CN103236347A - 磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁瓦的制作方法，具体为制作磁力线辐射发散的磁瓦的方法及装置，解决了目前缺乏一种制造出磁力线β点点垂直于其圆弧面切平面方向的永磁瓦片的方法的问题。一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；（2）、用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备基座，所述基座的顶部具有弧面，基座上位于所述弧面的下方形成有与弧面弧度相同的弧形空腔，所述弧面上开有与所述弧形空腔联通的、布满弧面的通孔。本发明设计合理、操作简便，采用热处理的方法对已加工成形的稀土-铁-硼系永磁体进行具有导向性的热变形处理，最终制造出具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦。
Description
技术领域
本发明涉及磁瓦的制作方法，具体为制作磁力线辐射发散的磁瓦的方法。
背景技术
稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的元素——钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素。
现有的制备磁瓦的方法如下：通过成熟的烧结稀土-铁-硼系永磁体制备方法，首先制备出具有磁力线β平行分布的磁块M（如图7所示），然后通过线切割等机械加工工艺制备成瓦形，此方法制作的磁瓦的磁力线β仍然是平行分布，无法制造出磁力线β点点垂直于其圆弧面切平面方向的永磁瓦片。
发明内容
本发明为了解决目前缺乏一种制造出磁力线β点点垂直于其圆弧面切平面方向的永磁瓦片的方法的问题，提供了一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理。
（2）、用不与磁块M发生物理化学反应的材料制备基座，所述基座的顶部具有弧面，基座内位于所述弧面的下方形成有与弧面弧度相同的弧形空腔，所述弧面上开有与所述弧形空腔联通的、布满弧面的通孔。
（3）、将磁块M置于基座的弧面上；所述基座的弧形空腔内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N是由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho中的一种或几种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的范围是：大于等于80%且小于100%；所述Ⅱ类金属材料由Ga、Al、Sn、Mg、Ca、Cu中的一种或几种以任意比例混合（即占所述溅射靶材N总重量的范围是：大于0且小于等于20%）。
（4）、将磁块M和基座一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置，所述可调节压力装置的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件，所述磁块M置于所述压力件的圆弧状底部的下方。
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置的输出压力至0.1～0.5MPa，压力件在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持1～2h；
b、利用加热系统升温至500～600℃，调节可调节压力装置的输出压力至0.5～1MPa，压力件在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持2～5h；
c、利用加热系统升温至600～700℃，调节可调节压力装置的输出压力至1～1.5MPa，压力件在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持2～5h；
d、利用加热系统升温至700～1000℃，调节可调节压力装置的输出压力至1.5～2MPa，压力件在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持4～24h；
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座的弧面相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面。
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦。
制备上述溅射靶材N采用本领域通用的熔融合金制备方法即可，不存在技术难度。可调节压力装置为本领域常用装置，本领域技术人员容易实现。
上述所用的溅射靶材N选取由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho中的一种或几种以任意比例混合形成的Ⅰ类稀土材料，占所述溅射靶材N总重量的80%以上；同时为改善材料的特性，还在此Ⅰ类稀土材料中添加由Ga、Al、Sn、Mg、Ca、Cu中的一种或几种以任意比例构成的Ⅱ类金属材料；用以满足蒸发并发生溅射时在磁块M表面发生附着的要求。
工作时，对经过机械加工成的方条状磁块M实施热处理工艺，由于烧结Re-Fe-B永磁体由主相a和晶界相b（即富稀土相）组成，在高温作用下，溅射靶材通过离子溅射的方式及渗透的作用在晶界相进行富集。图9、10中下部的箭头表示溅射靶材N的溅射方向，如图9所示，在热处理阶段实施蒸发溅射，首先在磁块M下表层进行附着，同时在如图10所示过程中发生渗透作用，溅射靶材N通过渗透作用时富集在晶界相b当中，溅射靶材N在附着及渗透过程时，磁块M下表面首先开始膨胀，由于对磁块M上表面实施了一个压力作用，使得高温处理状态下的磁块M发生形变，同时溅射靶材的作用增加了磁块M的表面张力，该张力恰能使磁块M在变形过程中不至于开裂。基于上述过程，基座内的溅射靶材N通过其上通孔达到磁块M，磁块M充分吸收溅射靶材后发生膨胀，并且磁块M下边缘的膨胀速度大于其上边缘，同时在压力件的导向作用下，通过分阶段逐步升温、保温，逐步加压，逐步吸收溅射靶材，逐步膨胀，在基座的弧面模型作用下形成瓦状。
优选地，上述所用的溅射靶材N中，所述Ⅰ类稀土材料优先选用Pr、Nd、Dy、Ho的一种或几种材料以任意比例混合，占溅射靶材总重量的90%以上；此Ⅰ类稀土材料具有在800～1000℃下比较高的蒸发压，约1x10-2～1X10-1Pa，可以有效的满足蒸发并发生溅射且在磁块M表面发生附着的要求。Ⅱ类金属材料优先选用Ga、Al、Cu的一种或几种以任意比例混合；此Ⅱ类金属材料可以有效的渗入磁块M的晶界相b中，使得磁块M的性能提高。同时此类原子的渗入可以更有效的促进使磁块M首先在下表层发生体积膨胀，并且由于其熔点低机械强度大的特性可以在渗入磁块M下层同时避免磁块M因形变造成开裂。当然Ⅰ类稀土材料同时具有上述功能，经过对上述两类材料的有效组分配比制作成合金可以更有利的发挥功能作用。
