CN101978441A - 永久磁铁及永久磁铁的制造方法 - Google Patents

永久磁铁及永久磁铁的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种永久磁铁，其通过以下操作获得：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，将所得磁铁原料与树脂粘合剂混合且将所得混合物成形以得到生片，并将所得生片进行烧结。由于本发明具有上述构成，因而可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高矫顽力成为可能。此外，能够防止Dy或Tb固溶化于磁铁粒子中导致的剩余磁化降低。

Description

永久磁铁及永久磁铁的制造方法
技术领域
本发明涉及一种永久磁铁及该永久磁铁的制造方法。
背景技术
近年来，在混合动力车、硬盘驱动器等中使用的永磁电动机要求小型轻量化、高功率化和高效率化。特别地，如专利文献1中所示，随着近来对硬盘驱动器小型化的要求，用于硬盘驱动器的磁头驱动的音圈电动机(下文中称作VCM)要求进一步的小型化和薄型化。
于是，为了实现上述VCM的小型化和薄型化，在VCM中埋设的永久磁铁要求薄膜化并进一步提高磁特性。顺便提及，作为永久磁铁，有铁氧体磁铁、Sm-Co基磁铁、Nd-Fe-B基磁铁、Sm2Fe17Nx基磁铁等。特别地，使用具有高矫顽力的Nd-Fe-B基磁铁作为用于永磁电动机的永久磁铁。
此处，作为在永磁电动机中使用的永久磁铁的制造方法，通常使用粉末烧结法。在此处使用的粉末烧结法中，如图6中所示，首先使用喷射磨机(干法粉碎)粉碎原料以制造磁铁粉末。之后，将所述磁铁粉末置于模具中，并在从外部施加磁场的同时压制成形为所需形状。然后，在预定温度(例如，在Nd-Fe-B基磁铁的情形下为1100℃)下，将成形为所需形状的固态磁铁粉末烧结，从而制造所述永久磁铁。
专利文献1：日本特开2006-286819号公报(第2页、第3页、图4)
发明内容
这里，当在永磁电动机中使用Nd基磁铁如Nd-Fe-B基磁铁时，为了提高电动机的输出，添加Dy(镝)以进一步提高磁铁的矫顽力。这是由Dy在磁铁粒子中固溶化引起的。然而，在Nd基磁铁的常规制造方法中，为了使Dy在磁铁粒子中固溶化以充分实现磁铁矫顽力的提高，需要大量的Dy。例如，基于Nd，需要添加的Dy的量为20至30重量％。
然而，Dy是稀有金属，并且其产地有限，所以期望尽可能地减少基于Nd的Dy使用量。
此外，当如上述添加的Dy在磁铁粒子中固溶化时，这促使磁铁的剩余磁化降低。
因此，通过添加微量的Dy来大幅度提高磁铁的矫顽力而不降低剩余磁化的技术是期望的。
为解决上述常规问题而作出了本发明，本发明的目的是提供一种永久磁铁及该永久磁铁的制造方法，在所述永久磁铁中，使添加的微量Dy不均匀地分布在磁铁粒子的晶界中成为可能，从而能够在减少Dy的使用量的同时，通过Dy充分提高剩余磁化和矫顽力。
即，本发明涉及以下(1)至(5)项。
(1)一种永久磁铁，其通过以下操作获得：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，将所得磁铁原料与树脂粘合剂混合且将所得混合物成形以得到生片，并将所得生片进行烧结。
(2)根据(1)所述的永久磁铁，其中所述Dy化合物或Tb化合物在烧结后不均匀地分布在磁铁原料的晶界中。
(3)根据(1)或(2)所述的永久磁铁，其中所述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％。
(4)一种制造永久磁铁的方法，所述方法包含：
将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料在溶剂中湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料表面的步骤；
向以所述Dy化合物或Tb化合物包覆的磁铁原料中添加树脂粘合剂的步骤；
通过将所述磁铁原料和所述树脂粘合剂混炼从而制造浆料的步骤；
将所述浆料成形为片状从而制备生片的步骤；以及
将所述生片烧结的步骤。
(5)根据(4)所述的永久磁铁的制造方法，其中所述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％。
