（材料加工工程专业论文）粘结稀土纳米复合磁性材料的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文y b 2 0 0 2 粘结稀土纳米复合磁性材料的研究 摘要 纳米复相n d 2 f e - 。b 旭一f e 型磁体是八十年代末发展起来的 新型永磁材料。这种磁体是由n d 2 f e l 4 b 相和a f e 相在纳米尺 度内复合而成的。c 【一f e 相中原子磁矩的转动受n d 2 f e 。b 相的 控制，因而这种磁体具有剩磁高的优点。 本文采用快淬法制备n d f e b 磁粉，在对其进行了成分与制 备工艺初步优化设计的基础上，分别研究了快淬工艺和热处理 工艺对快淬n d f e b 磁粉微观结构及其磁性能的影响。并详细研 究了偶联剂、粘结剂、固化剂，以及固化工艺、成型工艺及其 粒度对各向同性n d f e b 粘结磁体磁性能的影响。 利用磁性能测试仪、力学性“b b “口 a 。试设备和扫描电子显微镜 等测试手段，分析研究了不同粘结方法制备n d f e b 磁性材料的 工艺特点，探讨了偶联剂、磁粉粒度、粘结剂、固化工艺和模 压工艺等对n d f e b 磁体磁性能及力学性能的影响。 太原理工大学硕士研究生学位论文 研究结果表明，加入适量的合金元素，有助于快淬n d f e b 合金磁性能的提高。快淬速度也对n d f e b 磁粉性能有较大的影 响，适当的快淬速度与热处理工艺相结合，可使n d f e b 合金的 磁性能达到最佳。不同的热处理工艺对n d f e b 合金中的 n d ：f e 。b 相和c 【一f e 相的析出和合金的磁性能都有着明显的影 响。当快淬速度为2 3m s 2 6 m s ，热处理温度为6 9 0 ，热 处理时间为3 0 m i n 时，快淬永磁合金的磁性能最好。 本文还较详细地研究了磁体制备工艺( 粘结剂、固化剂、 固化工艺、磁体密度和磁粉粒度等) 对粘结n d f e b 永磁材料磁 性能的影响。结果表明，粘结剂选用低环氧值的固态环氧树脂 ( e - - 1 2 ) 在n d f e b 粘结磁体中的含量为2 3 为最好。在此 基础上，采用磁粉偶联剂及环氧树脂e 1 2 混合配制的粘结剂 可以获得更好的力学和磁学性能。 与硅烷系偶联剂相比，采用钛酸酯偶联剂对磁粉进行偶联 处理，可以获得较高的磁性能。采用不同颗粒度的磁粉进行配 比对于粘结磁体的磁性能亦有影响，在1 0 0 目与2 0 0 目磁粉质 量配比为2 比3 时有利于磁体性能的提高。 固化：工艺中的固化温度不宣过低，应以1 2 0 “c 到1 5 0 ”c 之间 t t 太原理工大学硕士研究生学位论文 为宜。在压制过程中，模压压力为5 0 0 6 0 0 m p a ，保压时间为 1 8 2 0 秒时可以使粘结磁体的密度达到最高值，且具有较好的 磁性能和力学性能。 最后，本文提出了若干进一步研究开发快淬n d f e b 合金、 提高粘结n d f e b 永磁合金磁性能的措施。 关键词：粘结n d f e b ，纳米复合磁性材料，快淬粉，磁性能， 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nb o n d e dr a r e e a r t hn a n o c o m p o s i t e m a g n e t i cm a t e r i a l a b s t r a c t t h en a n o c o m p o s i t en d 2 f e j 4 b t t - - f em a g n e ti san e wk i n do f m a g n e t i cm a t e r i a ld e v e l o p e ds i n c et h ee n do f19 8 0 s t h i s m a g n e t c o n s i s t so f t w o p h a s e s ，m a g n e t i c a l l yh a r dn d 2 f e l 4 ba n ds o f t 晓一f e t h er o t a t i o no f m a g n e t i cm o m e n t si nt h e0 【一f ep h a s ei sc o n t r 0 1 t e d b yn d 2 f e t 4 bp h a s et h r o u g he x c h a n