金可以用于金屬粘合 劑，優(yōu)選使用諸如Mg、 Al、 Cu、 Zn、 Ga、 Pb、 Sn和Bi等金屬或者采 用各種金屬的合金。而且，通過使用真空沉積、化學氣相沉積、物理氣 相沉積、電鍍或熔融法等，用金屬粘合劑近似均勻地覆蓋稀土磁體粉末， 從而可以獲得高密度壓縮成型制品。以此方式制造粘結磁體時，抑制了 晶粒的粗糙化，因而可以在不氧化粒子的情況下，實現(xiàn)磁體粒子之間的 樹脂粘接。
在通過熔融澆鑄法制得的稀土磁體粉末的情況中，由于粉末具有磁 各向異性，所以在成型步驟中，在成型機的模具內引入磁路，并向粉末 施加定向磁場，從而使晶體取向對齊。于是，可以最大程度表現(xiàn)粉末的 磁性，由此可以制得具有高磁通密度的稀土粘結磁體。
在通過液體淬火法制得的稀土磁體粉末的情況中，由于在不施加定向磁場的情況下進行成型，所以減少了成型循環(huán)，因而可以制得生產(chǎn)率 高且廉價的稀土粘結磁體。
根據(jù)該實施方式，可以獲得以下效果。
(1) 在該實施方式中，為了制造氮化稀土磁體，在含有氮原子的氛圍
中用微波照射R-TM類合金粉末，從而使氮原子進入晶格。因此，由于 合金粉末本身可以選擇性且快速地自加熱，所以可以減少氮化所需的處 理時間，進而不僅粉末的表面，而且其內部，都可以被均勻地氮化，因 而可以獲得具有高磁性的稀土磁體粉末。
(2) 在該實施方式中，進一步進行了均質化步驟，其中在惰性氣體中 加熱氮化的稀土磁體。因此，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的氮原子可以移動至晶格 中的穩(wěn)定的間隙位置。
(3) 在該實施方式中，使氮化步驟中照射到合金粉末的微波的頻率為 lGHz 30GHz。因此，可以防止容易在低頻率發(fā)生的放電現(xiàn)象，可以抑 制固相擴散比氮化優(yōu)先進行的現(xiàn)象。而且，微波的波長不會過度降低， 并且為合適的波長，因此微波可以傳輸至合金粉末的內部，從而內部也 可以被均勻地氮化。
(4) 在該實施方式中，平均粒徑為2 pm 90 nm的合金粉末被氮化。 因此，可以抑制合金粉末的氧化和過度氮化，并且合金粉末可以被均勻 地氮化。
(5) 在該實施方式中，由于使氮化步驟中所用的加壓氣體的壓力為 0.1 5 MPa，所以合金粉末由于氣體的加壓和微波照射的協(xié)同效應可以 被均勻地氮化，并且可以防止由于過高壓力導致的過度氮化。
(6) 在該實施方式中，由于將通過微波照射而氮化的稀土磁體粉末與 樹脂粘合劑或金屬粘合劑混合以進行成型，所以可以獲得具有優(yōu)異的磁 性的粘結磁體。
權利要求
1.一種稀土磁體粉末的制造方法，所述方法包括提供稀土元素/過渡金屬類合金粉末，和通過在含有氮原子的氛圍中照射微波將所述粉末氮化，從而使所述氮原子進入晶格。
2. 如權利要求1所述的稀土磁體粉末的制造方法，所述方法還包括在所述氮化步驟之后進行均質化處理，且在惰性氣體中加熱所述稀土磁 體粉末。
3. 如權利要求1所述的稀土磁體粉末的制造方法，其中，所述微波 的頻率為1 GHz 30 GHz。
4. 如權利要求1所述的稀土磁體粉末的制造方法，其中，所述粉末 的平均粒徑為2 |im 90 (mi。
5. 如權利要求1所述的稀土磁體粉末的制造方法，其中，含氮的氛 圍氣的壓力為0.1 MPa 5 MPa。
6. 如權利要求1所述的稀土磁體粉末的制造方法，其中，在所述氮 化步驟中，將所述合金粉末加熱至25(TC 60(TC的溫度。
7. —種稀土粘結磁體的制造方法，其中，將權利要求l所述的稀土 磁體粉末與樹脂粘合劑或金屬粘合劑混合以進行成型。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有優(yōu)異的磁性的稀土磁體粉末的制造方法和稀土粘結磁體的制造方法。進行氮化步驟，在所述氮化步驟中，當制造氮化的稀土磁體粉末時，在含有氮原子的氛圍中用微波照射稀土元素/過渡金屬類合金粉末，從而使所述氮原子進入晶格。
文檔編號B22F1/00GK101306467SQ20081010783
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權日2007年5月14日
發(fā)明者中村芳文 申請人:精工電子有限公司