專(zhuān)利名稱(chēng)：磁鐵和采用該磁鐵的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有稀土類(lèi)元素的永磁鐵材料和采用該永磁鐵材料的永磁鐵、電機(jī)。作為現(xiàn)有的含有稀土類(lèi)元素的永磁鐵材料的制造方法，存在特開(kāi)2002-64009號(hào)公報(bào)中記載的技術(shù)。該文獻(xiàn)中記載了有關(guān)含有稀土類(lèi)元素和硼或碳的材料組成，結(jié)晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶大小，硼化物的結(jié)構(gòu)和組成、形狀、平均粒徑、矯頑力、剩余磁通密度、包含急冷工序的制造方法，包含加熱處理的方法的技術(shù)。
并且，在Physical Review-B輯(物理評(píng)論B輯)，第65卷，第174420頁(yè)(2002年)(Physical Review B，Volume65，P174420，(2002))中記載了有關(guān)通過(guò)球磨法混合SmCo5和NiO，增大矯頑力的技術(shù)。
但是，在特開(kāi)2002-64009號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)中，雖然記載了制造方法和矯頑力的關(guān)系，但是，矯頑力均在3600e以下。另外，在該文獻(xiàn)中，公開(kāi)以下內(nèi)容在V和Cr等固溶到Fe中的情況下，由于自旋朝向Fe的磁化方向相反的方向，導(dǎo)致剩余磁通密度下降，退磁曲線的矩形性變小。
并且，在Physical Review-B輯(物理評(píng)論B輯)，第65卷，第174420頁(yè)(2002年)中，還存在著在硬質(zhì)磁性相的剩余磁通密度中硬質(zhì)磁性相的溫度特性提高不是很高的問(wèn)題。本發(fā)明的目的是增加永磁鐵中硬磁性材料的矯頑力、增加剩余磁通密度、以及增加能量積，進(jìn)而提供一種采用該永磁鐵的電機(jī)。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的一個(gè)方案，是一種具有包含稀土類(lèi)元素的硬磁性材料、和反鐵磁性材料的永磁鐵，其特征為，在硬磁性材料和反鐵磁性材料之間產(chǎn)生磁偶合，反鐵磁性材料的體積比在20％以下。由于具有硬磁性材料和反鐵磁性材料，因而可以在它們之間產(chǎn)生磁偶合，增加硬質(zhì)磁性材料的矯頑力同時(shí)降低矯頑力的溫度系數(shù)，若應(yīng)用于在室溫以上的溫度下使用的電機(jī)等中，則可以直到高溫仍保持高轉(zhuǎn)矩，特別是可以應(yīng)用于工業(yè)、汽車(chē)、半導(dǎo)體裝置等的輸送、發(fā)電機(jī)等中。

圖1是添加反鐵磁性材料NiO時(shí)相對(duì)于添加量的矯頑力的變化。
圖2是添加反鐵磁性材料NiFe/Ru/NiFe時(shí)相對(duì)于的添加量的矯頑力的變化。
圖3是添加反鐵磁性材料NiMn時(shí)相對(duì)于添加量的矯頑力的變化。
圖4是添加反鐵磁性材料NiMn時(shí)相對(duì)于添加量的Hk/iHc的變化。
圖5是添加反鐵磁性材料NiMn時(shí)相對(duì)于添加量的矯頑力的溫度系數(shù)的變化。
圖6是添加反鐵磁性材料NiMn時(shí)相對(duì)于添加量的熱退磁的變化。
圖7時(shí)添加反鐵磁性材料NiMn時(shí)相對(duì)于添加量的能積變化。
圖8是制成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
圖9是制成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
圖10是制成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
圖11是制成的表面磁鐵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。
圖12是添加反鐵磁性材料的磁鐵剖面的組織。
圖13是添加反鐵磁性材料的磁鐵剖面的組織。
圖14是添加反鐵磁性材料的磁鐵剖面的組織。