g e c o u p l i n ge f f e c t ，w h i c hg i v e s t h i sm a g n e t h i g hr e m a n e n c e m e l t s p u n n d f e b m a g n e t i cp o w d e r sa n dt h e i rb o n d e d m a g n e t sw e r ep r e p a r e dw i t ht h eo p t i m i z a t i o no f c o m p o s i t i o n sa n d i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 p r e p a r a t i o nt e c h n i q u e s e f f e c t s o f h e a t t r e a t m e n t ，m e l t s p u n n i n g t o n d f e b m a g n e t i cp o w d e r sa n dm a g n e t w e r es t u d i e d t h ei n f l u e n c e o f c o u p l i n ga g e n t ，b i n d e i s ，f o r m a t i o np r o c e s sa n d t h es i z eo fn d f e b p o w d e r o nn d f e bb o n d e dm a g n e th a sb e e ns y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h eb o n d e dm a g n e tf r o mr a p i d q u e n c h e dn d f e bh a sb e e n p r o d u c e d ，a n dt h ei n f l u e n c e o ft h e t e c h n i q u e f a c t o r ss u c ha s c o u p l i n ga g e n t ，c o u p l i n gp r o c e s s ，p o w d e rp a r t i c l es i z e ，b i n d e r , s o l i d i f i c a t i o np r o c e s s ，f o r m a t i o np r o c e s so ni t s p r o p e r t i e sh a sb e e n a n a l y s i s e db y m e a n so f s e m ，m a g n e t i cp r o p e r t i e s a n a l y s i s ， c o m p r e s s i v es t r e n g t hm e a s u r e m e n t ，e t c i ts h o w e d t h a t ，m a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d f e bi n c r e a s e da f t e r t h ea d d i t i o no f a l l o ye l e m e n t sw i t ha p p r o p r i a t ea m o u n t d i f f e r e n t m e l t s p u ns p e e d a n dd i f f e r e n th e a tt r e a t m e n tc o u l d r e s u l ti n d i f f e r e n tm a g n e t i c p r o p e r t i e so f n d f e bm a g n e t s w h e nt h em e l t - - s p u ns p e e dr e a c h e d 2 3m s 2 6 m s ；h e a tt r e a t m e n t t e m p e r a t u r ew a s 6 9 0 。