制作成合金的溅射靶材N需要利用机械剪切手段，制作成颗粒状，颗粒状的溅射靶材可以更好的放置在基座当中，当然制作此类溅射靶材还可以利用现有成熟的雾化合金法制备成颗粒状，这样可以不利用机械剪切手段就可以得到颗粒状合金，可以节约材料，降低成本。
本发明设计合理、操作简便，采用热处理的方法对已加工成形的稀土-铁-硼系永磁体采用真空保护加热手段，进行具有导向性的热变形处理，最终使得磁块M的下表面形成与基座的弧面相吻合的弧面，并且，该瓦状永磁体的磁力线沿弧面聚焦分布，使得每条磁力线β垂直于其圆弧面切平面方向，满足了实际工作要求，提高了磁瓦的使用工作效率。解决了目前缺乏一种制造出磁力线β点点垂直于其圆弧面切平面方向的永磁瓦片的方法的问题。
附图说明
图1是压力件开始下压磁块的示意图。
图2是压力件压制完成磁块的示意图。
图3是基座的结构示意图。
图4是基座的正视图。
图5是基座的俯视图。
图6是制作方法的示意图。
图7是具有磁力线β平行分布的磁块M的示意图。
图8是具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦的示意图。
图9是未经溅射靶材作用的磁块的微观示意图。
图10是经过溅射靶材作用后的磁瓦的微观示意图。
图中，1-保温系统，2-加热系统，3-真空机组，10-弧形空腔，20-通孔，30-弧面，100-基座，200-压力件，300-可调节压力装置，400-磁瓦，M-磁块，N-溅射靶材，β-磁力线，a-主相结构，b晶界相。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；可以先通过表面气流喷砂进行清洁，清洁完毕后，在热处理炉内进行表面等离子清洗，特别是清除表面附着的氧化物，使之达到清洁无污的目的。
（2）、如图3、4、5所示，用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备基座100，所述基座100的顶部具有弧面30，基座100上位于所述弧面30的下方形成有与弧面30弧度相同的弧形空腔10，所述弧面30上开有与所述弧形空腔10联通的、布满弧面30的通孔20。
具体实施时，所述基座100的弧面30上的通孔20为方孔，所述方孔成排紧密规则地布满所述弧面30。所述基座100能够耐1000℃以上的高温，并且在温度273K～1273K范围内其膨胀系数低于10×10-6m/K。例如采用Mo作为制作基座100的材料。
（3）、将磁块M置于基座100的弧面30上；所述基座100的弧形空腔10内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由La、Nd、Dy等三种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的80%；所述Ⅱ类金属材料由Cu构成，占所述溅射靶材N总重量的20%。
（4）、如图6所示，将磁块M和基座100一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置300，所述可调节压力装置300的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件200，所述磁块M置于所述压力件200的圆弧状底部的下方，如图1所示。
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.1MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持1.5h；
b、利用加热系统升温至570℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.5MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持5h；
c、利用加热系统升温至600℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.3MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持4h；
d、利用加热系统升温至900℃，调节可调节压力装置300的输出压力至2MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持20h。
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座100的弧面30相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面，如图2所示。
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦400，如图8所示。
实施例2
一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；可以先通过表面气流喷砂进行清洁，清洁完毕后，在热处理炉内进行表面等离子清洗，特别是清除表面附着的氧化物，使之达到清洁无污的目的。
（2）、如图3、4、5所示，用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备基座100，所述基座100的顶部具有弧面30，基座100上位于所述弧面30的下方形成有与弧面30弧度相同的弧形空腔10，所述弧面30上开有与所述弧形空腔10联通的、布满弧面30的通孔20。
具体实施时，所述基座100的弧面30上的通孔20为方孔，所述方孔成排紧密规则地布满所述弧面30。所述基座100能够耐1000℃以上的高温，并且在温度273K～1273K范围内其膨胀系数低于10×10-6m/K。例如采用Mo、Hf、Zr等三种材料的合金，作为制作基座100的材料。
（3）、将磁块M置于基座100的弧面30上；所述基座100的弧形空腔10内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由Nd构成，占所述溅射靶材N总重量的99%；所述Ⅱ类金属材料由Ga、Al、Cu等三种以任意比例混合，即占所述溅射靶材N总重量的1%。
（4）、如图6所示，将磁块M和基座100一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置300，所述可调节压力装置300的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件200，所述磁块M置于所述压力件200的圆弧状底部的下方，如图1所示。
