氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术制造技术

本发明专利技术涉及氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术，该永磁体可以包括Fe16N2相结构。在一些实例中，该永磁体可以通过包括以下步骤的技术形成：在基本平行于铁晶体的<001>晶轴的方向上拉紧包含至少一种铁晶体的铁丝或铁板；氮化铁丝或铁板以形成氮化的铁丝或铁板；退火氮化的铁丝或铁板以在至少一部分氮化的铁丝或铁板中形成Fe16N2相结构；和压制氮化的铁丝或铁板以形成块体永磁体。

【技术实现步骤摘要】
氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术本申请是于2012年8月17日提交的专利技术名称为“氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术”的中国专利申请号201280047372.9的分案申请。
本公开涉及永磁体和用于形成永磁体的技术。
技术介绍
永磁体在许多机电系统，包括，例如，替代能源系统中发挥着作用。例如，永磁体用于电动马达或发电机，这些马达或发电机可以用于车辆、风力涡轮机和其它可替代的能源机构。目前使用的许多永磁体包含稀土元素，如钕。这些稀土元素的供应相对短缺，并且未来可能面临价格上升和/或供应短缺。此外，一些包含稀土元素的永磁体生产成本高昂。例如，NdFeB磁体的制作一般包括压碎物料，压制所述物料和在超过1000℃的温度下烧结。
技术实现思路
通常，本公开涉及包含Fe16N2的块体永磁体和用于形成包含Fe16N2的块体永磁体的技术。块体Fe16N2永磁体可以提供包含稀土元素的永磁体的替代永磁体。铁和氮是丰富的元素，因而相对便宜并容易获得。此外，从薄膜Fe16N2永磁体收集的实验证据表明块体Fe16N2永磁体可以具有所需的磁性能，包括高达约134MegaGauss*Oerstads(MGOe)的能量积，这是NdFeB能量积(约60MGOe)的约2倍。高能量积的Fe16N2磁体可以为电动机、发电机和磁共振成像(MRI)磁铁等应用中提供高效率。在一些方面中，本公开描述了用于形成块体Fe16N2永磁体的技术。该技术一般可以包括，沿着基本平行于至少一种bcc铁晶体的<001>晶轴的方向，拉紧包含至少一种体心立方(bcc)铁晶体的铁丝或铁板。在一些实例中，该至少一种铁丝或铁板的<001>晶轴可以基本平行于铁丝或铁板的长轴。该技术则包括将铁丝或铁板暴露于氮环境以将氮引入铁丝或铁板中。该技术进一步包括退火氮化的铁丝或铁板以对铁和氮原子的排布定序并在至少一部分的铁丝或铁板中形成Fe16N2相结构(phaseconstitution)。在一些实例中，多个Fe16N2丝或板能够基本平行于<001>轴进行组装，且多个Fe16N2丝或板可一起压制以形成包含Fe16N2相结构的永磁体。在一些方面，本公开描述了用于形成单晶氮化铁丝和板的技术。在一些实例中，如本文中所述的坩埚技术用于形成单晶氮化铁丝和板。除了此类坩埚技术，此类单晶铁丝或铁可以通过从微塑型器浮动或拉动的微熔融区而形成。另外，还描述了用于形成结晶纹理化(例如，具有沿着丝和板的某个方向的所需结晶取向)的氮化铁丝和板的技术。在一个实例中，本公开涉及包括以下步骤的方法：在基本平行于铁晶体的<001>晶轴的方向上拉紧包含至少一种铁晶体的铁丝或铁板；氮化该铁丝或铁板以形成氮化的铁丝或铁板；和退火该氮化的铁丝或铁板以在至少一部分氮化的铁丝或铁板中形成Fe16N2相结构。在另一实例中，本公开涉及包含以下装置的系统：在基本平行于bcc铁晶体的<001>轴的方向上拉紧包含至少一种体心立方(bcc)铁晶体的铁丝或铁板的装置；加热拉紧的铁丝或铁板的装置；将拉紧的铁丝或铁板暴露于原子氮前体以形成氮化的铁丝或铁板的装置；和退火氮化的铁丝或铁板以在至少一部分氮化的铁丝或铁板中形成Fe16N2相结构的装置。在另一方面中，本公开涉及包括脲作为将氮原子扩散到铁中的有效原子氮源以形成氮化的铁丝或铁板或块体的方法。在另一方面中，本公开涉及包含含有Fe16N2相结构的丝的永磁体。在另一方面中，本公开涉及包含含有Fe16N2相结构的板的永磁体。在另一方面中，本公开涉及包含Fe16N2相结构的永磁体。根据本公开的这个方面，永磁体在至少一个尺度(dimension)上具有至少0.1mm的尺寸。本公开的一个或多个实例的细节在附图和以下的描述进行了阐述。本公开的其它特征、目的以及优点从描述和附图，以及权利要求书中将是显而易见的。附图说明图1是示出用于形成块体Fe16N2永磁体的实例技术的流程图。图2是示出用其能够将铁丝或铁板拉紧和暴露于氮的实例装置的概念图。图3示出了图2中所示的坩埚加热台的一个实例的进一步细节。图4是显示拉紧状态下氮原子注入铁原子之间的胞间隙中的八个(8)铁晶胞的概念图。图5A和5B是示出将多个铁丝或铁板合并入永磁体的压制过程实例的概念图。图6是示出用其能够拉紧铁丝或铁板的另一实例装置的概念图。图7是示出可以用于经由脲扩散过程氮化铁丝或铁板的实例装置的示意图。图8是氮化铁相图。图9-12是实施以示出本公开的各方面的实例实验的各种结果的曲线图。图13是示出快速带式浇铸以纹理化实例氮化铁丝或板的实例装置的概念图。具体实施方式通常，本公开涉及包含Fe16N2相结构的永磁体和用于形成包含Fe16N2相结构的永磁体的技术。具体而言，本文中所述技术用于形成块体相Fe16N2永磁体。当Fe16N2永磁体是各向异性时，Fe16N2永磁体可以提供相对较高的能量积，例如，高达约134MGOe。在所述Fe16N2磁体是同向性的实例中，能量积可以高达约33.5MGOe。永磁体的能量积与残磁顽性和剩余磁性之积成正比。比较而言，Nd2Fe14B永磁体的能量积可以高达约60MGOe。当用于电动机、发电机等时，较高的能量积可以导致永磁体的效率提高。图1是示出用于形成块体Fe16N2永磁体的实例技术的流程图。图1的技术将同时参照图2～5A和5B进行描述。图2示出了用其能够将铁丝或铁板拉紧和暴露于氮的装置的概念图。图3示出了图2中所示的坩埚加热台的一个实例的进一步细节。图2的实例装置包含第一轧辊22，第二轧辊24和坩埚加热台26。第一轧辊22和第二轧辊24分别配置为接收铁丝或铁板28的第一端38和第二端40。铁丝或铁板28在第一端38和第二端40之间限定了长轴。正如图3中最佳所见，铁丝或铁板28穿过由坩埚加热台26限定的孔30。坩埚加热台26包括围绕至少部分由坩埚加热台26限定的孔30的感应器32。图1的实例技术包括沿着基本平行(例如，平行或接近平行)于所述铁丝或铁板28中至少一种铁晶体的<001>轴的方向拉紧铁丝或铁板28(12)。在一些实例中，铁丝或铁板28由具有体心立方(bcc)晶体结构的铁形成。在一些实例中，铁丝或铁板28由bcc单晶结构形成。在其它实例中，铁丝或铁板28可以由多个bcc铁晶体形成。在这些实例中的一些中，多种铁晶体以使得至少一些，例如，大多数或基本上全部，各个晶胞和/或晶体的<001>轴基本平行于向铁丝或铁板28施加拉紧力的方向定向。例如，当铁作为铁丝或铁板28形成时，至少一些<001>轴可以基本平行于铁丝或铁板28的长轴，如图2和3所示。如上所述，在一些实例中，单晶氮化铁丝和板可以使用坩埚技术形成。除了此类坩埚技术之外，单晶铁丝和铁板可以通过从微塑型器浮动或拉动的微熔融区形成以形成铁丝或铁板28。在一些实例中，铁丝或铁板28可以具有结晶纹理化结构。该技术可以用于形成结晶纹理化(例如，具有沿着丝和板的某个方向的所需结晶取向)铁丝或板28。图13是示出快速带式浇铸以纹理化实例铁丝或铁板，如铁丝或铁板28的一个实例装置70的概念图。正如所示，快速带式浇铸装置70包括含有熔融铁锭料72的锭料室(ingotcham本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种块体磁材料，包括氮化的铁丝或铁板，所述氮化的铁丝或铁板包含Fe16N2相结构。

