CN103295760A - 磁铁的制造方法及磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁铁的制造方法及磁铁。在材料粉末中，使用由含有轻稀土类元素作为R的R-Fe-N系化合物的材料粉末或Fe-N系化合物的材料粉末构成的硬磁性材料。按照在成型体的表面侧和内部侧硬磁性材料的密度不同的方式配置硬磁性材料的密度，将该成型体成型，以使得在对成型体的表面照射微波时该成型体的内部侧由微波加热所致的接合进行速度比表面侧快。对该成型体的表面照射微波产生微波加热，利用硬磁性材料粉末上生成的氧化膜将所述硬磁性材料粉末彼此接合。
Description
技术领域
本发明涉及磁铁的制造方法及磁铁。
背景技术
至今，一直在使用钕磁铁（Nd-Fe-B系磁铁）作为高性能磁铁。但是，为了使钕磁铁高性能化，使用昂贵且稀少的镝（Dy），因此近年来一直进行不使用镝的磁铁的开发。作为不使用镝的磁铁，已知有Sm-Fe-N系磁铁。Sm-Fe-N系化合物的分解温度低，所以难以使用高温烧结。如果在分解温度以上进行烧结，则化合物分解，有可能无法发挥作为磁铁的性能。因此，通过粘结剂进行接合。但是，使用粘结剂是使材料粉末的密度降低，并使残留磁通密度降低的原因。
日本特开2009－76755号公报中记载了在真空或惰性气体中，通过对稀土类元素-过渡金属系的合金粉末照射微波，从而能够烧结合金粉末。
很难通过对利用Sm-Fe-N系化合物粉末形成的成型体照射微波来制造该磁铁。如果向成型体照射微波，则在被照射的成型体的表面侧产生微波加热从而使该表面侧的粉末彼此接合。但是，如果粉末彼此在成型体的表面侧接合，则微波没有照射到成型体的内部侧而成为内部侧的粉末彼此不接合的状态。这样，磁铁的抗折强度低。另外，如果对成型体的表面侧继续照射微波，则成型体的表面侧为高温，超过分解温度，是磁铁性能降低的原因。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种磁铁的制造方法及磁铁，该方法通过使用不利用镝的硬磁性材料且照射微波而进行加热时，能够得到高抗折强度。
本发明的磁铁的制造方法是使用由R-Fe-N系化合物的材料粉末或Fe-N系化合物的材料粉末构成的硬磁性材料的磁铁的制造方法，所述R-Fe-N系化合物含有轻稀土类元素作为R，该制造方法具备：成型工序，按照在成型体的表面侧和内部侧所述硬磁性材料的密度不同的方式配置所述硬磁性材料的密度，将所述成型体成型，以使得在对成型体的表面照射微波时该成型体的内部侧由微波加热所致的接合进行速度比表面侧快；微波加热工序，对所述成型体的表面照射微波产生微波加热，利用所述硬磁性材料上生成的氧化膜将所述硬磁性材料彼此接合。
附图说明
通过参照附图对例示的实施方式进行详细描述，本发明的前述和其它特征及优点会显而易见，其中，相同的符号用于表示相同的元件，其中:
图1是表示第一实施方式中的磁铁的制造方法的流程图。
图2是利用图1的步骤S2中的离心分离机成型而成的临时成型体的示意截面图。
图3是利用图1的步骤S3中的挤出成型机成型而成的主成型体的示意截面图。
图4是图1的步骤S4中的加热处理中途的主成型体的示意截面图。
图5是图1的步骤S4中的加热处理结束时的主成型体的示意截面图。
图6是图1的步骤S4中的加热处理工序图。
图7是第二实施方式中的加热处理后的主成型体的示意截面图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
参照图1～图6对本实施方式的磁铁的制造方法进行说明。以下进行详细说明。首先，在非加热状态将材料粉末10压缩成型成规定形状。在本实施方式中，使用离心分离机进行。换句话说，将材料粉末10投入到离心分离机100中（步骤S1）。
