CN101882504A - 各向异性稀土磁体光波微波烧结方法 - Google Patents
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Abstract
一种各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，将完成磁场取向，并压制成型的R-Fe-B(R至少为稀土元素的一种)系各向异性稀土磁体坯体置于光波微波炉中，利用光波和微波的组合能量来进行烧结。微波频率500MHz～250GHz，真空或惰性气体气氛，光波与微波的功率根据需要按比例控制，烧结温度980℃～1200℃。本发明利用光波与微波各自的加热特点，加热速度快，在烧结中使磁体坯体内的温度梯度进一步降低，可实现烧结材料中的更大区域的零梯度均匀加热，使材料内部晶粒成长均匀细小，能提高成品的磁性能，同时还有减少热应力，减少开裂、变形倾向，节省成本、节约能源、保护环境等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土磁体的烧结方法，尤其涉及一种各向异性稀土磁体光波微波烧结方法。
背景技术
磁性材料广泛应用于国民经济的建设中，而以各向异性NdFeB(钕铁硼)为代表的稀土类各向异性的烧结磁体又以磁性能高，而占据着不可替代的地位。但传统的磁体结烧方法又存在着一些固有的缺陷，影响了其进一步的发展应用。传统的磁体烧结方式是，依靠发热体将热能通过对流，传导或辐射方式传递至磁体坯体，使磁体坯体的温度达到烧结温度，从而完成烧结。该种烧结方法中，热量从外向内传递，烧结时间长，能耗大。烧结过程中，磁体坯体的表面与内部存在较大的温度梯度。受热的不均匀会导致材料内部晶粒的成长不均匀，出现晶粒异常长大的现象，这不但会影响成品的磁性能，还会使烧结成品变形大，外形尺寸精度差，容易开裂等，造成产品的合格率下降，增加生产成本；另外有一种使用放电等离子烧结的方法，该方法(SPS技术)是一种利用直流脉冲电流通电烧结的加压烧结方法，其基础原理是通过对电极通入直流脉冲电流瞬时产生的放电等离子使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，在加压的同时实现烧结。烧结瞬时完成，但在磁体颗粒之间会产生辉光放电，导致过度烧结，也会使晶粒直径增大，影响成品的磁性能；还有一种采用微波烧结的方法，微波在加热磁体坯体时，坯体内部温度要高于外围温度，同样存在温度梯度，虽然较传统烧结方式有所改善，但还是有一些坯体受热不均匀的问题存在，依然会有一定的变形大，外形尺寸精度差，易开裂，内部晶粒成长不均匀的现象发生。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，针对现有的烧结加热技术存在的不足，提供一种各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，能够进一步地降低烧结中磁体坯体中存在的温度梯度，改善晶粒的成长环境，以获得磁性能更好，变形更小，外形尺寸精度更高，不易开裂的优质烧结磁体产品。
本发明的目的是这样实现的：一种各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，是将完成磁场取向处理，并压制成型的R-Fe-B(R至少为稀土元素中的一种)系各向异性稀土磁体(如钕铁硼等)坯体置于光波微波炉中，利用光波和微波的组合能量来进行烧结。微波频率控制在500MHz～250GHz范围之间，微波功率控制在加热总功率的40％～80％范围；光波功率控制在加热总功率的20％～60％之间；光波微波炉中气氛为真空或惰性气体，惰性气体可循环流动。升温速度50℃/min～300℃/min，烧结温度980℃～1200℃，保温时间10min～60min，冷却速度10℃/min～80℃/min。烧结磁体的回火处理，可按常规R-Fe-B系稀土磁体烧结的热处理方式进行。
所述微波的加热方式与传统方式不同，磁控管将电能转化为微波能。微波可以直接穿透磁体坯体与内部材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度，实现致密化烧结。微波不仅仅只是作为一种加热能源，还能降低活化能，促进原子的扩散。微波场具有增强离子电导的效应，高频电场能促进晶粒表层带电空位的迁移，从而使晶粒产生类似于扩散蠕动的塑性变形，从而促进了烧结的进行。其加热特点是内部先热，表面后热，在磁体坯体的温度分布上呈现一定的从内部高到表面低的温度梯度。微波加热速度快，热效率高，节能环保。