ca n dt i m ew a s3 0m i n u t e s t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e s o f m a g n e ta l l o yg o t t h eb e s t v 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h ee f f e c t so f p r e p a r a t i o nt e c h n i q u e st op r o p e r t i e so fb o n d e d n d f e b m a g n e t s h a v eb e e ns t u d i e dt o o t h e s e t e c h n i q u e si n c l u d e d b o n d i n gs o l v e n t ，s o l i d i f y i n gs o l v e n t ， s o l i d i f y i n gt e c h n i q u e s ， m a g n e td e n s i t ya n dm a g n e t i cp o w d e rg r a n u l a r i t y s o l i d e p o x yr e s i nw i t ht h el o we p o x yv a l u ei s b e r e rt h a n l i q u i de p o x yr e s i nt ot h em a g n e t i cp e r f o r m a n c e ，a n dt h ec o n t e n ti s 2 3 w tw i l ld o g o o d t oi m p r o v et h em a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h eb o n d e dn d f e b m a g n e t s oi fc o m p o u n dt h ee p o x yr e s i na n dt h e m a g n e t i cp o w d e rb i n d e r sa st h en e wb i n d e r , t h er e s u l to ft h et e s ti s g r e a t l yb e a e r t h a nt h ef o r m e rt e s t i th a ss h o w nt h a ti ft h ec o m b i n a t i o nw i t h h i g h e rm a g n e t i ca n d m e c h a n i c p r o p e r t i e s o ft h eb o n d e d m a g n e t i s w a n t e d ，t i t a n a t e c o u p l i n ga g e n ti sm o r ep r o p e rt h a ns i l a n ec o u p l i n ga g e n t ，a tt h e s a m et i m e ，t h er e s u l ts h o wt h a tt h e p a r t i c l es i z ea n dd i s t r i b u t i o no f r a p i d l yq u e n c h e dn d f e bm a g n e t i cp o w d e ra f f e c to b v i o u s l yo nt h e m a g n e t i cp r o p e r t y o ft h eb o n d e dn d f e b m a g n e t s f r o m t h e a n a l y s i so f t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z ea n dt h e m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，t h ep r o p o r t i o no f t h e p a r t i c l es i z ew i t h1 0 0a n d v i 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 0 0i s3 ：2 ，c a l lg e tt h eb e u e rr e s u l t s i th a ss h o w nt h a tt h ec o m b i n a t i o nw i t hh i g h e rm a g n e t i ca n d m e c h a n i c p r o p e r t i e so f t h eb o n d e d m a g n e t i sp r e s e n t e do nt h eb a s i s o fp r o p e rc u r i n gp r o c e s st e m p e r a t u r e ，1 2 0 。