圖15是向Nd2Fe14B中添加5％的NiMn之后，進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)、在磁場(chǎng)中冷卻而制成的磁鐵的剖面的組織。11…軸、12…磁鐵位置、13…層疊鋼板、21…反鐵磁性材料、22…硬質(zhì)磁性材料、23…富稀土類(lèi)相或鐵磁性相。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種具有硬磁性材料和反鐵磁性材料的永磁鐵，其特征在于，該反鐵磁性材料的體積比在20％以下。由此，將反鐵磁性材料與含有至少一種以上稀土類(lèi)元素的化合物磁偶合。另外，稀土類(lèi)元素包括從原子序數(shù)57的La至序數(shù)71的Lu中的3a族的Sc、Y的稀土類(lèi)元素。若以R表示這樣的稀土類(lèi)元素，則有R2Fe14B、R2Co17、RCo5等，這些化合物是由燒結(jié)體或粘結(jié)磁鐵用磁粉構(gòu)成的。這樣的硬質(zhì)磁性體化合物的結(jié)晶粒徑在1nm～100μm，在結(jié)晶晶界附近形成反鐵磁性材料的例子僅有RCo5和NiO的情況。在公知的例子中，RCo5和NiO情況下的能積在室溫下為11MGOe，由于能積小，難以在以電機(jī)為首的各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械、醫(yī)療儀器、音響器材、HDD等信息設(shè)備、工業(yè)機(jī)器、汽車(chē)等中應(yīng)用。在本發(fā)明中，使用包含作為反鐵磁性材料的Mn的合金相或氧化物或者層疊材料，為了實(shí)現(xiàn)高能積(12MGOe以上，70MGOe以下)，反鐵磁性材料的體積比在20％以下。由于將反鐵磁性材料與上述硬質(zhì)磁性材料的化合物的結(jié)晶晶粒磁偶合(或者以不同的相存在)，所以以下幾點(diǎn)是很重要的減少反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料之間的雜質(zhì)，對(duì)反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料的結(jié)晶進(jìn)行定向，減薄反鐵磁性相的厚度，防止晶粒內(nèi)反鐵磁性相的成長(zhǎng)等。通過(guò)滿足這些條件并使反鐵磁性材料在硬質(zhì)磁性層的結(jié)晶晶界附近成長(zhǎng)，可以通過(guò)磁場(chǎng)中冷卻等的反鐵磁性材料的磁化來(lái)控制反鐵磁性材料的磁化方向，并且產(chǎn)生反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料的磁偶合。作為上述反鐵磁性材料，在氧化物的情況下采用NiO、Fe2O3、NiO和CoO的混合材料等的材料。這些氧化物的體積通過(guò)使氧化物在20％以下(作為主相的鐵磁性材料反鐵磁性材料的比以4∶1作為反鐵磁性材料的體積最大)，可以將能積提高到12MGOe以上。并且，在Mn類(lèi)合金的情況下，采用NiMn、PtMn、IrMn、FeMn、PdMn等的規(guī)則相或不規(guī)則相合金。并且，在層疊材料的情況下，使Fe/Cr/Fe、Fe/Ru/Fe、NiFe/Ru/NiFe等層疊材料在磁性粉的周?chē)砷L(zhǎng)，通過(guò)與通以強(qiáng)磁性的硬質(zhì)磁性材料的交換結(jié)合，使硬質(zhì)磁性材料的矯頑力增強(qiáng)。通過(guò)形成上述各種材料，在硬質(zhì)磁性材料和反鐵磁性材料之間產(chǎn)生交換結(jié)合。該交換結(jié)合可以抑制硬質(zhì)磁性材料的磁疇壁產(chǎn)生或磁疇壁位移。因此，具有硬質(zhì)磁性材料的矯頑力增加、矯頑力的溫度依賴性降低、剩余磁通密度的溫度依賴性降低、退磁曲線的矩形性提高等效果。其次，對(duì)用于通過(guò)與這樣的反鐵磁性材料進(jìn)行交換結(jié)合以提高硬質(zhì)磁性材料的溫度特性的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。由于交換結(jié)合通常是局部作用，對(duì)于界面的結(jié)構(gòu)是敏感的，所以在燒結(jié)材料的情況下，由于氧、碳、氮等雜質(zhì)(不構(gòu)成主相的元素)使得交換結(jié)合急劇減弱。