[发明专利]永磁体的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁体的制作方法，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。

背景技术

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-Co、和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＝VJ_sHsinθ.             (1)

式中，V为磁畴的体积，J_s为合金的自发磁极化强度，H为外磁场的强度，θ为J_s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J_s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。在本发明的叙述中，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＝1×10⁷/(4π)A/m，目的是为了更加简洁、清楚地阐述本发明的内容。