ct o 1 5 0 ，a n dt h e - - c u r i n ga g e n ti sp r o p e rm o l dp r e s s ，5 0 0 - 6 0 0 m p a ，k e e p i n gp r e s st i m e i sl8 - 2 0s e c o n d s a tl a s t ，s o m e s u g g e s t i o n s f o rf u r t h e rr e s e a r c hf o rn d f e b m a g n e t s w e r e g i v e n k e yw o r d s ：b o n d e dn d f e b ，n a n o c o m p o s i t e m a g n e t i c m a t e r i a l ，q u e n c h e dp o w d e r ，m a g n e t i cp r o p e r t y v i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 一前言 1 概述 人类对于物质磁学性质的探索和利用堪称世界文明史中绚丽的章， 绵延至今，己有数千年的历史。早在公元前四世纪我国人民就利用天然 磁石制成了司南。司南是掌握方向之意，也就是指南针的前身。司南作为 四大发明之一对于奠定我国文明古国的地位具有重大意义。 自2 0 世纪8 0 年代以来，功能材料、生态环境材料、智能材料对人类 社会的现代文明与社会进步的作用愈来愈大，其中功能材料的研究更是当 代材料发展的一个热点。在功能材料中，永磁材料占有重要的地位。现在， 一个国家人均消耗永磁材料的数量己成为衡量该国富裕水平的尺度之一 。永磁材料具有机械能和电磁能相互转换的功能，己成为现代科学技术， 如计算机技术、信息技术、航空航天技术、通讯技术、交通运输( 汽车) 技术，办公自动化技术、家电技术与人体健康和保健技术等重要物质基础。 我国是世界上最大的稀土资源国，其中作为稀土永磁体原料的钕( n d ) 的储量约占世界的8 0 。稀土铁永磁材料以钕铁硼( n d f e b ) 为代表的稀 土铁系磁性材料是磁性能最高、应用最广、发展速度最快的新代永磁材 料。n d f e b 是1 9 5 3 年在日本和美国先后开发出来的新一代永磁体，其性 能远远超过了当时所有的永磁材料，因此自问世以来，其研究、开发和生 产的发展最为迅猛，产值和产量的增长率近年来一直高眉各类永磁材料之 冠【2 j 。至9 0 年代初，其产品的世界市场己达数亿美元，引起了磁学界研 究者和许多开发商的关注，被称为第三代稀土永磁材料。我国n d f e b 磁性 太原理工大学硕士研究生学位论文 材料产业发展迅速，其产量目前己跃居世界第一位，但主要性能低于欧美 ( 最大磁能积4 8 m g 0 e ) 和日本( 最大磁能积5 0 m g 0 e ) 。且质量欠稳定， 产品合格率较低。磁材企业林立，竞争激烈，其中中科三环、宁波科宁达、 韵升、天滓三环乐喜等为几家规模较大、实力较强的公司，也有许多独资 和合资企业。而大多数磁材企业，其产品质量不稳定，合格率较低。总之， 目前的磁材产品磁性能不高且不稳定。同时产品的种类还不丰富，些性 能指标尚不稳定i 引。 粘结磁体是合成树脂与磁性材料的复合体。最早的粘结磁体是粘结铁 氧体材料【4 j ，价格低廉，但由于性能也低，磁能积仅有1 6 m g 0 e 左右，因 而其应用大受限制。1 9 8 3 年美国通用汽车公司发明了快淬钕铁硼永磁材 料，并把它制成粘结磁体( 5 j ，其优异的性能具有划时代意义。由于我国生 产粘结n d f e b 的时间比国外晚，产品磁性能和国外相比有较大的差距， 生产能力及产量也较小，一直制约着我国粘结n d f e b 永磁材料产业的发 展。