另外，在減小硬質(zhì)磁性材料的晶粒大小方面，希望在10μm以下、1nm以上，結(jié)晶晶粒的界面優(yōu)選通過(guò)還原處理去除氧等雜質(zhì)。在R2Fe14B的情況下，在850℃時(shí)低融點(diǎn)相開(kāi)始溶解，在晶界附近可以看到富Nd相的成長(zhǎng)。這時(shí)，通過(guò)使含有Mn等的反鐵磁性相和富Nd相反應(yīng)，反鐵磁性在晶界附近成長(zhǎng)。當(dāng)形成反鐵磁性時(shí)，在反鐵磁性相的奈耳點(diǎn)以下，反鐵磁性相內(nèi)的自旋的反平行排列者在能量上是穩(wěn)定的，在燒結(jié)過(guò)程后的冷卻中，當(dāng)從外部施加磁場(chǎng)時(shí)，沿著磁場(chǎng)方向在反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料之間進(jìn)行交換結(jié)合作用。反鐵磁性材料即使偏離上述合金組成上，而與晶粒內(nèi)的硬質(zhì)磁性材料交換結(jié)合，抑制在硬質(zhì)磁性材料中產(chǎn)生的磁疇壁或磁疇壁位移。
在R2Fe14B的結(jié)晶粒徑較細(xì)的情況下，在比850℃還低的溫度下便可以在反鐵磁性和鐵磁性之間形成磁偶合。
上述熱處理，在進(jìn)行到混合反鐵磁性材料和鐵磁性材料之后，混合后反鐵磁性材料的粒徑優(yōu)選比鐵磁性材料的粒徑細(xì)。作為其它方法，通過(guò)利用機(jī)械熔結(jié)法或球磨法使反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料混合，在反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料之間可以施加磁性(靜磁性、交換結(jié)合)作用。在這種情況下，反鐵磁性材料的體積減小，為了提高能積優(yōu)選減少到20％以下。并且，在球磨過(guò)程中、或者在球磨之后，施加磁場(chǎng)，賦予含有反鐵磁性材料的硬質(zhì)磁性材料各向異性，借此，獲得高能積的磁鐵材料。
(實(shí)施例1)
在本實(shí)施例中，作為稀土類(lèi)元素選擇Nd，調(diào)整原料組成以形成Nd2Fe14B，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱使之溶解、合金化。并且，可以添加在原料組成中大約占5％的過(guò)剩的作為這種情況下的稀土類(lèi)元素的Nd，對(duì)加熱時(shí)減少的量進(jìn)行修正。接著，利用搗碎機(jī)或顎式破碎機(jī)等對(duì)該合金進(jìn)行粉碎，形成平均粒徑100μm的粗粉，之后，進(jìn)一步用噴射式磨機(jī)粉碎至平均粒徑3～5μm。另外，在粉碎中也可以采用球磨機(jī)。而且，以400℃～850℃對(duì)粉碎的粉末進(jìn)行氫處理，去除表面的氧化層?；蛘撸瑢⒑兄辽僖环N稀土類(lèi)元素的磁粉以400℃以上的溫度在氫中保持之后，去除氫，形成結(jié)晶晶粒較細(xì)的磁粉。之后，與反鐵磁性粉末混合。反鐵磁性材料為NiO，奈耳點(diǎn)為155℃。NiO粉比Nd2Fe14B磁性粉末的粒徑小，構(gòu)造出很多磁性粉末與NiO的界面。在利用攪拌器混合NiO之后，將混合粉填充到具有電磁鐵的模具中，通過(guò)施加磁場(chǎng)使Nd2Fe14B的晶軸與磁場(chǎng)方向一致。成型壓力在108N/m2以上，表觀密度為60％左右。在選擇NiO作為反鐵磁性材料的情況下，由于若在1100℃的高溫下進(jìn)行燒結(jié)，則Ni和氧在母相中擴(kuò)散，因而在850℃以下的低溫進(jìn)行成形。在本實(shí)施例中，在成形中使用通電成形法，1500A左右的電流流過(guò)成形體并利用焦耳熱進(jìn)行加熱成形。在通電后的冷卻中，向各向異性的方向施加磁場(chǎng)，在反鐵磁性材料和Nd2Fe14B中賦予單方向的磁性各向異性。由這樣制成的Nd2Fe14B和NiO的混合粉構(gòu)成的磁鐵的矯頑力和反鐵磁性材料的添加量的關(guān)系表示在圖1中。通過(guò)添加NiO并進(jìn)行成形，增加了矯頑力。矯頑力的增加是通過(guò)NiO和作為硬質(zhì)磁性相的Nd2Fe14B之間的交換結(jié)合而形成的。
