用于高性能永磁体的纳米级复合磁体制造技术

本发明专利技术涉及一种纳米颗粒(N)，具有从第一端部沿着纵轴线(z)延伸至第二端部的伸长的核心(10)，所述核心(10)由至少一种可被磁化和/或被磁化的第一材料构成；其中，在所述核心(10)上在所述第一端部上构造有第一覆盖部(20a)并且在所述第二端部上构造有第二覆盖部(20b)，所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)具有磁晶各向异性的第二材料，其中，所述核心(10)沿着纵轴线在所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)之间具有未被所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)覆盖的大于零的间距(d)。以这种方式，相对于所产生的矫顽磁场强度可以节省第二材料。相应地可以提供用于永磁体的节省成本的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的纳米颗粒，尤其是用于永磁体、如电动机或发电机中的永磁体的纳米颗粒。永磁激励的电动机和发电机对于所使用的永磁体的磁性具有较高的要求。这在通常的结构中仅由在钕-铁-硼或钐-钴基础上的各向异性的烧结的稀土-磁性材料实现。获取稀土元素的渠道的稀少促使人们努力寻找新的永磁性的、尤其无稀土元素的磁性材料。这尤其通过纳米技术实现了较大的好转。在此，永磁性除了取决于基于适合的原子和晶体结构的高磁化强度(磁性极化强度)以外，还很大程度上取决于介观尺度上的磁化过程。通过形成纳米级单磁畴颗粒的微结构设计，有益于永磁特性，如在快速固化技术中已知的。但是，由具有较高自发磁化强度的纳米颗粒(或称为纳米粒子)构成的永磁材料的合成结构受到纳米颗粒内的升高的易氧化性阻碍。由此本身最适合的由Co和Fe构成的过渡金属合金较容易被氧化。同时通过所谓的形状各向异性可实现的矫顽磁场强度在现实中无法达到。虽然在目前的以稀土元素为基础的永磁体(例如SmCo或NdFeB)中通过在微晶体的冶金生成的微结构中的较高的磁晶各向异性产生对于目前几乎所有应用中足够高的矫顽磁场强度，但是在该系统中剩余磁化强度仍限于硬磁性相的自发磁化强度(例如Nd2Fe14B为1.61T)。通过纳米技术的合成工艺，能够凭借成型可行性制造单磁畴的纳米颗粒。纳米颗粒同样可以构造为长形延伸的椭圆体、纳米线或纳米棒并且布置成定向的组装体。原本作为软磁性金属和合金已知的铁磁材料、如NiFe或CoFe，由于形状各向异性而成为具有增大的反复磁化稳定性的永磁性材料。各向异性场作为用于矫顽磁场的上限在此对于无限长形延伸的颗粒几何结构限制在2Pi*Ms(饱和磁化强度)。由于组装体的影响以及因纳米颗粒表面上的缺陷以及边角而对矫顽磁场的降低作用(μH＝alpha*μHa-Neff*Js)，使得目前仍不明确，是否在由颗粒组装体中可以实现该极值，或者是否出现其他的同样造成较低矫顽磁场的反复磁化方式(卷曲、展开)。在FeCo纳米线中的矫顽磁场的通常最大值是大约5.5kOe并且由此对于高的能量密度是过低的。这可以又以传统的方式借助所谓的核壳方法被消除，核壳方法也就是第二硬磁性的材料在形状各向异性的纳米颗粒的外表面上的沉积。硬磁性的外壳在此可以面状地布置在纳米颗粒上并且完全地覆盖纳米颗粒。DE102012204083.8公开了这种布置方式。DE102012204083.8公开了一种具有至少一个伸长的核心的纳米颗粒，核心由至少一种可磁化和/或被磁化的第一材料构成，并且具有围绕核心的壳体，该壳体由至少一种磁晶各向异性的第二材料构成。两相的、所谓交互耦连(exchangespring)的磁体的上述构思虽然在冶金工艺中、尤其所谓的快速淬火工艺中被研究。但是，在此在两相成型和分布方面的受限的控制技术造成矫顽磁场强度的较大的下降并由此导致永磁性的降低。因此本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种改进的纳米颗粒，借此可以克服上述现有技术的缺点。尤其通过按照本专利技术的纳米颗粒可以获得改进的永磁性的磁体材料。本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供改进的永磁体以及改进的电动机和改进的发电机。应提供合成永磁体的新的构思。应实现能量密度的有效的增大。应减低易氧化性并且增大可实现的矫顽磁场强度。所述技术问题通过按照独立权利要求的纳米颗粒解决。所述技术问题还通过按照并列权利要求的方法解决。按照本专利技术的永磁体、电动机和发电机能够得以制造和应用。根据第一方面，要求保护一种纳米颗粒，具有从第一端部沿着纵轴线延伸至第二端部的伸长的核心，所述核心由至少一种可被磁化和/或被磁化的第一材料构成，其中，在所述核心上在所述第一端部上构造有第一覆盖部并且在所述第二端部上构造有第二覆盖部，所述第一覆盖部和第二覆盖部具有磁晶各向异性的第二材料，其中，所述核心沿着纵轴线在所述第一覆盖部和第二覆盖部之间具有未被所述第一覆盖部和第二覆盖部覆盖的大于零的间距。在此，在本专利技术中的纳米颗粒应理解为一种直径小于1000nm的颗粒。纳米颗粒尤其具有小于300nm的直径。在本专利技术中的伸长的核心应理解为一种具有至少为1.5的长径比的核心，该长径比是长度与宽度之比。适合的是，长径比至少是5、理想情况是至少10。特别的技术方案是，制备具有核心-覆盖部-纳米结构的伸长的颗粒，其中，至少两种材料系统参与其中，它们实现高的永磁性能以及高的剩磁、高的矫顽磁场和高的能量产出以及实现长效稳定性，以及将这些磁性结构单元组合成组装体。