本实施方式中，仅使用硬磁性材料的粉末11、12作为投入的材料粉末。投入的材料中不含有粘结剂等。硬磁性材料的粉末11、12使用含有轻稀土类元素作为R的R-Fe-N系化合物或Fe-N系化合物。作为轻稀土类元素R，优选为Sm。换句话说，硬磁性材料的粉末中优选使用Sm2Fe17N3或Fe16N2。其中，硬磁性材料的粉末11、12使用多种尺寸不同的材料。例如，使用平均粒径大的硬磁性材料的粉末11和平均粒径小的硬磁性材料的粉末12。因此，大的硬磁性材料的粉末11比小的硬磁性材料的粉末12的质量大。应予说明，硬磁性材料的粉末11、12的化合物种类相同。
接下来，驱动离心分离机100，在氧化性环境下，使临时成型体20成型（步骤S2）。临时成型体20形成为圆盘状或圆筒状，硬磁性材料的粉末11、12一体化至可保持形状的程度。该临时成型体20的轴向截面图如图2所示。如图2所示，通过驱动离心分离机100，大的离心力所作用的质量大的粉末的大部分向径向外侧移动，而质量小的粉末的大部分位于径向内侧。另外，由于使用离心分离机100的关系，在临时成型体20的中心形成贯通孔。
这里，材料粉末10彼此部分接触，在材料粉末10彼此之间形成有间隙。接着，在氧化性环境下使临时成型体20成型。因此，氧化性环境的气体进入材料粉末10彼此的间隙。另外，平均粒径大的硬磁性材料的粉末11彼此相邻时，它们间的间隙较大。另一方面，平均粒径小的硬磁性材料的粉末12彼此相邻时，它们间的间隙较小。因此，临时成型体20的径向内侧的硬磁性材料的密度高于径向外侧的硬磁性材料的密度。
接着，利用挤出成型机200，使临时成型体20的外形缩径，并且填埋临时成型体20的中心的贯通孔，由此圆盘状或圆柱状的主成型体30成型（步骤S3）。具体而言，将临时成型体20配置于挤出成型机200的直径大的一侧，在轴向进行加压而使其通过缩径圆锥形状部210，由此主成型体30成型。如图3所示，在该主成型体30的径向外侧，即在表面侧主要配置有平均粒径大的硬磁性材料的粉末11，在主成型体30的径向内侧，即在内部侧主要配置有平均粒径小的硬磁性材料的粉末12。因此，主成型体30与临时成型体20同样地，主成型体30的内部侧的硬磁性材料的密度高于表面侧的硬磁性材料的密度。
接着，在氧化环境下对主成型体30进行利用了微波的加热处理（步骤S4）。该加热处理如图6所示。利用微波进行的加热温度Te1设定为小于硬磁性材料的粉末11、12的分解温度Te2。例如，使用Sm2Fe17N3或者Fe16N2的硬磁性材料的粉末11、12时，分解温度Te2为500℃左右，因此将加热温度Te1设定为小于500℃。例如，设为200℃左右。
另外，如果氧化性环境的氧含量为大气中的氧含量程度则足够。换句话说，在大气环境下加热即可。而且，通过将加热温度Te1设为200℃左右，从而使用Sm2Fe17N3或者Fe16N2时，均能够形成氧化膜。该氧化膜接合硬磁性材料的粉末11、12彼此，由此能够得到高抗折强度的磁铁。
以下，详细说明对主成型体30的加热处理。如果对作为电介质的硬磁性材料的粉末11、12照射微波，则在被照射的硬磁性材料的粉末11、12内产生极化，从而产生微波加热（利用微波进行的电介加热）。通过该微波加热，从而加热硬磁性材料的粉末11、12，在硬磁性材料的粉末11、12的表面形成氧化膜。换句话说，通过利用微波加热生成的氧化膜，使相邻的硬磁性材料的粉末11、12彼此接合。
这里，相对介电常数越大越容易产生极化。换句话说，可知相对介电常数越大的材料，微波加热的进行越快。还可知电介质的密度越高微波加热进行的越快。