(實(shí)施例2)下面，對(duì)第二個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。作為稀土類(lèi)元素選擇Nd和Dy，調(diào)整原料組成到(Nd、Dy)2Fe14B，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱使之溶解、合金化。Dy的添加量相對(duì)于Nd是0.5～1.0％。另外，添加占原料組成大約5％的過(guò)剩的作為稀土類(lèi)元素的Nd和Dy，對(duì)加熱時(shí)減少的量進(jìn)行修正。接著，利用搗碎機(jī)或顎式破碎機(jī)等對(duì)該合金進(jìn)行粉碎。通過(guò)粉碎形成平均粒徑為100μm的粗粉。之后，采用噴射式磨機(jī)粉碎至平均粒徑3～5μm。在粉碎中也可以采用球磨機(jī)。通過(guò)在600℃～850℃對(duì)粉碎的粉末進(jìn)行氫處理，去除表面的氧化層。之后，與反鐵磁性粉混合。所使用的反鐵磁性材料為NiFe/Ru/NiFe。利用噴霧法(Atomize)制成這樣的層疊材料。以NiFe、Ru、NiFe的順序在Ar氣氛或真空氣氛中蒸發(fā)，使粉末的一部分形成蒸發(fā)的材料的層疊結(jié)構(gòu)，按照o、Ru、NiFe的順序進(jìn)行噴霧(Atomize)。以NiFe的厚度為2～50nm、Ru在NiFe的厚度以下的方式確定蒸發(fā)量。利用攪拌器等將具有該層疊結(jié)構(gòu)的磁粉與(Nd、Dy)2Fe14B的磁性粉的粉末混合?；旌现?，將混合粉填充到具有電磁鐵的模具內(nèi)，通過(guò)施加磁場(chǎng)，使(Nd、Dy)2Fe14B的晶軸與磁場(chǎng)方向一致。NiFe/Ru/NiFe的粒徑比(Nd、Dy)2Fe14B的粒徑小，在加熱成形時(shí)，提高了在(Nd、Dy)2Fe14B的晶界中與反鐵磁性材料接觸的比例。成形壓力在108N/m2以上，表觀密度在60％左右。在850℃以下的溫度進(jìn)行成形。若在850℃以上的溫度下，則不能保持層疊材料的結(jié)構(gòu)，減弱了由反鐵磁性產(chǎn)生的交換結(jié)合。因而，希望以盡量低的溫度進(jìn)行成形。在本實(shí)施例中，在成形中采用通電成形法，1000～1500A左右的電流流過(guò)成形體并利用焦耳熱進(jìn)行加熱成形。在通電后的冷卻中，向各向異性的方向施加磁場(chǎng)，在反鐵磁性材料和(Nd、Dy)2Fe14B中賦予單方向的磁性各向異性。由這樣制成的(Nd、Dy)2Fe14B構(gòu)成的磁鐵的矯頑力與作為反鐵磁性的NiFe/Ru/NiFe混合量的關(guān)系表示在圖2中。通過(guò)添加NiO并進(jìn)行成形，增加了矯頑力。矯頑力的增加是通過(guò)NiO和作為硬質(zhì)磁性材料的(Nd、Dy)2Fe14B之間的交換結(jié)合而形成的。
(實(shí)施例3)下面，對(duì)第三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。作為反鐵磁性材料選擇Mn系合金，利用氣體噴霧法或液體急冷法制成Mn系合金的粉末。在此，Mn系合金為NiMn、FeMn、PdMn、IrMn、PtMn。在NiMn的情況下形成規(guī)則相，其它的合金為不規(guī)則相也可。上述Mn合金粉末的平均粒徑為1～5μm，越細(xì)越可以達(dá)到高矯頑力化。下面，對(duì)使用NiMn的情況進(jìn)行說(shuō)明。平均粒徑為1～5μm的NiMn粉末，通過(guò)對(duì)NiMn合金進(jìn)行氣體噴霧法制成Ni50at％(±1at％)Mn的粉末。將該粉末和作為硬質(zhì)磁性材料的含有至少一種以上稀土類(lèi)元素的平均粒徑5～100μm的磁性粉混合。采用V攪拌器或球磨機(jī)在真空中(1×10-2Pa以下)進(jìn)行混合。在磁場(chǎng)中對(duì)混合的粉末壓縮成形。在磁場(chǎng)的大小在0.5MA/m以上，成形壓力為107N/m2以上的條件下，在氮?dú)獾炔换顫姷臍怏w氣氛中或者真空中(1×10-2Pa以下)成形。NiMn粉在成形后雖分布于硬質(zhì)磁性材料的粉末之間，但不產(chǎn)生鐵磁性體和反鐵磁性體的交換結(jié)合。