CN104981883B - 磁性材料和用于其制造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性材料（10），其包括硬磁相（3）和晶界相（2），其中硬磁相（3）由初始材料构成，该初始材料包含至少一种过渡金属（TM）、至少一种稀土金属（RE）和至少一种添加元素（X），该添加元素（X）从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出，其中稀土金属（RE）的主要组成成分由从由Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素来构成并且其中晶界相（2）包含至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd。

Description

磁性材料和用于其制造的方法
技术领域
本发明涉及一种磁性材料以及两种用于制造该磁性材料的方法。
背景技术
由于近来增多的电动机的使用，尤其在机动车辆构造中以及同样在仅仅具有非常受限制的构造空间的其它应用中，对高效的磁性材料的需求在过去几年中强烈增长。在此，合适的磁性材料是这样的：其通过大的剩磁、作为用于磁性材料的消磁强度的度量的大的矫顽磁场以及通过作为用于永磁体强度的度量的大的能量积而显得突出。此外，现今的特别高效的磁性材料具有非同寻常的固有的磁属性和优化过的组织结构。除了过渡金属外还具有稀土金属的磁性材料是特别高效能的，例如通过大的自发的极化、非常大的晶体各向异性以及大约310℃的居里温度而显得突出的Nd2Fe14B。然而，这种过渡金属-稀土金属磁体与传统的铁氧体相比在更低的化学的、机械的以及热学的长久稳定性方面具有缺点。此外，这些磁性材料与硬铁氧体相比由于稀土金属Nd的原材料成本和通常含有的重稀土元素Dy和/或Tb而明显更贵并且其在市场上的采购是困难的。基于该严峻的原材料形势，在材料研究的重点中存在另外的、但更有益的稀土金属——例如铈、镧或钇——作为磁性材料的组成成分。但是基于这些稀土金属的硬磁体大多具有更低的矫顽磁场，这带来了结果得到的磁性材料的更低的能量积。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的磁性材料通过优异的磁属性以及因此高的剩余磁化、高的矫顽磁场强度以及通过大的能量积而显得突出，这使根据本发明的磁性材料尤其是注定用于具有非常高的功率密度的构造空间被缩减的应用。根据本发明，磁性材料包括硬磁相和晶界相，其中硬磁相由如下初始材料构成，该初始材料包含至少一种过渡金属（TM）、至少一种稀土金属（RE）以及至少一种从由以下元素构成的群组中选出的添加元素（X）：硼（B）、碳（C）、氮（N）、磷（P）、钨（W）、钒（V）、铬（Cr）、钼（Mo）、钛（Ti）、钽（Ta）、铌（Nb）、铝（Al）、铜（Cu）、镓（Ga）、硅（Si）、锆（Zr）、铪（Hf）、锌（Zn）和锡（Sn），以及其中稀土金属（RE）的主要组成成分由从由下面元素组成的群组中选出的至少一种元素构成：铈（Ce）、镧（La）、钇（Y）、钪（Sc）和镨（Pr）。根据本发明的磁性材料的晶界相包含至少一种重稀土金属（Z）和/或钕（Nd）。根据本发明的磁性材料的硬磁相为形成该相的晶粒、晶体或微晶的总和。该硬磁相可以通过元素的一种或多种定义的化合物或由元素形成的混合物的晶粒或晶体或微晶来形成。此外，相应化合物或元素在晶粒、晶体或微晶中的量份额可以改变。晶粒、晶体或微晶也还可以包括不同的化合物或元素。根据本发明，由其形成硬磁相的初始材料，也即尤其一种通过熔炼以及随后的研磨所制造的合金材料，包含从由Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素作为稀土金属（RE）的主要组成成分。在此，在硬磁相的初始材料中关于所有稀土金属以重量百分比构成最大重量份额的稀土金属视为硬磁相的稀土金属（RE）的主要组成成分。通过由此引起的（在稀土金属份额方面）元素Ce、La、Y、Sc和Pr至少之一的高份额，原材料成本在尽管根据本发明的磁性材料的极佳的矫顽磁场强度和非常高的各向异性常数的情况下与传统的含有稀土金属的磁性材料相比显著地更低。此外，根据本发明用作硬磁相的稀土金属（RE）的主要组成成分的元素Ce、La、Y、Sc和Pr在市场上可更容易地得到，这显著地使采购形式变得简单。此外，由其形成根据本发明的磁性材料的硬磁相以及因此还有磁性材料的硬磁相的初始材料包含从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出的至少一种添加元素（X）。添加元素（X）充当间隙的或置换的添加剂，通过该添加剂使硬磁相的晶格得到稳定和/或通过该添加剂产生各向异性的磁属性。根据本发明的添加元素（X）可以积极地影响根据本发明的磁性材料的磁属性（和在其中尤其是矫顽磁场强度）以及物理和化学属性以及因此所述磁性材料的稳定性，也即尤其是其化学的和/或机械的稳定性。在本发明意义上的晶界相被理解为这样的相，其通过元素和/或化合物和/或元素与硬磁相的晶粒、晶体或微晶的晶界处的化合物组成的混合物的富集来形成。根据本发明，该晶界相包含至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd，由此磁性材料的各向异性常数以及矫顽磁场强度被提高。