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.5MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持1h；
b、利用加热系统升温至520℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持2h；
c、利用加热系统升温至650℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.5MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持5h；
d、利用加热系统升温至700℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.7MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持12h；
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座100的弧面30相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面，如图2所示。
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦400，如图8所示。
实施例3
一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；可以先通过表面气流喷砂进行清洁，清洁完毕后，在热处理炉内进行表面等离子清洗，特别是清除表面附着的氧化物，使之达到清洁无污的目的。
（2）、如图3、4、5所示，用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备基座100，所述基座100的顶部具有弧面30，基座100上位于所述弧面30的下方形成有与弧面30弧度相同的弧形空腔10，所述弧面30上开有与所述弧形空腔10联通的、布满弧面30的通孔20。
具体实施时，所述基座100的弧面30上的通孔20为方孔，所述方孔成排紧密规则地布满所述弧面30。所述基座100能够耐1000℃以上的高温，并且在温度273K～1273K范围内其膨胀系数低于10×10-6m/K。例如采用Mo、Hf、W、Zr等四种材料的合金，作为制作基座100的材料。
（3）、将磁块M置于基座100的弧面30上；所述基座100的弧形空腔10内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由Pr、Nd、Dy、Ho等四种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的95%；所述Ⅱ类金属材料由Ga、Al等两种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的5%。
（4）、如图6所示，将磁块M和基座100一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置300，所述可调节压力装置300的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件200，所述磁块M置于所述压力件200的圆弧状底部的下方，如图1所示。
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.3MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持2h；
b、利用加热系统升温至600℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.7MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持3h；
c、利用加热系统升温至700℃，调节压力调节装置的输出压力至1 MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持2h；
d、利用加热系统升温至1000℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.5MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持4h；
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座100的弧面30相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面，如图2所示。
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦400，如图8所示。
实施例4
一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；可以先通过表面气流喷砂进行清洁，清洁完毕后，在热处理炉内进行表面等离子清洗，特别是清除表面附着的氧化物，使之达到清洁无污的目的。
（2）、如图3、4、5所示，用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备基座100，所述基座100的顶部具有弧面30，基座100上位于所述弧面30的下方形成有与弧面30弧度相同的弧形空腔10，所述弧面30上开有与所述弧形空腔10联通的、布满弧面30的通孔20。
具体实施时，所述基座100的弧面30上的通孔20为方孔，所述方孔成排紧密规则地布满所述弧面30。所述基座100能够耐1000℃以上的高温，并且在温度273K～1273K范围内其膨胀系数低于10×10-6m/K。例如采用Mo、Hf等两种材料的合金，作为制作基座100的材料。
（3）、将磁块M置于基座100的弧面30上；所述基座100的弧形空腔10内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由Nd、Gd等两种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的85%以上；所述Ⅱ类金属材料由Mg、Ca、Cu等三种以任意比例混合，即占所述溅射靶材N总重量的15%。