通過(guò)對(duì)上述成形體進(jìn)行以下熱處理，產(chǎn)生交換結(jié)合。在將成形體送入熱處理爐加熱之前，利用含有氫的還原性氣體對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行置換，還原含有稀土類(lèi)元素的粉末表面。通過(guò)在這種還原性氣氛中進(jìn)行加熱去除含有稀土類(lèi)元素的粉末的表面氧化物。使加熱溫度達(dá)到850℃，在還原性氣氛中進(jìn)行保持時(shí)間為2小時(shí)的熱處理，之后，在冷卻時(shí)施加磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的方向與成形時(shí)施加的磁場(chǎng)方向相同。施加的磁場(chǎng)雖然由于形狀和尺寸等而不同，但是應(yīng)施加0.1MA/m以上的磁場(chǎng)。這樣的磁場(chǎng)中冷卻時(shí)的冷卻速度優(yōu)選2℃/min以下進(jìn)行。通過(guò)以這樣的冷卻速度進(jìn)行冷卻，生成NiMn規(guī)則相。冷卻不必在還原性氣氛中進(jìn)行。利用上述制造方法制成的Nd2Fe14B磁鐵的生成相是作為主相的Nd2Fe14B、富Nd相和NiMn相，NiMn相作為規(guī)則層存在于Nd2Fe14B的晶界附近，與Nd2Fe14B磁偶合。NiMn相為反鐵磁性，Nd2Fe14B為鐵磁性，通過(guò)在晶界附近將NiMn的自旋和Nd2Fe14B的自旋各自的一部分結(jié)合起來(lái)，利用NiMn的自旋部分固定Nd2Fe14B的自旋運(yùn)動(dòng)。這樣，通過(guò)固定Nd2Fe14B自旋的一部分，抑制Nd2Fe14B的自旋和磁區(qū)的運(yùn)動(dòng)。在上述反鐵磁性相和鐵磁性相之間產(chǎn)生磁偶合的區(qū)域?yàn)閺腘iMn的界面至大約0.1μm的范圍，但是或是減少了從晶界附近產(chǎn)生的磁疇壁，或是通過(guò)使晶界附近不均勻的磁化紊亂均勻化，可以確認(rèn)以下效果。即，1)矯頑力增加、2)矯頑力的溫度系數(shù)減小、3)退磁曲線的矩形性提高、4)熱退磁降低。這些效果相對(duì)于NiMn添加量的曲線表示在圖3～圖7中。
在圖3中，表示矯頑力單調(diào)增加至大約10％的添加量，在圖4中表示Hk和iHc的比(Hk/iHc)的添加量單調(diào)增加至5％。由于iHc從圖1開(kāi)始增加，所以表示Hk的值也增加。這表示退磁曲線的矩形性提高。進(jìn)而，從圖5可知，矯頑力的溫度系數(shù)絕對(duì)值由于添加NiMn而減少。溫度系數(shù)的減少是通過(guò)由于反鐵磁性和鐵磁性的交換結(jié)合而產(chǎn)生的磁化或者抑制磁疇壁的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。由于這樣的磁化和抑制磁疇壁的運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，熱退磁也減小了。具有這種特性的硬質(zhì)磁性材料可以適用于在室溫以上的溫度范圍內(nèi)使用的構(gòu)件，特別是可以適用于需要溫度特性的穩(wěn)定性(確保磁鐵表面的磁通密度、較低的熱退磁)的構(gòu)件，比SmCo系磁鐵更為廉價(jià)。如圖7所示，若增加NiMn添加量則使能積(BHmax)增加。這是由于退磁曲線的矩形性增加的緣故。但是，由于添加反鐵磁性材料使剩余磁通密度下降，所以能積減少了大約15％。若超過(guò)20％則比不添加的情況還小。因此，有必要使反鐵磁性材料的添加量或生成量在20％以下。在反鐵磁性材料為NiO、Fe2O3、IrMn、PtMn、CrMnPt、CoO等的情況下，由于若添加量或生成量超過(guò)約20％(體積比)則剩余磁通密度下降的效果超過(guò)矩形性提高的效果，因而有必要在20％以下。在將反鐵磁性材料和軟磁性材料添加到硬質(zhì)磁性材料中或者在硬質(zhì)磁性材料中生成反鐵磁性材料和軟磁性材料的情況下，由于當(dāng)軟磁性材料的磁通密度高時(shí)剩余磁通密度進(jìn)一步增加，因而即使增加反鐵磁性材料的體積也可以實(shí)現(xiàn)高能積。即，在由除NiMn等反鐵磁性材料以外的鐵和鐵系合金構(gòu)成的厚度很薄的層或微粒與反鐵磁性材料同時(shí)生成的情況下，鐵系材料的飽和磁通密度提高，通過(guò)與軟磁性材料和硬質(zhì)磁性材料兩者的磁偶合，可以實(shí)現(xiàn)剩余磁通密度的提高和矩形性的提高，增加能積。