由于构成主成型体30的硬磁性材料的粉末11、12使用具有相同性质的材料，因此相对介电常数相同。另一方面，主成型体30的内部侧的硬磁性材料的密度高于主成型体30的表面侧的硬磁性材料的密度。因此，即使从主成型体30的表面侧照射微波，主成型体30的内部侧的微波加热的进行速度也比表面侧快。这样，主成型体30的内部侧相比于表面侧，利用了微波加热的接合进行速度即氧化膜形成速度快。
图4中显示加热处理中途状态下的主成型体30，图5中显示加热处理结束时的主成型体30。如图4所示，在加热处理的中途，在位于主成型体30的内部侧的硬磁性材料的粉末12的表面形成氧化膜16。因此，位于内部侧的硬磁性材料的粉末12彼此接合。此时，在主成型体30的表面侧，由于微波加热的进行迟缓，所以未形成氧化膜16。
进而，通过持续照射微波，从而如图5所示，不仅在主成型体30的内部侧的硬磁性材料的粉末12的表面，而且在主成型体30的表面侧的硬磁性材料的粉末11的表面也形成氧化膜16。因此，位于表面侧的硬磁性材料的粉末11也彼此接合。这样，加热后的主成型体30能够整体地接合材料粉末10彼此，因此能够得到高接合力，作为结果能够得到高抗折强度。
这里，假设表面侧的硬磁性材料的粉末11的加热比内部侧先进行，则先在表面侧形成氧化膜16。这样，微波难以侵入主成型体30的内部侧。根据情况，如果通过硬磁性材料的粉末11、12彼此的部分接触而导电化，则发挥对微波的屏蔽功能，这样有时微波也难以侵入内部侧。这样，如果从主成型体30的表面侧进行微波加热，则在主成型体30的内部侧难以形成氧化膜16，作为结果有可能降低主成型体30的内部侧的接合力。
然而，如上所述，由于主成型体30的内部侧的微波加热所致的接合进行速度快，因此能够可靠地接合内部侧的硬磁性材料的粉末12彼此。另外，对于主成型体30的表面侧而言，由于对主成型体30的表面侧照射微波，因此当然能够通过微波加热使硬磁性材料的粉末11彼此接合。
应予说明，在上述实施方式中，为了在主成型体30的表面侧配置尺寸大的硬磁性材料的粉末11，在内部侧配置尺寸小的硬磁性材料的粉末12，使用了离心分离机100。通过使用离心分离机100，从而能够容易地如上述那样进行配置，但并不局限于此，只要能够将各粉末11、12直接配置在所希望的位置，也可以利用其它方法。
＜第二实施方式＞
上述实施方式中，使用同一化合物种类且尺寸不同的多种的硬磁性材料的粉末11、12作为材料粉末10来制造磁铁。除此以外，也可使用硬磁性材料的粉末41和例如由软磁性材料构成的绝缘材料的粉末42作为材料粉末40。对于硬磁性材料的粉末41，与上述实施方式同样。这里，绝缘材料的粉末42是相对介电常数比上述硬磁性材料低且单个粉末的质量大于上述硬磁性材料的粉末41的单个粉末质量的物质。或者，绝缘材料的粉末42是相对介电常数比上述硬磁性材料高且单个粉末的质量小于上述硬磁性材料的粉末41的单个粉末质量的物质。
本实施方式中，绝缘材料的粉末42例如使用软磁铁氧体（ソフトフエライト）。
软磁铁氧体的相对介电常数低于Sm2Fe17N3或Fe16N2。并且，以使软磁铁氧体的单个粉末质量大于硬磁性材料的粉末41单个粉末质量的方式决定软磁铁氧体的平均粒径。
接着，与上述实施方式同样地，使用离心分离机100使临时成型体成型后，使用挤出成型机200使主成型体50（示于图7）成型。在主成型体50的内部侧配置单个粉末质量小的硬磁性材料的粉末41。在主成型体50的表面侧配置单个粉末质量大的绝缘材料的粉末42。换句话说，在主成型体50的内部侧配置相对介电常数高的材料，在主成型体50的表面侧配置相对介电常数低的材料。
这里，照射微波时，相对介电常数高的材料一方容易产生因微波加热引起的极化，相对介电常数低的材料难以产生该极化。换句话说，即使从主成型体50的表面侧照射微波时，也能加快由主成型体50的内部侧微波所致的接合进行速度。因此，在主成型体50的内部侧，能够可靠地形成氧化膜46。其后通过进一步照射微波，从而在主成型体50的表面侧也能够形成氧化膜46。因此，主成型体50能够整体地接合材料粉末40彼此，所以能够得到高接合力，作为结果能够得到高抗折强度。