根据具有上述(1)构成的永久磁铁，所述永久磁铁由通过以下操作获得的磁铁构成：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，将所得磁铁原料与树脂粘合剂混合且将所得混合物成形以得到生片，并将所得生片进行烧结。因此，可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高矫顽力成为可能。此外，能够防止Dy或Tb在磁铁粒子中固溶化导致的剩余磁化降低。
此外，根据上述(2)的永久磁铁，所述Dy化合物或Tb化合物在烧结后不均匀地分布在磁铁原料的晶界中，从而可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高剩余磁化和矫顽力成为可能。
此外，根据上述(3)的永久磁铁，上述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％，从而可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高剩余磁化和矫顽力成为可能。
此外，根据上述(4)的制造永久磁铁的方法，所述永久磁铁通过以下操作来制造：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料在溶剂中湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，从由磁铁原料制造的浆料形成生片，并将生片烧结。由此，使Dy化合物或Tb化合物不均匀地分布在磁铁粒子的晶界中成为可能。因此，即使当减少Dy或Tb的使用量时，也使通过微量的Dy或Tb充分提高磁铁的剩余磁化和矫顽力成为可能。
此外，根据上述(5)的制造永久磁铁的方法，上述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％，从而可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高剩余磁化和矫顽力成为可能。
附图说明
图1是显示本实施方式的永久磁铁的整体图。
图2是显示构成永久磁铁的Nd磁铁粒子的放大图。
图3是显示铁磁体磁滞曲线的图。
图4是显示铁磁体磁畴结构的示意图。
图5是显示本实施方式的永久磁铁制造工序的说明图。
图6是显示常规永久磁铁的制造工序的说明图。
标号说明
1：永久磁铁
41：浆料
42：生片
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的永久磁铁及该永久磁铁的制造方法的具体实施方式。
永久磁铁的构成
首先，使用图1至图4说明永久磁铁1的构成。顺便提及，在本实施方式中，特别使用在VCM中埋设的永久磁铁1作为例子进行说明。
本实施方式的永久磁铁1为Nd-Fe-B基磁铁。此外，添加有用于提高永久磁铁1矫顽力的Dy(镝)。顺便提及，各组分的含量为Nd：27～30重量％、Dy(或Tb)：0.01～8重量％、B：1～2重量％和Fe(电解铁)：60～70重量％。此外，永久磁铁1由图1中所示的扇形且薄膜状磁铁构成。图1是显示本实施方式的永久磁铁1的整体图。
这里使用的永久磁铁1是厚度为0.1～2mm(图1中为2mm)的薄膜状永久磁铁，并且通过如后述的那样将由浆料状态的Nd磁铁粉末成形得到的生片进行烧结来制备。
此外，在本实施方式的永久磁铁1中，如图2中所示，通过使用Dy层36包覆构成永久磁铁1的Nd粒子35的表面来提高永久磁铁1的矫顽力。图2是显示构成永久磁铁1的Nd磁铁粒子的放大图。
下面将使用图3和图4说明利用Dy层36提高永久磁铁1的矫顽力的原理。图3是显示铁磁体磁滞曲线的图，图4是显示铁磁体磁畴结构的示意图。
如图3中所示，永久磁铁的矫顽力是当从磁化状态施加相反方向的磁场时，用于使磁极化为0(即，用于反磁化)所需的磁场强度。因此，如果能够抑制反磁化，那么就能够获得高矫顽力。顺便提及，磁体的磁化过程包括，基于磁矩旋转的旋转磁化，和其中作为磁畴边界的磁畴壁(由90°磁畴壁和180°磁畴壁构成)移动的磁畴壁移动。