(實(shí)施例4)以下，對(duì)在反鐵磁性相中采用不規(guī)則相的IrMn和PdMn或FeMn的情況下的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。以下表示含有Ir10～30at％Mn和Pd10～30at％Mn或Fe30～60at％Mn的合金或CrMnPt、IrMnPd等三元系合金的任何一種的硬質(zhì)磁性材料的制造方法。硬質(zhì)磁性材料是以包含至少一種以上稀土類(lèi)元素的化合物為主相的材料，包含稀土類(lèi)元素、Fe或Co元素和硼元素或碳元素、氮元素。在真空中(1×10-2Pa以下)使含有這些元素的原料固溶，進(jìn)行組分分析后，將其粗粉碎。粉碎中的保護(hù)性氣氛是氮或氬。進(jìn)而，采用噴射式磨機(jī)和球磨機(jī)粉碎至1～5μm的粒徑。反鐵磁性材料可以在這樣的硬質(zhì)磁性材料的粉末中蒸鍍而形成。在可移動(dòng)的基板上載置硬質(zhì)磁性材料，在真空容器內(nèi)蒸發(fā)上述Mn系反鐵磁性材料。在硬質(zhì)磁性材料上成長(zhǎng)的Mn系反鐵磁性材料的厚度為10～100nm。在蒸鍍反鐵磁性材料之前，在氫氣中加熱硬質(zhì)磁性材料的粉末表面，通過(guò)還原表面的氧化層提高磁性特性的溫度特性。蒸鍍的硬質(zhì)磁性材料粉末的表面積若在大約10％以上則可以看到對(duì)溫度特性的改善。在蒸鍍時(shí)可以采用真空蒸鍍法或?yàn)R射法。采用Ar氣的濺射法適用于不易引起組分偏差的批量生產(chǎn)。在采用蒸鍍法形成反鐵磁性材料的情況下，在硬質(zhì)磁性材料粉末上形成反鐵磁性材料之前、形成Fe、NiFe等軟磁性材料的1～10nm的膜厚之后形成反鐵磁性材料的方法，磁特性的變動(dòng)小。通過(guò)在磁場(chǎng)(0.6MA/cm以上的磁場(chǎng))中對(duì)蒸鍍這種反鐵磁性材料而形成的硬質(zhì)磁性材料的磁粉加壓(107N/m2以上的壓力)，獲得具有各向異性的磁粉成形體。這時(shí)的密度大約為7g/cm3。將該成形體插入到加熱爐內(nèi)，在氫氣流中進(jìn)行還原，在850～1100℃的溫度下加熱保溫。即使對(duì)冷卻速度不作特別的限定，通過(guò)在磁場(chǎng)中進(jìn)行冷卻，在反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料之間也會(huì)產(chǎn)生磁偶合。通過(guò)該磁偶合，增加了硬質(zhì)磁性材料的矯頑力。通過(guò)矯頑力的增加，獲得在高溫下矯頑力也很高、不易產(chǎn)生熱退磁的硬質(zhì)磁性材料。在上述實(shí)施例中所討論的硬質(zhì)磁性材料的組成和反鐵磁性材料的種類(lèi)和磁性特性的結(jié)果表示在表1中。表1
由于反鐵磁性的種類(lèi)和硬質(zhì)磁性材料的組合，使得反鐵磁性材料的最佳添加量不同，但是優(yōu)選在3～20at％的范圍內(nèi)。當(dāng)超過(guò)20at％時(shí)，由于磁鐵的剩余磁通密度下降，從而即使矯頑力增加也難以確保所需的能積。若防止反鐵磁性的結(jié)構(gòu)元素在硬質(zhì)磁性材料的結(jié)晶晶粒內(nèi)擴(kuò)散、反鐵磁性材料本身分解，則希望以較少的添加量提高上述溫度特性。通常，為了改善溫度特性，在NdFeB系磁鐵中添加Dy，但是，由于Dy很貴，所以影響了磁鐵的價(jià)格，導(dǎo)致構(gòu)件和產(chǎn)品的價(jià)格上升。從表1中可知，即使不添加Dy，通過(guò)添加反鐵磁性材料也可以提高溫度特性，因而在價(jià)格上是有利的。在圖15中，表示出了在Nd2Fe14B中添加5at％的NiMn、于低溫?zé)Y(jié)磁場(chǎng)中進(jìn)行冷卻而制成的磁鐵剖面的組織。在晶界處檢測(cè)出Ni和Mn，形成NiMn的合金相。通過(guò)在晶界附近生成NiMn，在作為反鐵磁性材料的NiMn和硬質(zhì)磁性材料的Nd2Fe14B之間產(chǎn)生交換結(jié)合，抑制磁化的旋轉(zhuǎn)、磁疇壁的產(chǎn)生、和磁疇壁位移。