另外，通过满足如上所述的硬磁性材料的粉末41与绝缘材料的粉末42的单个粉末质量的关系，从而能够使用离心分离机100在主成型体50的内部侧和表面侧容易地进行所希望的配置。另外，作为绝缘材料的粉末42，通过使用软磁性材料，从而能够发挥磁铁的充分高的性能。
应予说明，在上述实施方式中，对于绝缘材料的粉末42，可以是相对介电常数比上述硬磁性材料高且单个粉末的质量小于上述硬磁性材料的粉末41的单个粉末的质量的材料。此时，通过使用离心分离机100，从而在主成型体50的内部侧配置绝缘材料的粉末42，在表面侧配置硬磁性材料的粉末41。此时，配置于主成型体50的内部侧的绝缘材料的相对介电常数高，因此利用微波加热从主成型体50的内部侧可靠地进行极化，主成型体50整体地进行接合。
另外，不使用离心分离机100将各粉末41、42直接配置于所希望的位置时，各粉末41、42的质量关系不受上述所述限制。换句话说，可以与质量无关地将相对介电常数高的材料直接配置于主成型体50的内部侧，将相对介电常数低的材料直接配置于主成型体50的表面侧。
Claims (7)
1.一种磁铁的制造方法，其特征在于，是使用由R-Fe-N系化合物的材料粉末或Fe-N系化合物的材料粉末构成的硬磁性材料的磁铁的制造方法，所述R-Fe-N系化合物含有轻稀土类元素作为R，该制造方法具备：
成型工序，按照在成型体的表面侧和内部侧所述硬磁性材料的密度不同的方式配置所述硬磁性材料的密度，将所述成型体成型，以使得在对成型体的表面照射微波时该成型体的内部侧由微波加热所致的接合进行速度比表面侧快，
微波加热工序，对所述成型体的表面照射微波产生微波加热，利用所述硬磁性材料上生成的氧化膜将所述硬磁性材料彼此接合。
2.根据权利要求1所述的磁铁的制造方法，其中，所述成型工序为，使用尺寸不同的多种所述硬磁性材料，按照所述成型体的内部侧的所述硬磁性材料的密度高于所述成型体的表面侧的该密度的方式配置所述硬磁性材料，将所述成型体成型。
3.根据权利要求2所述的磁铁的制造方法，其中，所述成型工序为，使用离心分离机，在所述成型体的内部侧配置尺寸小的所述硬磁性材料，在所述成型体的表面侧配置尺寸大的所述硬磁性材料，将所述成型体成型。
4.根据权利要求1所述的磁铁的制造方法，其中，所述成型工序为，使用所述硬磁性材料和相对于所述硬磁性材料相对介电常数不同的绝缘材料，将所述硬磁性材料和所述绝缘材料中相对介电常数高的一方配置在所述成型体的内部侧，将相对介电常数低的一方配置在所述成型体的表面侧，将所述成型体成型。
5.根据权利要求4所述的磁铁的制造方法，其中，所述成型工序为，使用离心分离机，将所述硬磁性材料和所述绝缘材料中相对介电常数高且质量小的一方配置在所述成型体的内部侧，将相对介电常数低且质量大的一方配置在所述成型体的表面侧，将所述成型体成型。
6.根据权利要求4或5所述的磁铁的制造方法，其中，所述绝缘材料为软磁性材料。
7.一种磁铁，其特征在于，是使用由R-Fe-N系化合物的材料粉末或Fe-N系化合物的材料粉末构成的硬磁性材料的磁铁，所述R-Fe-N系化合物含有轻稀土类元素作为R，该磁铁如下制造而得，
按照在成型体的表面侧和内部侧所述硬磁性材料的密度不同的方式配置所述硬磁性材料的密度，将所述成型体成型，以使得在对成型体的表面照射微波时该成型体的内部侧由微波加热所致的接合进行速度比表面侧快；对所述成型体的表面照射微波产生微波加热，利用所述硬磁性材料上生成的氧化膜将所述硬磁性材料彼此接合。
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