部件中的一个、即核心相具有更高的体积含量并且具有高磁化强度。第二相在此是覆盖部相，其具有较高的磁晶各向异性。这稳定了表面或界面的磁性。此外，通过选择核心大小、核心直径和覆盖部厚度以及优化的接触来实现磁性交互耦合作用，该交互耦合作用导致单相的反复磁化性能并且由此有益于在高的矫顽磁场下均匀的转动。按照本专利技术可知，在核心相或核心的端部上开始反复磁化过程。按照本专利技术，第二相在核心相的端部上沉积。按照本专利技术可知，与封闭的相相比，这能够改善磁力性，同时减少第二相(核心的包裹物)的体积含量。与核心被完全地加装壳体相比，第二相或第二材料的总体积的降低有利地提高了纳米颗粒的磁化强度。第二相的含量的降低使得每个磁性结构单元的价格有利地降低，因为所使用的具有高磁晶各向异性的大多数材料是非常昂贵的元素、如Pt、Pd或稀土元素。根据第二方面，要求保护一种通过第一覆盖部和第二覆盖部对纳米颗粒进行涂覆的方法，其中，核心在一个步骤中而第一覆盖部和第二覆盖部在另一个步骤中彼此分别地被合成，并且之后实施第二材料在第一材料上的化学或物理沉积。尤其通过使用纳米颗粒作为第二相或第二材料，在合成磁性结构单元时具有另外的优点。普遍地，用第二层均匀涂覆纳米颗粒是很大的挑战，因此局部的涂覆可以有利地更简单地实现。由于第一相和第二相、或者第一材料和第二材料之间的磁性的相互作用，有利地促成了第二相在第一相的纳米颗粒的端部上的安置。既可以在一个步骤中也可以分开地进行合成。分开地合成使得可以针对两个相都采用优化的形成条件。在多数情况下，尤其为了构造硬质相需要进行热处理，该热处理超过了第一相的热稳定度。例如为了构造硬铁氧体需要大约1000℃的温度，并且为了将FePt转变为硬磁性的四方晶体结构需要大于600℃的温度。此外，第二相的形成条件可能对第一相造成负面影响，例如第一相的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米颗粒，具有从第一端部沿着纵轴线(z)延伸至第二端部的伸长的核心(10)，所述核心(10)由至少一种可被磁化和/或被磁化的第一材料构成，其特征在于，在所述核心(10)上在所述第一端部上构造有第一覆盖部(20a)并且在所述第二端部上构造有第二覆盖部(20b)，所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)具有磁晶各向异性的第二材料，其中，所述核心(10)沿着纵轴线在所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)之间具有未被所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)覆盖的大于零的间距(d)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.28 DE 102013221828.11.一种纳米颗粒，具有从第一端部沿着纵轴线(z)延伸至第二端部的伸
长的核心(10)，所述核心(10)由至少一种可被磁化和/或被磁化的第一材料构
成，其特征在于，在所述核心(10)上在所述第一端部上构造有第一覆盖部(20a)
并且在所述第二端部上构造有第二覆盖部(20b)，所述第一覆盖部(20a)和第二
覆盖部(20b)具有磁晶各向异性的第二材料，其中，所述核心(10)沿着纵轴线
在所述第一覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)之间具有未被所述第一覆盖部
(20a)和第二覆盖部(20b)覆盖的大于零的间距(d)。
2.按照权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第一覆盖部(20a)
和第二覆盖部(20b)覆盖所述核心(10)的横向于所述纵轴线延伸的表面区域。
3.按照权利要求1或2所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第一覆盖
部(20a)和第二覆盖部(20b)完全覆盖所述核心(10)的横向于所述纵轴线延伸
的表面区域。
4.按照权利要求1或2或3所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第一
覆盖部(20a)和第二覆盖部(20b)覆盖所述核心(10)的沿着所述纵轴线延伸的
表面区域。
5.按照权利要求4所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第一覆盖部(20a)
完全包裹所述第一端部，并且所述第二覆盖部(20b)完全包裹所述第二端部。
6.按照前述权利要求之一所述的纳米颗粒，其特征在于，第二材料由
第二纳米颗粒(30)组成，所述第二纳米颗粒(30)的体积分别小于所述核心(10)
的体积。
7.按照权利要求6所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第二纳米颗粒(30)
的体积是所述核心(10)的体积的1％至20％。
8.按照权利要求6或7所述的纳米颗粒，其特征在于，所述第二纳米
颗粒(30)是球形的。
9.按照前述权利要求之一所述的纳米颗粒，其特征在于，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C卡西格诺尔，M克里斯平，I津斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE