[發明專利]用于高性能永磁體的納米級復合磁體

在審

• 申請號: 201480053692.4
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN105593951A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: C.卡西格諾爾;M.克里斯平;I.津斯
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01F1/00
• 分類號: H01F1/00;H01F1/06;H01F1/09
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種根據獨立權利要求的前序部分所述的納米顆粒，尤其是 用于永磁體、如電動機或發電機中的永磁體的納米顆粒。

永磁激勵的電動機和發電機對于所使用的永磁體的磁性具有較高的要 求。這在通常的結構中僅由在釹-鐵-硼或釤-鈷基礎上的各向異性的燒結的稀 土-磁性材料實現。獲取稀土元素的渠道的稀少促使人們努力尋找新的永磁 性的、尤其無稀土元素的磁性材料。這尤其通過納米技術實現了較大的好轉。 在此，永磁性除了取決于基于適合的原子和晶體結構的高磁化強度(磁性極 化強度)以外，還很大程度上取決于介觀尺度上的磁化過程。通過形成納米 級單磁疇顆粒的微結構設計，有益于永磁特性，如在快速固化技術中已知的。

但是，由具有較高自發磁化強度的納米顆粒(或稱為納米粒子)構成的永 磁材料的合成結構受到納米顆粒內的升高的易氧化性阻礙。由此本身最適合 的由Co和Fe構成的過渡金屬合金較容易被氧化。

同時通過所謂的形狀各向異性可實現的矯頑磁場強度在現實中無法達 到。

雖然在目前的以稀土元素為基礎的永磁體(例如SmCo或NdFeB)中通過 在微晶體的冶金生成的微結構中的較高的磁晶各向異性產生對于目前幾乎 所有應用中足夠高的矯頑磁場強度，但是在該系統中剩余磁化強度仍限于硬 磁性相的自發磁化強度(例如Nd₂Fe₁₄B為1.61T)。

通過納米技術的合成工藝，能夠憑借成型可行性制造單磁疇的納米顆 粒。納米顆粒同樣可以構造為長形延伸的橢圓體、納米線或納米棒并且布置 成定向的組裝體。原本作為軟磁性金屬和合金已知的鐵磁材料、如NiFe或 CoFe，由于形狀各向異性而成為具有增大的反復磁化穩定性的永磁性材料。 各向異性場作為用于矯頑磁場的上限在此對于無限長形延伸的顆粒幾何結 構限制在2Pi*Ms(飽和磁化強度)。由于組裝體的影響以及因納米顆粒表面上 的缺陷以及邊角而對矯頑磁場的降低作用(μH＝alpha*μHa-Neff*Js)，使得目 前仍不明確，是否在由顆粒組裝體中可以實現該極值，或者是否出現其他的 同樣造成較低矯頑磁場的反復磁化方式(卷曲、展開)。

在FeCo納米線中的矯頑磁場的通常最大值是大約5.5kOe并且由此對 于高的能量密度是過低的。這可以又以傳統的方式借助所謂的核殼方法被消 除，核殼方法也就是第二硬磁性的材料在形狀各向異性的納米顆粒的外表面 上的沉積。硬磁性的外殼在此可以面狀地布置在納米顆粒上并且完全地覆蓋 納米顆粒。DE102012204083.8公開了這種布置方式。

DE102012204083.8公開了一種具有至少一個伸長的核心的納米顆 粒，核心由至少一種可磁化和/或被磁化的第一材料構成，并且具有圍繞核心 的殼體，該殼體由至少一種磁晶各向異性的第二材料構成。

兩相的、所謂交互耦連(exchangespring)的磁體的上述構思雖然在冶金 工藝中、尤其所謂的快速淬火工藝中被研究。但是，在此在兩相成型和分布 方面的受限的控制技術造成矯頑磁場強度的較大的下降并由此導致永磁性 的降低。

因此本發明所要解決的技術問題是，提供一種改進的納米顆粒，借此可 以克服上述現有技術的缺點。尤其通過按照本發明的納米顆粒可以獲得改進 的永磁性的磁體材料。本發明所要解決的技術問題還在于，提供改進的永磁 體以及改進的電動機和改進的發電機。應提供合成永磁體的新的構思。應實 現能量密度的有效的增大。應減低易氧化性并且增大可實現的矯頑磁場強 度。

所述技術問題通過按照獨立權利要求的納米顆粒解決。所述技術問題還 通過按照并列權利要求的方法解決。按照本發明的永磁體、電動機和發電機 能夠得以制造和應用。

根據第一方面，要求保護一種納米顆粒，具有從第一端部沿著縱軸線延 伸至第二端部的伸長的核心，所述核心由至少一種可被磁化和/或被磁化的第 一材料構成，其中，在所述核心上在所述第一端部上構造有第一覆蓋部并且 在所述第二端部上構造有第二覆蓋部，所述第一覆蓋部和第二覆蓋部具有磁 晶各向異性的第二材料，其中，所述核心沿著縱軸線在所述第一覆蓋部和第 二覆蓋部之間具有未被所述第一覆蓋部和第二覆蓋部覆蓋的大于零的間距。

在此，在本發明中的納米顆粒應理解為一種直徑小于1000nm的顆粒。 納米顆粒尤其具有小于300nm的直徑。