永磁体的制作方法技术

本发明专利技术提供一种永磁体的制作方法，包括将永磁合金粉末在外施磁场中取向成既有正向自发磁极化强度的粉末颗粒，又有反向自发磁极化强度的粉末颗粒的磁织构；所述的外施磁场，是既有正向磁场，又有反向磁场的交变磁场，并且，磁场强度的振幅随时间逐渐减小，频率为0.1～100Hz；进一步优选磁场强度的振幅随时间逐渐减小至其初始振幅的5％以下，频率为0.1～60Hz。本发明专利技术具有取向度高、制造成本低、能耗低、生产效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更加具体地说，涉及一种以低取向磁场强度制造具有高取向度的高性能烧结永磁体的方法，这样的烧结永磁体广泛应用于各种工业和民用电机、计算机、电声器件、传感器、汽车、医疗仪器和工业自动化设备等领域。
技术介绍
广泛应用于各类电机、计算机、电声、医疗仪器、汽车传感器以及各种工业和民用仪器、设备等领域的现代永磁体，主要包括用粉末冶金方法制造的烧结Nd-Fe-B、Sm-CoJP Sr(Ba)系铁氧体。这些永磁体的一个最为突出的特征是磁体内部的晶粒具有强的单轴磁晶各向异性。所谓单轴磁晶各向异性，是指晶体沿某一晶轴方向最容易被磁化，而沿其它晶轴方向则相对难以被磁化。最容易被磁化的晶轴方向称为易磁化轴，简称易轴；最难被磁化的晶轴方向称为难磁化轴，简称难轴。铁磁学的理论与实践证明，无论是哪一个晶轴，沿该晶轴的正方向和反方向的磁化特征是完全相同的。也就是说，对于具有单轴磁晶各向异性的晶体，沿其易磁化轴具有相差180°角的两个易磁化方向，沿着易轴的一个方向磁化与沿着其反方向磁化是完全等效的。在外磁场的作用下，具有单轴磁晶各向异性的晶体会朝着磁场方向转动，使得其易轴方向与磁场方向一致，此时系统的能量处于最低状态。如本领域所熟知的，为获得优异的永磁性能，需要将合金粉碎至微米级的尺度，然后将粉末放置在有外施磁场的模腔内压制成一定形状的生坯块。在这一工序中，所有的粉末颗粒在外磁场的作用下其易轴沿磁场方向排列，随即施加足够大的压制力使得粉末颗粒的这种定向排列固定下来，以获得最优的永磁性能。使得粉末颗粒在外磁场的作用下其易轴沿磁场方向排列的过程，称为磁粉的取向。随后，将压制好的生坯块在一定温度下烧结， 使之致密化，成为磁体毛坯；必要时还需将毛坯磁体在一定温度下进行回火处理，以进一步优化磁性能；接着的工序是进行机械加工，将毛坯磁体切割、修整成所需的形状、尺寸，必要时还需进行表面防护处理；最后，沿易磁化方向进行充磁即得到可以使用的永磁体产品。在上述工艺中，将合金粉碎至微米级的尺度后，所有的粉末颗粒都成为单晶体。铁磁学的理论与实践证明，在没有外磁场的情况下，为降低自退磁能，每一个呈单晶的粉末颗粒内部都存在若干个磁畴。如附图1(a)所示，具有单轴磁晶各向异性的晶体，其磁畴呈板条状，自发磁极化强度沿晶体的易轴方向，相邻磁畴之间由畴壁分开，且相邻磁畴的自发磁极化强度相互反向。在外施静磁场的作用下，粉末颗粒内的磁畴会受到一个力矩Γ的作用，其大小为Γ = VJsHsin θ .(1)式中，V为磁畴的体积，Js为合金的自发磁极化强度，H为外磁场的强度，θ为Js 与H之间的夹角。从这一公式可以看出，除非合金粉末颗粒内所有磁畴的自发磁极化强度 Js与外磁场强度H的方向一致(θ = 0)，否则颗粒总会受到一个使其易轴朝外磁场方向旋转的力矩Γ。因此，在外磁场的作用下，为降低系统的静磁能量，单晶粉末颗粒内部的多个小磁畴会先合并成一个整体，成为单磁畴体。此时，若粉末颗粒没有约束而可以自由转动的话，便会以单磁畴体的形式旋转，使其易轴与外磁场方向一致。这样一来，最终得到的压坯内的粉末颗粒的磁织构排列方式如附图1(b)所示。本专业将压坯内的粉末颗粒的磁织构排列的整齐程度称为压坯磁体的取向度。然而，粉末颗粒之间总是会存在各种复杂的机械约束而阻碍其自由转动。为克服这些阻力而使粉末颗粒获得尽可能高的取向度，目前普遍采用的方法是尽可能地增大外施静磁场强度(如公式(1)所示，磁场强度H越大，粉末颗粒所受到的旋转力矩就越大)， 通常使得作用于粉末的取向外磁场大于1. 2T，以期获得良好的永磁性能。