[發(fā)明專(zhuān)利]具有高磁能密度的宏觀(guān)納米結(jié)構(gòu)永磁鐵的生產(chǎn)工藝以及相應(yīng)磁鐵

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980122342.8
• 申請(qǐng)日: 2009-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102084443A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·基奧萊里奧;P·阿利亞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 都靈理工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01F41/16
• 分類(lèi)號(hào): H01F41/16;H01F10/32
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李娜;蔣駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁鐵的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，具體涉及具有高磁能密度用于高效率電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的納米結(jié)構(gòu)的宏觀(guān)膜或者薄膜。

背景技術(shù)

在全球范圍內(nèi)，永磁鐵的研究受到了人們的普遍關(guān)注，對(duì)小型電子器件、電流發(fā)生器和直流電機(jī)的生產(chǎn)需求使該研究更為人關(guān)注。

可以用高矯頑性、高剩磁性來(lái)概括這些材料需要的磁性，高矯頑性和高剩磁性都意味著與磁能密度成正比的大的磁滯回線(xiàn)區(qū)域，磁能密度又定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之積(B×H)，通常是用MGOe或者用J/m³(1MGOe≈7742J/m³)度量的。具有高B?X?H積的永磁鐵(其工作點(diǎn)(根據(jù)形狀和邊界條件)在矯頑性和剩磁性之間的中間位置)是非常強(qiáng)磁場(chǎng)的來(lái)源，并且很難受到任何外來(lái)磁場(chǎng)的影響；因此其能夠感應(yīng)很強(qiáng)的電動(dòng)勢(shì)，并且是電機(jī)應(yīng)用和發(fā)電機(jī)的最佳選擇。通常，最適合材料包含稀土金屬和過(guò)渡金屬的合金(Sm₂Co₁₇，SmCo₅，Nd₂Fe₁₄B，Sm₂(CoFe)₁₇，Sm₂Fe₁₇N₃等)，其中第一元素的晶體結(jié)構(gòu)引起高的磁性-晶體各向異性(硬相(hard?phase))，而過(guò)渡金屬對(duì)系統(tǒng)的整體磁矩(軟相(soft?phase))有貢獻(xiàn)。

為了獲得高性能價(jià)廉的永磁鐵，要略微降低稀土的含量，優(yōu)選用鐵-釹合金來(lái)代替鈷-釤合金，另外的優(yōu)點(diǎn)是有更好的可加工性。

根據(jù)磁物理學(xué)的最新發(fā)展成果，一直把一種特定機(jī)制，即雙極耦合機(jī)制認(rèn)為是生產(chǎn)具有很高能積B?x?H(＞1MGOe)、降低的稀土金屬濃度的材料的可行起點(diǎn)。已經(jīng)有人描述了這些概念，例如在J.Appl.Phys，99，08B516(2006)的Lee，Bauser，Higgins，Chen和Liu的“Bulk?anisotropic?composite?rare?earth?magnets”中已有描述。最新數(shù)值仿真顯示，原則上可以用含有低于10％化學(xué)當(dāng)量的稀土基化合物的納米結(jié)構(gòu)合金來(lái)達(dá)到相同性能，例如可參見(jiàn)Phys.Rev.B，48，21(1993)的Skomsky和Coey的“Giant?energy?product?in?nanostructured?two-phase?magnet”。根據(jù)這些研究，薄層狀納米結(jié)構(gòu)材料代表了滿(mǎn)足獲得良好性能需求的最佳結(jié)構(gòu)，其中含有稀土金屬的化學(xué)當(dāng)量硬相由一組厚度一般約為10納米的堆疊層組成，層間用厚度約100納米的其它軟鐵磁性材料層隔開(kāi)。但是，到目前為止還沒(méi)有一種可用工藝技術(shù)能在工業(yè)規(guī)模上成功制造由納米結(jié)構(gòu)多層合成物組成的宏觀(guān)制品。

可以把由由兩相材料組成的永磁鐵的主要生產(chǎn)方法分類(lèi)為粉末冶金工藝，其中兩相材料包括基于稀土的硬鐵磁相和基于Fe，Co，Ni的軟鐵磁相。在這種情況下，執(zhí)行單軸冷壓，然后要么進(jìn)行燒結(jié)，要么進(jìn)行單軸熱壓或者熱等靜壓。結(jié)果，以此方式獲得的雙相合金的微晶結(jié)構(gòu)還不足以達(dá)到文獻(xiàn)中估計(jì)的理論性能。此主要缺點(diǎn)是由于對(duì)通過(guò)這些技術(shù)獲得的晶體的納米結(jié)構(gòu)的松散控制，以及由包括稀土基合金通常呈現(xiàn)的形狀(其為球形或者圓柱形的，即絕對(duì)不象真正的薄片)造成的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是獲得一種用于制造具有高磁能密度特征且允許獲得極好地執(zhí)行的并且便宜的(由于稀土的含量低)磁性材料的納米結(jié)構(gòu)多層永磁鐵(既是薄膜又是宏觀(guān)的片狀物)的工藝。

為了達(dá)到該目的，本發(fā)明與生產(chǎn)該類(lèi)型的永磁鐵的工藝有關(guān)，其意指：沉積合金作為多層納米結(jié)構(gòu)材料，該沉積操作意指沉積第一組硬鐵磁材料的堆疊層，將第二組軟鐵磁性材料層插入所述第一組堆疊層。該沉積操作包括：提供所述硬和/或軟鐵磁材料作為磁性納米微粒溶液；將所述磁性納米微粒溶液供應(yīng)到用于噴射液態(tài)微射流的裝置；噴射所述溶液以沉積所述第一組層和/或所述第二組層。本發(fā)明還與用于生產(chǎn)宏觀(guān)永磁鐵的系統(tǒng)以及相應(yīng)的永磁鐵有關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特征，所述用于噴射液態(tài)微射流的裝置包括噴墨印刷頭。根據(jù)另一優(yōu)選特征，包括：用于噴射液態(tài)微射流的使用裝置包括至少兩個(gè)噴嘴，給其中的一個(gè)噴嘴供應(yīng)含有硬磁性材料納米微粒的溶液，給另一個(gè)噴嘴供應(yīng)包含軟磁性材料納米微粒的溶液。

通過(guò)上述特征，根據(jù)本發(fā)明的工藝體現(xiàn)在對(duì)多層納米結(jié)構(gòu)層次上雙相材料的完全控制，允許稀土基的硬合金的體積分?jǐn)?shù)被限制到理論期望值。此外，在需要時(shí)，采用微射流噴射允許所生產(chǎn)磁鐵的表面區(qū)域被至少十分之一毫米的沉積細(xì)節(jié)所覆蓋。

附圖說(shuō)明