如何提高产品的磁性能已成为亟待解决的问题。正是基于以上原因和 机遇，我国的“十五”8 6 3 计划中，稀土功能材料作为新材料技术领域特 种功能材料技术主题的七个研究专题之一。因此，开展提高n d f e b 稀土永 磁材料制备及性能方面的研究，对于增强我国综合国力，提高人民生活水 平，具有重大而现实的意义1 2 永磁材料的技术磁参量 永磁材料的技术磁参量可分为非结构敏感参量( 即内禀磁参量) ，如 饱和磁化强度m ；、居里温度t c 等，和结构敏感磁参量，如剩磁b ，、矫顽 力h 。( 内禀矫顽力h 。i 和磁感矫顽力h 。b ) 和磁能积( b h ) 。等。前者主 要由材料的化学成分和晶体结构来决定；后者除了与内禀参量有关外，还 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 与晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷及掺杂物等因素有关。 1 、饱和磁化强度( m 。) 饱和磁化强度m ：是永磁材料极为重要的磁参量。永磁材料均要求m 。 越高越好。饱和磁化强度决定于组成材料的磁性原子数、原予磁距和温度。 在低温区，它遵循布洛赫( b l o c h ) 定律。 2 、居里温度( t c ) - - 强铁磁体由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性( 或其它磁性) 的临界温 度称为居里温度。居里温度的高低主要决定于交换积分常数a 和配位数z 以及原子的角动量量子数j 的大小： z ：! 型尘业( 1 - - 1 ) 3 七 上式中k 为波尔兹曼常数。 居里温度决定了永磁材料的使用温度范围，居里温度越高，材料的使 用温度也越高。在已发现的三代永磁材料当中，s m 2 c o l 7 的居里温度最高， 约为9 2 6 c ，而n d 2 f e l 4 b 的居里温度最低，仅为3 1 0 。c ，这使碍其在高温 范围的使用受到了限制。 3 、剩磁( b ，) 永磁体经磁化至技术饱和，并去掉外磁场后，在磁化方向保留的剩余 内禀磁感应强度m r 和剩余磁感应强度b ，。使用永磁器件的目的是要在一 定的空间内产生恒稳磁场。粗略地说，此恒稳磁场是靠材料的剩磁来产生 的，它正比于永磁体工作点( 工作点在退磁曲线上) 处b 与h 的乘积值。 剩磁越强，所产生的磁场就越强。所以，希望有较高的b r 值，这是对永磁 材料的第一个要求。 4 、矫顽力( 内禀矫顽力h c i 和磁感矫顽力h 。b ) 磁化至技术饱和的永磁体，当其磁化强度，或磁感应强度降低到零， 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 所需要加的反向磁场强度，称为内禀矫顽力h 。i 或磁感矫顽力h 。b ( h 。b 简 称矫顽力) 。该指标反映永磁体使用过程中退磁的难易程度，h 。；反映了材 料保持磁化状态的能力。对于h 。i 小的材料。h 。i 和h 。b 相差无几，往往不 需要加以区别。但在h 。i 1 b p o 。的永磁材料，两者需要加以区别。 对于n d f e b 永磁材料，由于h 。i 比h 。b 大，随外加反磁场加大到h 。b ， 使b = 0 ，但由于材料h 。i 更大，绝大部分磁矩仍未反转，这时b = 0 只表示 反磁场与磁化强度m 大小相等，方向相反。如果要使磁矩反转，还要把反 磁场加大到h 。 5 、最大磁能积( ( b h ) 。) 在永磁体退磁曲线上任一点的磁感应强度与磁场强度的乘积，称为磁 能积。它是产生磁场的永磁材料每单位体积储存在外部磁场中的总能量的 一个量度。其中在永磁体退磁曲线上获得的磁能积的最大值，称为最大磁 能积( b h ) m “。它是表征永磁材料磁性能的重要参数，一般希望( b h ) 。之 值越大越好。 当h c t 较大时，退磁曲线的b h 为直线，( b h ) 。的值位于此直线的 中点，故： ( 吨= 警弘去 ch ， 上式说明永磁材料的( b h ) 。a x 与b ，的平方成正比。由于各向异性永磁 材料的b ，是各向同性的2 倍左右，故其磁能积约为各向同性的4 倍。 3 磁性材料的分类及其性能特点 磁性材料是重要的功能材料，它在现代工业和科学技术中得到广泛的 应用。随着人类文明的进步，现代社会对高性能磁性材料的需求量日益增 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 大，特别是近年来电子工业的迅猛发展更是对磁性材料的性能提出了越来 越高的要求。