这里，在本实施方式中，当通过后述的湿法粉碎将磁铁粉末细粉碎时，添加微量的(例如，基于磁铁粉末(基于Nd时的Dy添加量，特别地当添加Dy化合物时，则以Dy的分配重量进行换算)为0.01～8重量％)Dy化合物和分散剂。当将添加有Dy化合物的磁铁粉末烧结之后，这导致Dy化合物通过湿法分散均匀地附着至Nd磁铁粒子的粒子表面，从而形成图2中所示的Dy层36。结果，如图4中所示，Dy不均匀地分布在磁铁粒子的边界面中，从而能够提高永久磁铁1的矫顽力。
此外，在本实施方式中，当将通过Dy化合物和磁铁原料在溶剂中湿法混合获得的生片在适当的烧结条件下烧结时，能够防止Dy扩散和渗透(固溶化)进磁铁粒子35中。此处已知的是，Dy扩散和渗透进磁铁粒子35中会降低磁铁的剩余磁化(当使磁场强度为0时的磁化)。因此，在本实施方式中，能够防止永久磁铁1的剩余磁化降低。
顺便提及，Dy层36不必是仅由Dy化合物构成的层，也可以是由Dy和Nd的混合物构成的层。此外，可以添加Tb(铽)化合物来替代Dy化合物，从而同样使提高永久磁铁1的剩余磁化成为可能。当添加Tb时，同样在Nd磁铁粒子35的表面上形成Tb化合物的层，并能够通过形成Tb层而进一步提高永久磁铁1的剩余磁化。
永久磁铁的制造方法
下面将使用图5说明本实施方式的永久磁铁1的制造方法。图5是显示本实施方式的永久磁铁1的制造工序的说明图。
首先，制造包括27～30重量％的Nd、60～70重量％的Fe和1～2重量％的B的锭。之后，使用捣碎机、压碎机等将所述锭粗粉碎成约200μm的尺寸。然后使用珠磨机，通过湿法将粗粉碎的磁铁粉末细粉碎成约0.3～5μm的尺寸，并将所述磁铁粉末分散在溶液中以制备粉浆(slip)。顺便提及，在湿法粉碎中，基于5kg磁铁粉末，使用4kg甲苯作为溶剂，并进一步添加0.05kg磷酸酯基分散剂作为分散剂。此外，在湿法粉碎期间，向磁铁粉末中添加0.01～8重量％的Dy化合物，从而使Dy化合物与磁铁粉末一起在溶剂中分散。顺便提及，详细的分散条件如下：
分散装置：珠磨机
分散介质：氧化锆珠
这里，优选使用可溶于浆料的溶剂中的物质作为要添加的Dy化合物。例如，可以提到含Dy的有机材料，更特别的是含镝阳离子的有机酸盐(脂肪族羧酸盐、芳香族羧酸盐、脂环族羧酸盐、烷基芳香族羧酸盐等)、含镝阳离子的有机络合物(乙酰丙酮合物、酞菁络合物、部花青络合物等)和除上述之外的有机金属化合物。
此外，即使当Dy或Dy化合物不溶于溶剂时，通过在湿法分散时添加粉碎成细粒子的Dy或Dy化合物，并且将所述细粒子均匀分散，也使将Dy或Dy化合物均匀地附着至Nd磁铁粒子的表面成为可能。
此外，对用于粉碎的溶剂没有特殊限制，并且能够使用醇如异丙醇、乙醇或甲醇，低级烃如戊烷或己烷、芳香族化合物如苯、甲苯或二甲苯，酮，及其混合物等。特别地，优选异丙醇等。
在磁铁粉末分散后，向制备的粉浆中添加树脂粘合剂并与其混合。接着，将磁铁粉末和树脂粘合剂混炼以制造浆料41。顺便提及，用作树脂粘合剂的材料不受特殊限制，并且可以是各种热塑性树脂单质或其混合物，或者是各种热固性树脂单质或其混合物。它们各自的物理性能、性质等不受限制，只要其在获得所需特性的范围内即可。例如，可以提到甲基丙烯酸类树脂。
接着，由制造的浆料41形成生片42。形成生片42的方法例如可通过如下来进行：通过合适的方式、根据需要使用制造的浆料41涂布负载基材如隔板，接着进行干燥等。顺便提及，涂布方式优选为层厚控制性优良的方式，例如刮刀涂布法。此外优选的是，通过消泡剂等的联合使用充分进行消泡处理，从而在铺展层中没有气泡残留。顺便提及，详细的涂布条件如下：
涂布方式：刮刀涂布
间隙：1mm
负载基材：有机硅处理的聚酯薄膜
干燥条件：90℃×10分钟，然后130℃×30分钟
此外，在与运送方向交叉的方向，对负载基材上涂布的生片42施加脉冲磁场，从而使磁场以所需方向取向。顺便提及，有必要考虑由生片42成形的永久磁铁1所需的磁场方向后确定磁场取向的方向。
然后，将由浆料41形成的生片42分割成所需的产品形状(例如在本实施方式中，为图1中所示的扇形)。之后，在1100℃下进行烧结约1小时。顺便提及，烧结在Ar或真空气氛下进行，作为烧结的结果，制造出了由片状磁铁构成的永久磁铁1。
