不含稀土金属的硬磁体制造技术

本发明专利技术涉及具有永磁性能的材料，也称为硬磁体，其具有式(Fe1‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不含稀土金属的硬磁体
专利技术背景
[0001]本专利技术涉及具有永磁性能的材料，也称为硬磁体。好的硬磁体或永磁体应当产生高磁场，应当承受会使其去磁的外部磁力，并且应当具有机械坚固性(robust)。
[0002]永磁材料在许多生活领域中起着重要作用，例如在医学诊断、磁路和自旋电子学中。
[0003]典型地，硬磁材料是铁磁性材料，其特征是高剩磁和高矫顽力。
[0004]当铁磁材料在一个方向上被磁化时，当施加的磁化场被移除时，它不会弛豫到零磁化。它在零外加场下保持的磁化量被称为剩磁。为了将磁化反转回零，必须施加相反方向的磁场；去磁所需的反向磁场量称为矫顽力。当向材料施加交变磁场时，其磁化将遵循称为磁滞回线的环路。这种磁滞现象与磁畴(“外斯畴”)的存在有关。一些铁磁材料将几乎无限期地保持所施加的磁化，因此可用作“永磁体”。
[0005]磁性材料的三个内禀特性对于选择潜在永磁体是重要的：
‑
居里温度(T
C
)，在该温度以上铁磁材料或亚铁磁材料的协同磁性消失，
‑
饱和磁化强度(M
s
)，其对于能量密度(BH)
max
是决定性的，和
‑
单轴磁晶各向异性(K1)，其影响磁硬度参数
[0006]目前，最常用的高性能永磁体是稀土金属化合物：钐和钴(Sm
‑
Co)以及钕、铁和硼(Nd
‑
Fe
‑
B，例如Nd2Fe
14
B)，后者具有约1.2T的矫顽力和约1.2T的剩磁以及约400kJm
‑3的最大能量密度(BH)
max
。然而，需要镝或铽来改善腐蚀稳定性和内禀矫顽力。这些稀土元素是“战略材料”，因为它们的资源有限。它们的可获得性受到政治限制。此外，由于这些材料易受腐蚀，它们的使用温度被限制为低于200℃，和/或需要对它们进行涂覆以避免氧化或至少限制氧化。
[0007]迄今为止，还没有强力稀土永磁体的真正商业替代物，因为由于它们的磁性能，它们优于所有先前已知的体系。它们具有高的磁各向异性，因为f壳层电子免受配位场影响，因此该壳层的轨道动量表现出其优势。此外，它们可以表现出高的局部磁矩，这还允许高的饱和磁化强度。
[0008]一种不含稀土金属的替代物是大规模生产的铁氧体(如BaFe
12
O
19
或SrFe
12
O
19
)。例如，BaFe
12
O
19
在室温下的理论(BH)
max
为46kJm
‑3。在室温(300K)下，其K1为0.33MJm
‑3，μ0M
s
为0.48T，且κ为1.3。它们的用途局限于低能量密度、低成本和最高工作温度为250℃的应用。
[0009]另一种替代物是ALNICO磁体，其(BH)
max
为约80kJm
‑3。该无稀土金属的合金具有相对较高的(BH)
max
，这是由于约1.1T的高剩磁。然而，μ0H
c
约0.14T的矫顽场强度相对较小，这意味着即使在小的磁场强度下，ALNICO磁体也会承担不可逆损失的风险。此外，ALNICO的K1不够强，其κ仅为约0.5。此外，块体材料非常脆，因此在机械上脆弱。然而，其最高550℃的高工作温度是非常有利的。
[0010]硬磁体的其他候选物是MnAl、Mn2Ga和MnBi。MnAl基磁体目前达到约60kJm
‑3的(BH)
max
，其具有约280℃的居里温度。它们的剩磁和矫顽力对应于约0.6T的μ0M
r
和约0.4T的
μ0H
c
。它们不包含“紧要”元素，因此相对便宜。此外，密度为约5gcm
‑3，它们也相对较轻，但它们具有相当小的矫顽力≤0.5T。由MnBi可以制备块体磁体以及具有高达约50kJm
‑3的(BH)
max
的薄膜形式的磁体。MnBi的硬磁特性是基于六方晶体结构的单轴对称性、其面外磁化和重Bi的强烈自旋轨道耦合。不幸的是，所有这些材料在高温下都具有一阶转变(transition)，这使得不可能制造出高密度的烧结磁体。这些材料只能制成粘结磁体，这限制了它们的商业应用。
[0011]以四方结构类型L10结晶的二元化合物，例如CoPt或FePt，可表现出2T的矫顽力。然而，高铂含量在经济上是不利的。
[0012]此外，某些铁亚磷酸盐已被研究作为不含稀土金属的替代物。例如，Fe2P在低温下是硬磁体。它以六方结构结晶；然而其T
C
仅为约214K。在室温下，Fe2P是顺磁性的。已经有人尝试通过掺杂将T
C
提高到室温范围内。R.Fruchart、A.Roger和J.P.Senateur(Journal of Applied Physics 40，1250，1969)报道了Fe2P中15％的铁可以被钴取代，同时保持六方晶体结构。这种共掺杂的Fe2P在室温下具有高达441K的居里温度、0.4T的μ0M
s
和0.31MJm
‑3的K1(K.J.De Vos等人，Journal of Applied Physics 33，1320，1962)。然而，由于这些值都小于BaFe
12
O
19
的那些值，因此这种Co掺杂的Fe2P对于硬磁体应用不太令人感兴趣。
[0013]已经发现在Fe2P中用Si、As、Ge和B取代P(Fe2P1‑
x
Z
x
，Z＝Si、As、Ge、B)会提高T
C
，但代价是磁各向异性的降低和竞争结构(如斜方结构和立方结构)的出现(F.Guillou等人，Journal of Alloys and Compounds 800，403
‑
411，2019)。这些竞争相不是硬磁性的，因此它们与六方Fe2P相一起形成和存在导致(BH)
max
的降低。
[0014]上述的F.Guillou等人也报道了具有Fe
1.75
Co
0.2
P
0.8
Si
0.2
组成的混合物。然而，这种混合物并不呈现为具有独特晶体结构的均匀化合物。相反，该混合物包括二次相，如XRD数据和磁化强度对温度的曲线所证实的。专利技术目的
[0015]因此，本专利技术的目的是提供稳定的不含稀土金属的硬磁性化合物，其表现出高的居里温度、高的磁各向异性以及高的磁化强度，该材料的磁性能优选地等于或优于BaFe
12
O
19
。
[0016]根据本专利技术，“稳定”是指表现出单晶相，优选在1000K以下没有相变，优选在1200K以下，更优选在1500K以下。优选地，它还意味着当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种硬磁材料，其具有下式：(Fe1‑
y
Co
y
)2P1‑
x
Z
x
其中Z＝Si、Ge、B、As；和0.05≤x≤0.5，以及0.05≤y≤0.3。2.根据权利要求1所述的硬磁材料，其中Z是Si。3.根据权利要求1或2所述的硬磁材料，其中0.08≤x≤0.25和0.08≤y≤0.15。4.根据权利要求1所述的硬磁材料，其具有下式：(Fe
0.91
Co
0.09
)2P
0.89
Si
0.11
,(Fe
0.91
Co
0.09
)2P
0.86
Si
0.14
,(Fe
0.91
Co
0.09
)2P
0.81
Si
0.19
或(Fe
0.92
Co
0.08
)2P
0.78
Si
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：马克斯，
类型：发明
国别省市：