所述光波是指电能通过光波发射器(卤素管)而产生的远红外线电磁波。远红外线携带大量的热能以辐射方式将热能传递到磁体坯体的表面。其加热的特点是热效率高，热量由表面到达内部。光波加热过程中，存在着表面高，内部低的温度梯度，其温度梯度的方向与微波加热产生的温度梯度方向刚好相反，可以起到相互抵消温度梯度的作用。因此将光波加热与微波加热进行组合形成的双重高效加热，可以有效地降低加热过程中磁体坯体中存在的温度梯度，进而改善晶粒的成长环境，得到细小均匀的晶粒组织。光波管的热效率要远高于传统的电炉，石英管、燃气炉等。
所述光波微波炉的气氛为真空或惰性气体，惰性气体一方面可以保护稀土材料不被氧化，另一方面可以充当脱脂气体，以帮助材料的脱脂。为了提高脱脂效果，惰性气体可采取循环利用方式，让其在炉中有一定的流动速度。如果单独使用微波加热，气氛惰性气体会因自身温度过低而加剧磁体坯体表面温度低，内部温度高的温度梯度。而同时采用光波加热时惰性气体也同样会受到远红外线辐射吸收热量而升温，这样就可以减小惰性气体与磁体坯体表面的温差，进而降低惰性气体从磁体坯体表面带走热量的速度，从而减小由此而产生的磁体坯体中的温度梯度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和特点：
1.光波与微波的组合使用，可以充分利用他们各自加热的特点，起到互为补充的作用，可使加热速度更快。
2.微波的存在降低了活化能，加快了材料的烧结进程，缩短烧结时间，使晶粒不易长大，易得到均匀的细晶粒显微结构，内部孔隙少，空隙形状圆，因而具有更好延展性和韧性，可提高成品的机械物理性能。
3.由于光波加热与微波加热在磁体坯体中产生的温度梯度方向刚好相反，可以相互抵消，可实现烧结材料中的更大区域的零梯度均匀加热，使材料内部晶粒成长均匀细小，能提高成品的磁性能。
4.由于磁体坯体在烧结中温度梯度的减少，还可以使材料内部热应力减少，从而减少开裂，变形倾向。这样既可以提高烧成品的合格率，还可以提高烧结后坯体的外形尺寸精度，以减少后机械加工余量，进而减低生产成本。
5.由于烧结升温速度快，可缩短加热时间，进而可以减少稀土元素的挥发，节省稀土原料，提高稀土利用率。
6.能量利用率高，烧结时间短，可缩短生产周期(省时)，比常规烧结节能50％以上，并且还有环保无污染的优点，可满足当今节约能源，保护环境的要求。
具体实施方式
将制备的完成磁场取向，并压制成型的各向异性NdFeB(钕铁硼)磁体坯体，置入光波微波炉中，在惰性气体气氛中进行烧结。微波频率2450MHz，微波功率控制为加热总功率的70％，光波功率控制为加热总功率的30％。升温速度200℃/min，烧结温度1050℃，保温时间40min，冷却速度20℃/min。回火热处理为二级回火，高温回火温度900℃，保温时间90min；低温回火温度660℃，保温时间60min，快速冷却。烧结时惰性气体有循环流动。
Claims (5)
1.一种各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，其特征在于：将完成磁场取向，并压制成型的R-Fe-B(R至少为稀土元素的一种)系各向异性稀土磁体坯体置于光波微波烧结设备中，利用光波和微波的组合能量来进行加热烧结，烧结气氛为真空或惰性气体。
2.根据权利要求1所述的各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，其特征在于：所述微波频率为500MHz～250GHz；微波功率控制在加热总功率的40％～80％范围。
3.根据权利要求1所述的各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，其特征在于：所述光波为电能通过光波发射器(卤素管)而产生的远红外线电磁波；光波功率控制在加热总功率的20％～60％之间。
4.根据权利要求1所述的各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，其特征在于：升温速度50℃/min～300℃/min，烧结温度980℃～1200℃，保温时间10min～60min，冷却速度10℃/min～80℃/min。
5.根据权利要求1所述的各向异性稀土磁体光波微波烧结方法，其特征在于：所述气氛惰性气体为循环流动或静止状态。
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