人们习惯于按照磁感矫顽力h c b 的大小对磁性材料进行分类： h 。b 1 0 0 a m 一1 ( 1 2 5 0 e ) 的称为软磁材料： 1 0 0 a m - 1 1 3 a t 。这种合金的内禀矫顽力在三种材料中最 高，而剩磁却最低。微观研究表明，在这种高n d 合金中，富n d 顺磁相 聚集于n d 2 f e l 4 b 晶粒的边界处，这些顺磁相可以阻止磁畴壁的移动，从而 提高材料的内禀矫顽力。材料的剩磁会因磁稀释作用而下降；另一种材料 是中n d 合金，也称为标准成份合金，n d 元素含量接近于n d 2 f e l 4 b 相中 n d 的标准含量，即在1 l a t 和1 3 a t 之间。在这种材料中，n d 2 f e l 4 b 晶 粒被一层非晶薄层所包围。美国m q 公司生产的m q p 系列磁粉就属于 这种标准成份合金，其磁性能见表1 1 。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 袁1 1m q p 磁粉的磁性能 t a b 1 1t h e m a g n e t i cp r o p e 啊o f m q pm a g n e t i cp o w d e r 还有一种快淬n d f e b 永磁材料，就是本文将要详细介绍的低n d 合金， n d 1 l a t 。这种合金由硬磁相n d 2 f e l 4 b 和软磁相o - - f e 或f e 3 b 组成。 这种材料被称为纳米复相快淬n d f e b 永磁材料，具有很大的实用潜力和很 高的学术研究价值，是当代永磁材料研究的热点课题之一。 4 粘结磁性材料的发展及应用 粘结磁体大约出现在2 0 世纪7 0 年代，当时达到商品化的s m c o 烧结 磁体的市场情况很好，但难于精密加工成特殊形状，从而应用受到限制。 为解决这一问题，将磁体粉碎，与塑料混合，在磁场中压制成型，这就是 粘结磁体最原始的制造方法。 ( 1 ) 粘结磁性材料的特点 所谓粘结磁性材料就是把磁粉与树脂，塑料等高分子粘结剂均匀混 合，然后用压制、挤出或注射成型方法制成的一种复合磁性材料。粘结磁 性材料与器件发展十分迅速，特别是各类型塑料粘结永磁材料己经在许多 方面获得了大量应用。粘结磁性材料与烧结磁体相比较，具有以下的特点 ： 1 、易于批量生产：粘结磁性材料能进行压制成型、注射成型和挤压 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 成型，产品质量分散性小。与烧结磁体相比，粘结磁体易于使用小型生产 设备进行大批量生产。 2 、尺寸精度高；烧结磁体的收缩率约为1 5 2 0 ，而塑料粘结磁体 的收缩率仅为0 2 o 5 ，并且无变形。成品粘结磁体的尺寸精确，表面 光洁，可不用二次加工便能制得高精度的产品。 3 、形态自由度大：粘结磁性材料能制造复杂形状的产品，可以制造 长条形、薄形、片形、管状产品，甚至瓦形和薄壁环形，磁体产品形状所 受限小。注射成型时，能嵌入金属及其它塑料起成型。 4 、机械强度好：与烧结磁体相比，粘结磁体不易破碎及生成碎片、 掉边、掉角，可进行切削和钻孔。所不足的是它的居里温度低，温度稳定 性较差，化学稳定性也欠佳。但这些缺点，可通过调整化学成分和采取其 它措施进行克服。 5 、磁性能高：粘结磁体的( b h ) 。相当于铁氧体磁体的5 1 2 倍， 它的矫顽力相当于铁氧体磁体的5 1 0 倍。它的应用有利于仪表的小型化， 轻量化和薄形化。 6 、原料丰富：粘结磁性材料多以f e 为基体，因而其原料来源丰富。 7 、能再生使用：将浇口、生产次品等进行退磁处理、粉碎后，就可 简单地再生使用，磁粉的利用率高。 8 、比重轻：粘结磁体的比重一般在5 4 6 2 9 0 1 1 1 。3 。当然，与烧结磁 体相比，由于混入了非磁性的粘结剂，磁性能有所降低( 3 0 5 0 ) 。 ( 2 ) 粘结磁性材料的制造工艺 1 ) n d f e b 粘结磁体用磁粉的制备 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 粘结n d f e b 永磁材料所用的n d f e b 磁粉制备方法主要有：快淬法 ( m s ) ，氢处理法( h d d r ) ，机械合金法( m a ) 、气雾化法( g a ) 等 方法来制备，它们各有其特点。 