在本专利技术的叙述中，取向外磁场属工程强磁场，磁场强度采用工程上习惯已久的单位T(特斯拉)，而不是国际单位A/m(安培/米)，在自由空间中二者的换算方式是1T = 1 X IO7/(4 π )A/m,目的是为了更加简洁、清楚地阐述本专利技术的内容。传统的关于制造永磁体的磁场取向压型工序的工作原理示于附图2中。由一对串联的载流线圈4产生磁场，通过一对极头3和轭铁2形成磁回路，在对称设置的一对极头3 之间形成工作气隙磁场；在附图2中，用虚线和箭头分别表示所述的磁回路的路径和方向。 通过所述的气隙磁场，使得置于阴模8内的合金粉末6沿磁场方向取向，将该磁场称为取向磁场；接着，通过上冲头5和下冲头9将上压杆7和下压杆1所施加的压力P传递给合金粉末6，将合金粉末6压制成型。在此过程中，所施加给合金粉末6的取向磁场的强度通常高达1. 2 2. 1T，压制力P通常高达1 5吨/cm2，使得合金粉末6在所述取向磁场中的定向排列的磁织构固定下来，形成取向压坯。随后，在线圈4中充入一较小的反向电流以产生一较小的反向磁场，对所述的取向压坯实施退磁，这样，压坯便能被方便地取出和安全地实施下一步的烧结操作。这里特别强调指出，在上述过程中，通常所施加的取向磁场都是使用单一方向的磁场，这样的具有单一方向的磁场如附图3所示，无论该磁场是如附图3(a)所示的静态形式的磁场还是如附图3(b)所示的交变形式的磁场，在对取向压坯实施退磁之前， 都只能得到如附图1(b)所示的具有合金粉末颗粒的自发磁极化强度呈单一方向排列的磁织构。在上述取向压型过程中，施加给合金粉末6的压力P的方向，与施加给合金粉末6 的磁场强度的方向相互垂直，本专业称为垂直取向压型法，简称垂直压法。若以如附图4所示的方式，施加给合金粉末6的压力P的方向，与施加给合金粉末6的磁场强度的方向相互平行，本专业称为平行取向压型法，简称平行压法。在附图4中，由一对串联的载流线圈4产生磁场，线圈4置于上压杆7和下压杆1的外围，与环形的轭铁2形成两个并联的磁回路； 因此，上压杆7和下压杆1同时起着极头和施加压力的双重作用；此时，通过上冲头5和下冲头9传递给合金粉末6的压力P，与合金粉末6所处空间的磁场强度的方向相互平行。平行压法的其它原理与垂直压法完全相同。在平行压过程中，由于压力P驱使合金粉末运动的方向与取向磁场的方向平行，这就使得已经沿磁场方向排列整齐的部分粉末颗粒偏离磁场方向；因此，在其它条件相同的情况下，平行压法所制作的永磁体的取向度会比垂直压法的低，从而剩磁、磁能积低。但平行压法有着许多优点，更容易将粉末直接压制成特殊形状、 实现高效率、自动化作业，在本领域与垂直压法被同时广泛应用。正如前文所述，粉末颗粒之间总是会存在各种复杂的机械约束而阻碍其在磁场中的自由转动取向，为获得优异的永磁性能，作用于粉末的取向外磁场强度应当大于1.2T，且磁场强度越高，粉末颗粒在压坯中的取向度越好，所制作的永磁体的磁性能就越高。然而，正如本领域所熟知的，线圈所产生的磁场强度与线圈的安匝数成正比，要获得1. 2T以上的强磁场，需要在体积庞大的线圈中输入数千安培的电流。为避免线圈所产生的巨大焦耳热烧毁设备，线圈中还不得不内置水冷系统，这就使得通常所用的线圈系统体积庞大、笨重、 能耗高、设备制造成本高昂。而且，在1. 2T以上的强磁场状态下工作的线圈，其匝与匝之间需承受巨大的电磁力冲击，很容易造成线圈内铜线之间的绝缘层被破坏烧毁设备，造成维护费用高昂、工作效率低劣。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术的不足而提出的。本专利技术的主要目的是提供一种用低取向磁场强度制造高取向度的永磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种永磁体的制作方法，包括：将永磁合金粉末在外施磁场中取向成既有正向自发磁极化强度的粉末颗粒，又有反向自发磁极化强度的粉末颗粒的磁织构；所述的外施磁场，是既有正向磁场，又有反向磁场的交变磁场，并且，交变磁场强度的振幅随时间逐渐减小，频率为０．１～１００Ｈｚ；进一步优选交变磁场强度的振幅随时间逐渐减小至其初始振幅的５％以下，频率为０．１～６０Ｈｚ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何若冲，
申请(专利权)人：何若冲，
类型：发明
国别省市：11