【技术特征摘要】
2011.08.17 US 61/524,4231.一种块体磁材料，包括氮化的铁丝或铁板，所述氮化的铁丝或铁板包含Fe16N2相结构。2.根据权利要求1所述的块体磁材料，其中，所述氮化的铁丝或铁板是多个氮化的铁丝或铁板；多个丝或板的各个丝或板包含Fe16N2相结构；各个丝或板限定从所述各个丝或板的第一端延伸至所述各个丝或板的第二端的长轴；各个丝或板包含至少一种体心正方(bct)氮化铁晶体；并且至少一种bct氮化铁晶体的<001>轴基本平行于各个丝或板的长轴。3.根据权利要求2所述的块体磁材料，其中，各个氮化的铁丝或铁板具有至少0.01mm的厚度。4.根据权利要求2所述的块体磁材料，其中，各个氮化的铁丝或铁板具有至少0.1mm的厚度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的块体磁材料，其中，所述块体磁材料具有大于30MGOe的能量积。6.根据权利要求1至4中任一项所述的块体磁材料，其中，所述块体磁材料具有大于60MGOe的能量积。7.根据权利要求1至4中任一项所述的块体磁材料，其中，所述块体磁材料具有大于100MGOe的能量积。8.根据权利要求1至7中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建平，何世海，姜岩峰，
申请(专利权)人：明尼苏达大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US