l 、快淬法( m s ) 快淬法采用类似于生产非晶态f e 基软磁性合金的快淬工艺。快淬 n d f e b 磁粉是由美国人首先发明的。- 日本人添加g a 等元素提高了快淬永 磁粉的磁性能1 8 】。目前美国g m 公司、日本日立金属和坩埚公司等拥有这 方面的主要专利权。 快淬工艺是在氩气气氛保护下，将永磁合金液细流直接喷射到个旋 转冷却圆筒上，从而制成脆性薄带。此种快淬薄带般厚3 0 5 0 9 m ，宽 度由喷嘴宽度而定，可在几毫米到几十毫米之间变化。快淬薄带极脆，很 易破碎为鳞片碎屑。然后将快淬薄带在真空下进行晶化处理，从而得到尺 寸非常细小的n d 2 f e ，4 b 等相组成的微晶粉末。这种微晶粉末具有很高的矫 顽力，晶粒取向是混乱的，因而是各向同性的。 2 、h d d r 法( h d d r ) 此法是1 9 9 0 年日本三菱材料公司利用稀土金属间化合物吸氢的特性 开发研制的。稀土金属间化合物能发生氢化反应，s m c o 类粘结永磁所需 的磁粉可用氢爆的方法获得。同样地，r e f e b ( r e = n d 、p r 等) 的主相 r e 2 f e j 4 b 、富r e 相和富b 相均有吸氢作用，利用这一特征可使r e f e b 合金铸锭粉化。控制氢爆条件，即可改进粉末的颗粒形状、尺寸大小和分 布，稍加球磨或气流磨，就能制造烧结磁体，日本人为此申请了专利。 英国l h a r r i s 等人则进一步将h d 工艺发展成氢化一歧化脱氢 ( h d d ) 工艺。歧化是将氢爆后合金置于氢气中加热到7 5 0 8 5 0 。c ，保 温2 ，j 、时，使晶粒粗大的永磁合金变为微晶粉末，矫顽力h 。i 可达 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 0 0 8 k a m 。真空脱氢后，粉末即可用于制造粘结永磁材料。 3 、机械合金化法( m a ) 这种方法是由德国西门子公司的舒尔茨等人研究的，它是用充氩气的 高能球磨机将原料进行球磨，利用产生的高温在7 0 0 温度下让原料发生 固相反应数十分钟；或者在6 0 0 下固相反应1 3 小时。这种n d f e b 磁 粉的h 。可达8 0 0 k a m 一以上【2 0 1 。 - 用机械合金化( m a ) 法制作的n d f e b 磁粉，其温度特性与用快淬法 ( m s ) 一样良好，而且制造工艺比m s 法简便，且不需要大型的快淬设备。 4 、气体雾化法( g a ) 气体雾化法( g a ) 是由日本神户制钢所和美国坩埚磁材公司开发的， 工作过程是，使溶液流经一个高速喷嘴时，被高压氩气气流雾化成细小的 金属液滴，射向旋转粉碎盘，最终凝固成极细的非晶和微晶粉末。 神户制钢所将组成为n d l 2 4 f e t o3 d y 0 4 c 0 7 5 8 84 的合金熔炼，制成的气体 雾化粉，表面光滑，呈球形，其球径约为4 1 0 u n 。再对粉末进行热处理 以析出n d 2 f e1 4 b 相，使合金矫顽力提高。例如将4 4 1 a m 以下的n d f e b 气 体雾化磁粉在6 0 0 处理2 小时后，永磁粉末的矫顽力由3 2 0 k a m 叫上升 到8 4 0 k a - i n 。这种球形粉末流动性能好，用注射法可得到磁粉填充率高 的粘结n d f e b 永磁复合材料1 。 2 ) 粘结磁体的成型工艺 粘结磁体的成型方法根据材料的种类，粘结剂的不同( 如图 可分为以下四种： 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 一一 磁粉种类 n 稀d 差f c 箩b s m 列永磁ll 铝镍钴永磁 ff 铝锞钴冰摄 c o ll 粘蠹焉名甏 微晶、纳米晶磁粉 粘结剂种类l 硬质热硬化树脂ji 硬质热可塑性树脂 铁氧体系永磁 b a 铁氧体 铀铁氧体 合成橡胶 硬质热可塑性树腊 成型加工法 l 模压成型lj 注射成型jl 挤压成型jl 压延成型 磁各向异性困 三三亘至 磁场取向 各向异性 机械取向 各向异性 图i 一2 粘结磁体的制备工艺 f i g 1 2p r o d u c ep r o g r e s so f b o n d e dm a g n e t 1 、压缩成型：用7 5 0 m p a 的压力成型，在约1 5 0 1 7 0 固化。磁粉 填充率高达8 0 ( 体积分数) ，因此产品的磁性能比其它成形法高。