（4）、如图6所示，将磁块M和基座100一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置300，所述可调节压力装置300的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件200，所述磁块M置于所述压力件200的圆弧状底部的下方，如图1所示。
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.4MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持1.7h；
b、利用加热系统升温至550℃，调节可调节压力装置300的输出压力至0.9MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持4h；
c、利用加热系统升温至680℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.2MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持3h；
d、利用加热系统升温至800℃，调节可调节压力装置300的输出压力至1.8MPa，压力件200在该温度、压力下压磁块M，并保持24h；
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座100的弧面30相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面，如图2所示。
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦400，如图8所示。
Claims (7)
1.一种磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、对具有磁力线β平行分布的磁块M进行表面清洁处理；
（2）、用不与磁块M发生物理化学反应的材料制备基座（100），所述基座（100）的顶部具有弧面（30），基座（100）上位于所述弧面（30）的下方形成有与弧面（30）弧度相同的弧形空腔（10），所述弧面（30）上开有与所述弧形空腔（10）联通的、布满弧面（30）的通孔（20）；
（3）、将磁块M置于基座（100）的弧面（30）上；所述基座（100）的弧形空腔（10）内装有溅射靶材N，所述溅射靶材N是由Ⅰ类稀土材料和Ⅱ类金属材料构成的合金，所述Ⅰ类稀土材料由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho中的一种或几种以任意比例混合，占所述溅射靶材N总重量的范围是：大于等于80%且小于100%；所述Ⅱ类金属材料由Ga、Al、Sn、Mg、Ca、Cu中的一种或几种以任意比例混合；
（4）、将磁块M和基座（100）一同置于真空烧结装置中，所述真空烧结装置内安装有可调节压力装置（300），所述可调节压力装置（300）的输出压力端安装有用不与磁块M发生物理化学发应的材料制备的、底部呈圆弧状的压力件（200），所述磁块M置于所述压力件（200）的圆弧状底部的下方；
（5）、分如下四阶段实施热处理工艺：
a、将真空烧结装置的真空度排至1×10-3Pa以下，同时启动加热系统升温至500℃，调节可调节压力装置（300）的输出压力至0.1～0.5MPa，压力件（200）在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持1～2h；
b、利用加热系统升温至500～600℃，调节可调节压力装置的输出压力至0.5～1MPa，压力件（200）在调节好的温度、压力下压磁块M，并在保持2～5h；
c、利用加热系统升温至600～700℃，调节可调节压力装置（300）的输出压力至1～1.5MPa，压力件（200）在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持2～5h；
d、利用加热系统升温至700～1000℃，调节可调节压力装置（300）的输出压力至1.5～2MPa，压力件（200）在调节好的温度、压力下压磁块M，并保持4～24h；
通过上述热处理工艺处理后，所述磁块M的下表面形成其与所述基座（100）的弧面（30）相吻合的弧面，磁块M的上表面在压力下自然形成弧面；
（6）、冷却至室温后取出，完成将具有磁力线β平行分布的磁块M制成具有磁力线β聚焦成辐射状分布的磁瓦（400）。
2.根据权利要求1所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（5）中，升温的速度为5℃/min。
3. 根据权利要求1或2所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中基座（100）的制备材料采用Mo、Hf、W、Ta、Nb、Zr的一种或以上几种以任意比例混合。
4.权利要求3所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中基座（100）的弧面（30）上的通孔（20）为方孔，所述方孔成排规则地布满所述弧面（30）。
5.权利要求4所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中的基座（100）在温度273K～1273K范围内的膨胀系数低于10X10-6m/K。
6.根据权利要求1或2所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中溅射靶材N呈颗粒状。
7.根据权利要求6所述的磁力线辐射发散的磁瓦的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中溅射靶材N中所述Ⅰ类稀土材料由Pr、Nd、Dy、Ho的一种或几种以任意比例混合，占溅射靶材总重量的90%以上；所述Ⅱ类金属材料由Ga、Al、Cu中的一种或几种以任意比例混合。
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Citations (6)
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| JPS61115316A (ja) * | 1984-11-12 | 1986-06-02 | Tdk Corp | 磁石製造用金型 |
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-
2013
- 2013-04-19 CN CN201310137526.XA patent/CN103236347B/zh active Active
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