(實(shí)施例5)以下，對(duì)另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在氫等還原性氣體氣氛中將含有至少一種以上稀土類(lèi)元素的硬質(zhì)磁性材料的粉末粉碎至1～5μm的粒徑之后，配置到樹(shù)脂上，施加磁場(chǎng)。一邊施加磁場(chǎng)一邊以上述實(shí)施例的方式在樹(shù)脂上的磁粉上蒸鍍反鐵磁性材料，之后，用樹(shù)脂進(jìn)行涂覆。反鐵磁性材料是含有Mn的不規(guī)則相的合金，膜厚為1～50nm。蒸鍍中的磁粉表面溫度為50～100℃，利用在從該溫度范圍冷卻至室溫時(shí)施加的磁場(chǎng)向一個(gè)方向?qū)Ψ磋F磁性材料進(jìn)行磁化。通過(guò)采用這種方法，可以制成片狀的硬質(zhì)磁性材料。這樣的片狀硬質(zhì)磁性材料可以插入粘接到電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁鐵位置上使用。并且，可以粉碎上述片狀硬質(zhì)磁性材料作為混合物使用。這樣的混合物可以作為各向異性的注塑成形磁鐵的原料使用。
(實(shí)施例6)作為另一個(gè)實(shí)施例，對(duì)通過(guò)球磨混合硬質(zhì)磁性材料和反鐵磁性材料的情況進(jìn)行說(shuō)明。在球磨時(shí)采用離心球磨裝置，通過(guò)以轉(zhuǎn)速200rpm球磨規(guī)定的時(shí)間，混合反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料。其結(jié)果如表2所示。[表2]表2
如表2所示，通過(guò)添加反鐵磁性材料，減小了矯頑力溫度系數(shù)的絕對(duì)值。將這些磁性粉末和熱塑性樹(shù)脂混合可以制造各向異性或等向性的注塑成形用混合物，通過(guò)在磁場(chǎng)中進(jìn)行成形，可以適用于各種電機(jī)。
以下，從圖12至圖14表示利用本實(shí)施例制造的磁鐵剖面的模式圖。所制造的磁鐵可以形成由反鐵磁性材料21、硬質(zhì)磁性材料22構(gòu)成的富稀土類(lèi)相或鐵磁性相23。圖12是在粒徑大的硬質(zhì)磁性材料22的外側(cè)形成反鐵磁性材料21的情況，即使在反鐵磁性材料21和硬質(zhì)磁性材料22之間形成很薄的擴(kuò)散相或高歪相，也可以產(chǎn)生磁偶合。如圖13所示，即使在硬質(zhì)磁性材料22的晶粒外側(cè)存在反鐵磁性材料21和軟磁性材料或含有稀土類(lèi)元素的富稀土類(lèi)相23，也可以產(chǎn)生磁偶合。并且，如圖13所示，在硬質(zhì)磁性材料的晶粒之間存在縫隙(空隙)，但是即使在這種存在空隙的情況下，通過(guò)磁偶合，也可以提高退磁曲線的矩形性。如圖14所示，反鐵磁性材料21和軟磁性材料或富稀土類(lèi)相23存在于硬質(zhì)磁性材料22的晶粒外周，在利用軟磁性材料增加剩余磁通密度的同時(shí)，利用反鐵磁性材料21提高矩形性，從而獲得高能積的磁鐵。
(實(shí)施例7)以下，表示制成電機(jī)用轉(zhuǎn)子的例子。在圖8至圖11中表示制成的轉(zhuǎn)子的外觀。在內(nèi)轉(zhuǎn)子的情況下，在軸11的外周側(cè)上配合磁鐵，在使用上述混合物的情況下，可以采用注射成形法和壓縮成型法或熱擠出成形法在磁鐵位置上進(jìn)行成形。軸是用碳素鋼等加工形成的，在軸的外側(cè)層疊電磁鋼板，在磁鐵位置12上預(yù)先用模具開(kāi)出孔。通過(guò)在該磁鐵位置上進(jìn)行注塑或壓縮成形，用注塑成形機(jī)或壓縮成形機(jī)將反鐵磁性材料和至少一種以上的稀土類(lèi)元素、作為樹(shù)脂(熱塑性樹(shù)脂或熱固性樹(shù)脂)的混合體的混合物以層疊電磁鋼板為模具成形。在成形時(shí)，施加0.7MA/m的磁場(chǎng)，賦予磁粉各向異性?；蛘?，在圖8至圖11的磁鐵位置12中，可以由毛坯(ブロック)加工出通過(guò)將表1的特性和材料組合起來(lái)制成的磁鐵，并且機(jī)械插入而制成轉(zhuǎn)子。圖8至圖11的轉(zhuǎn)子，由于采用不易熱退磁、矯頑力的溫度系數(shù)小的硬質(zhì)磁性材料，逆磁場(chǎng)強(qiáng)，感應(yīng)電壓的溫度依賴性小，直到高溫仍可以獲得穩(wěn)定的輸出。