尺寸 精度与注射成型接近，不需二次加工。 2 、注射成型：将加热的混炼料强制通过通道注入模腔，在模腔中固化。 可制作形状复杂的产品及组件，产品尺寸精度高，国外称其为近终形成型 工艺。 3 、挤压成型：将混炼料加压挤过一个加热的嘴，并在冷却时控制外形。 磁粉填充率可达7 5 ( 体积分数) 。 4 、压延成型：将混炼料通过轧辊形成连续的薄带状产品，长度可达上 百米，厚度为o 3 6 3 m m ，使用时按需要切割。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 粘结磁性材料的应用 虽然稀土永磁材料的发展起步较晚，但其发展成果却是显著的。稀土 永磁材料发展至今，己成为当今现代化社会不可缺少的功能材料，在功能 材料中占有重要的地位1 2 。 稀土永磁材料具有机械能( 信息) 与电磁能( 信息) 相互转换的功能。 利用其能量转换功能和磁的各种物理效应( 如磁共振效应、磁力学效应、 磁生物效应、磁光效应、磁阻效应和霍尔效应等) ，可将稀土永磁材料做 成多种形式的永磁功能器件。 这些永磁功能器件已成为计算机、网络信息、通讯、航空航大、交通、 办公自动化、家电、人体健康与保健等高新技术领域的核心功能器件。永 磁材料可提供恒磁场( 或恒磁通) ，可作为动力源，可做成各种驱动器、 传感器和仪器仪表等1 2 4 】，粘结稀土永磁材料的主要用途见表1 2 。 袁1 2 粘结稀土永磁材料的主要用途 t a b 1 2t h em a i nu s eo f b o n d e dr a r ee a c h p e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l 旋转机器 各种小型精密电机，小型发电机，磁轴承，计时器转子等 音箱机器 扬声器耳机，话筒，电磁峰鸣器等 计测，通讯 传感器，继电器，宽行打印机，笛黄接点元件，各种表头，行波管 等 其他机器 磁性弹簧，永磁滚筒液面传感器，磁性爆光盘。复印机磁辊等 日常用品 门锁，玩具，磁疗器，装饰器等，体育用品等 自1 9 8 3 年n d f e b 永磁材料问世，1 9 8 4 年开始商品化以后，r e f e b ( r e = - n d 、p r 等) 系的永磁材料与器件发展十分迅速，在世界各地和各 行各业得到广泛应用。其中，粘结r e - f e b 永磁由于其良好的磁性能和区 别于烧结永磁的明显优点，深受生产厂家和广大用户的重视，近年来其产 量增长很快，它的磁性能虽然低于烧结永磁体，但却远比现有的铁氧体永 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 磁和铝镍钴永磁的磁性能高。 有人预测；r e f e b 系永磁材料的推广应用，将引起仪器仪表、磁化 技术与电机工业的革命。现在汽车制造技术不断发展，要做到汽车小型化、 轻量化和低耗能，这就为粘结永磁提供巨大的应用市场p ”。在现代化家庭 中，如空调、音响、冰箱、洗衣机、烘干机和电话等都用到了塑料粘结永 磁体，并且在计算机外围设备的应用也很广泛。 5 粘结纳米复相磁性复合材料 ( i ) 纳米复相磁性材料的理论依据 任何一种磁性材料的出现均有其应用背景和理论依据。硬磁相 n d z f 6 j 4 b 的高磁晶各向异性使得各种烧结n d f e b 磁体和单相粘结n d f e b 磁体在高退磁场环境中得到了广泛的应用。而a - - f e 的低磁晶各向异性、 高饱和磁极化强度使其成为一种性能超群的软磁材料。人们很自然地想 到，能否得到一种磁体，使其既具有硬磁相的高内禀矫顽力又具有软磁相 的高饱和磁极化强度和易充磁的优点。正是在这种背景下，纳米复相 n d f e b 永磁材料应运而生。 1 ) 多相复合永磁材料 铁磁学计算表明：一种永磁材料的最大磁能积0 3 h ) 。、有一个理论上 限。理想条件下的永磁体，必须满足下面两个条件【”1 ：1 、剩余磁极化强 度j r = j s ，也就是说在永磁体内不能有空洞和其他非磁性相存在，而且永 磁体的易磁化轴与所加n g l - 磁场方向完全一致。2 、内禀矫顽力h 。，j s ，p 。 一种永磁材料只有具备足够高的内禀矫顽力h 。和尽可能高的饱和磁 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 极化强度j s ，才能使( b h ) 。最大程度地接近其理论值。表l 一3 是几 种常见的硬磁相和软磁相的各项磁性能： 表1 3