如上所述，在本实施方式的永久磁铁1和永久磁铁1的制造方法中，通过湿法粉碎将包括27～30重量％的Nd、60～70重量％的Fe和1～2重量％的B的磁铁原料粉碎，并在湿法粉碎期间向磁铁粉末中添加0.01～8重量％的Dy化合物和分散剂，从而使Dy化合物与磁铁原料一起在溶剂中分散。之后，向溶剂中添加树脂粘合剂，并将磁铁粉末和树脂粘合剂混炼以制造浆料41。然后，将制造的浆料41成形为片状而得到生片42、并将该生片42烧结，从而制造永久磁铁1。因此，当烧结该添加有Dy的磁铁粉末时，所述Dy化合物通过湿法分散均匀地附着至Nd磁铁粒子35的粒子表面上，并且使Dy化合物仅在磁铁粒子的晶界中不均匀分布成为可能。因此，即使当减少Dy的使用量时，也能够使Dy选择性地不均匀分布在磁铁粒子的晶界中，从而使通过微量的Dy充分提高磁铁的矫顽力成为可能。
此外，当在合适的烧结条件下烧结上述生片42时，能够防止Dy固溶化于磁铁粒子中。因此，能够防止永久磁铁的剩余磁化降低。
此外，特别是通过向能够确保高矫顽力的Nd基磁铁中添加微量的Dy，使进一步提高矫顽力成为可能。
此外，将磁铁粉末中含有的Dy的含量调整为0.01～8重量％，从而即使当添加量低于常规Dy添加量的三分之一时，也使通过Dy充分提高磁铁的矫顽力成为可能。
顺便提及，本发明不应该理解为限于上述实施例，并且在不背离本发明要旨的范围内，当然可以进行各种改良和修正。
例如，在本实施方式中，作为在溶剂中分散磁铁粉末和Dy化合物的方法是如图5中所示，将粗粉碎的磁铁粉末与Dy化合物一起在溶剂中湿法粉碎，从而使它们在溶剂中分散。然而，也可以通过下述方法使它们分散。
(1)首先，使用球磨机、喷射磨机等，通过干法粉碎将粗粉碎的磁铁粉末细粉碎成约0.3～5μm的尺寸。
(2)然后，将细粉碎的磁铁粉末添加到溶剂中，并使其在溶剂中均匀分散。在此情形下，将分散剂和Dy化合物也添加到溶剂中。
(3)将分散在溶剂中的磁铁粉末和树脂粉末混炼以制造浆料41。
后面通过进行与本实施方式相同的处理，可以制造具有与本实施方式相同构成的永久磁铁。
此外，在本实施方式中，以VCM中埋设的永久磁铁作为例子进行说明。然而，当然也可以适用于诸如移动电话上安装的振动电动机、混合动力车上安装的驱动电动机或用于使硬盘驱动器的磁盘旋转的主轴电动机等永磁电动机中埋设的永久磁铁。
此外，磁铁粉末的粉碎条件、混炼条件和烧结条件不应该理解为限于上述实施例中描述的条件。
尽管已参考本发明的具体实施方式详细说明了本发明，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可进行各种改变和修正。
顺便提及，本申请基于2008年3月18日提交的日本专利申请2008-069383，通过引用将其全文引入本文中。
此外，本文中所引用的全部参考文献以其全文引入。
工业实用性
根据本发明的永久磁铁，该永久磁铁由通过以下操作获得的磁铁构成：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，将所得磁铁原料与树脂粘合剂混合且将所得混合物成形以得到生片，并将所得生片进行烧结。因此，可在减少Dy或Tb的使用量的同时，使通过Dy或Tb充分提高矫顽力成为可能。此外，能够防止Dy或Tb固溶化于磁铁粒子中导致的剩余磁化降低。

Claims (5)

1.一种永久磁铁，其通过以下操作获得：将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料的表面，将所得磁铁原料与树脂粘合剂混合且将所得混合物成形以得到生片，并将所得生片进行烧结。
2.权利要求1所述的永久磁铁，其中所述Dy化合物或Tb化合物在烧结后不均匀地分布在磁铁原料的晶界中。
3.权利要求1或2所述的永久磁铁，其中所述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％。
4.一种制造永久磁铁的方法，所述方法包含：
将Dy化合物或Tb化合物与磁铁原料在溶剂中湿法混合，从而以所述Dy化合物或Tb化合物包覆所述磁铁原料表面的步骤；
向以所述Dy化合物或Tb化合物包覆的磁铁原料中添加树脂粘合剂的步骤；
通过将所述磁铁原料和所述树脂粘合剂混炼从而制造浆料的步骤；
将所述浆料成形为片状从而制备生片的步骤；以及
将所述生片烧结的步骤。
5.权利要求4所述的制造永久磁铁的方法，其中所述Dy化合物或Tb化合物的含量为0.01～8重量％。
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