通過(guò)上面所述，可以實(shí)現(xiàn)增加永磁鐵中的硬磁性材料的矯頑力、增加剩余磁通密度、和增加能積的目的，進(jìn)而，可以提供采用該磁鐵的電機(jī)。
權(quán)利要求
1.永磁鐵，具有含有稀土類(lèi)元素的硬磁性材料和反鐵磁性材料，其特征為，在硬磁性材料和反鐵磁性材料之間產(chǎn)生磁偶合，前述反磁性材料的體積比在20％以下。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁鐵，其特征在于，前述硬磁性材料和前述反鐵磁性材料以及硬質(zhì)磁性材料分別以不同的相存在。
3.如權(quán)利要求1所述的永磁鐵，其特征在于，前述反鐵磁性材料的相是比前述硬磁性材料薄的相。
4.如權(quán)利要求1所述的永磁鐵，其特征在于，前述反鐵磁性材料是由含有Mn的規(guī)則相或不規(guī)則相構(gòu)成的合金。
5.如權(quán)利要求1所述的永磁鐵，其特征在于，前述反鐵磁性材料含有體積比為3～10％的NiMn合金。
6.一種制造永磁鐵的方法，其特征在于，包括制成含有稀土類(lèi)元素的硬磁性材料粉的工序，制成反磁性材料粉的工序，混合前述硬磁性材料粉和前述反磁性材料粉的工序，將混合粉填充到配有電磁鐵的模具中的工序，對(duì)該混合粉施加磁場(chǎng)的工序，加熱前述混合粉的工序，一邊冷卻前述混合粉一邊施加磁場(chǎng)的工序。
7.如權(quán)利要求6所述的永磁鐵制造方法，其特征在于，混合前述硬磁性材料粉和前述反鐵磁性材料粉的工序是以20％以下的體積比混合前述反鐵磁性材料粉。
8.如權(quán)利要求6所述的永磁鐵的制造方法，其特征在于，制成前述反磁性材料粉的工序是制成比前述硬磁性材料粉小的反鐵磁性材料粉的工序。
9.如權(quán)利要求6所述的永磁鐵制造方法，其特征在于，制成含有前述稀土類(lèi)元素的硬磁性材料粉的工序包括利用還原性氣體去除該硬磁性材料粉表面的氧化物的工序。
10.如權(quán)利要求6所述的永磁鐵制造方法，其特征在于，將混合粉填充到前述配有電磁鐵的模具中的工序包括利用還原性氣體去除該硬質(zhì)磁性材料表面的氧化物的工序。
11.一種永磁鐵，其特征在于，是具有包含稀土類(lèi)元素的硬磁性材料和反鐵磁性材料的永磁鐵，前述反磁性材料是具有比使用溫度高的奈耳點(diǎn)的氧化物。
12.如權(quán)利要求11所述的永磁鐵，其特征在于，前述硬磁性材料、前述反鐵磁性材料和硬質(zhì)磁性材料分別以不同的相存在。
13.如權(quán)利要求11所述的永磁鐵，其特征在于，前述反鐵磁性材料的相是比前述硬磁性材料的相薄的相。
14.一種轉(zhuǎn)子，其特征在于，使用了權(quán)利要求1所述的永磁鐵。
15.一種電機(jī)，其特征在于，使用了權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
在室溫以上使用含有稀土類(lèi)元素的硬質(zhì)磁性材料的情況下，為了減小磁性特性的溫度依賴性，有必要使用具有高矯頑力和小矯頑力溫度系數(shù)的硬質(zhì)磁性材料。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)在硬質(zhì)磁性材料中添加反鐵磁性材料，在磁場(chǎng)中進(jìn)行冷卻處理，在硬質(zhì)磁性材料和反鐵磁性材料之間產(chǎn)生磁偶合，抑制硬質(zhì)磁性材料的磁化作用，借此增加矯頑力，減小矯頑力的溫度系數(shù)。通過(guò)在室溫以上的溫度范圍內(nèi)使用的電機(jī)等中使用，可以直到高溫均保持高轉(zhuǎn)矩，特別是可以適用于工業(yè)、汽車(chē)、半導(dǎo)體裝置等的輸送、發(fā)電機(jī)等中。
文檔編號(hào)H02K1/22GK1477654SQ0310660
公開(kāi)日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者小室又洋, 小室勝博, 博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所