通过在晶界相中使用重稀土金属，对于磁性材料的矫顽磁场强度和各向异性的有利效应被最大化，然而重稀土金属的原材料成本明显高于Nd的原材料成本。而晶界相中的Nd尽管与相同份额的重稀土金属相比导致减少的各向异性效应和/或对矫顽磁场强度的效应，但是其更便宜，使得可以根据当前原材料成本的状况来选择合适的材料并且根据本发明的磁性材料的成本因此在显著改善磁性材料的磁属性的情况下保持在一个可接受的范围内。因为晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd富集并且因此尤其是Nd不是像在商业上通用的Nd2Fe14B类型的永磁体中一样是硬磁相的主要组成成分，所以在根据本发明的磁性材料中的重稀土金属（Z）和/或Nd的份额更小并且因此原材料成本显著更低。此外，通过包含至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd的晶界相，磁性材料的腐蚀和/或氧化稳定性被明显改善。
因此，根据本发明的磁性材料的特征在于高的能量积以及因此特征在于在根据本发明所使用的元素的减少的原材料成本和非常好的原材料可用性的情况下的优异的剩余磁化以及非常大的矫顽磁场，由此开辟了多种多样的应用可能性。此外，在根据本发明的磁性材料中，除了高的矫顽磁场以外还通过晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd的存在也实现了高饱和度。此外，根据本发明的磁性材料在没有高的技术以及物流成本的情况下是成本低的并且可以以非常好的质量来制造。
从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。
根据本发明的有利的实施方式，晶界相的重稀土金属（Z）从由Y（钇）、Gd（钆）、Tb（铽）、Dy（镝）、Ho（钬）、Er（铒）、Tm（铥）、Yb（镱）、Lu（镥）和它们的混合物组成的群组中选出。所述重稀土金属可以有助于更高的矫顽磁场强度并且因此也有助于提高根据本发明的磁性材料的能量积。
根据本发明的另一有利的实施方式，硬磁相的过渡金属从由铁（Fe）、钴（Co）、锰（Mn）、镍(Ni)和它们的混合物组成的群组中选出并且优选地为Fe。这里提及的过渡金属用稀土金属（RE）和硬磁相的根据本发明的添加元素（X）来形成特别稳定的晶格结构并且明显有助于铸造期望的有利的磁属性，也即尤其有助于根据本发明的材料的磁各向异性和磁饱和度。另外，所述过渡金属在市场上的可用性在相对低的原材料成本的情况下是高的，这明显降低了根据本发明的磁性材料的制造成本。在所说明的金属中优选地在硬磁相中使用Fe是因为其健康的以及经济的无害性并且此外还因为其与Co和Mn相比再次明显降低的原材料成本。
硬磁相还优选地由晶粒构成，其中晶粒具有晶粒体积和边缘区域R，其中边缘区域R包围晶粒体积并且被布置在晶粒体积和晶界相之间，其中晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd存在于硬磁相的晶粒的边缘区域R中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。应当注意的是，硬磁相的晶粒在本发明的意义上也包括晶体和微晶。因此，在本发明意义上的边缘区域R被理解为对形成硬磁相的相应晶粒、晶体或微晶切边（säumen）的区域。虽然晶界相仅仅描述在其中硬磁相的晶粒、晶体或微晶彼此毗邻的细长区域，硬磁相的边缘区域R也包括在晶粒、晶体或微晶的外部晶粒体积中的区域。晶粒的边缘区域R的厚度构成硬磁相的相应晶粒的直径的最大1/5，其中直径表示相应晶粒的最宽位置处的直线的长度。边缘区域R的厚度以及晶粒的直径可以借助于显微的方法——例如透射电子显微法或扫描电子显微法——与能量分散的和/或波长分散的伦琴射线谱学（TEM/EDX/WDX或REM/EDX/WDX）结合地来确定。
根据本发明的另一有利的实施方式，在硬磁相的初始材料中硬磁相的稀土金属（RE）的含量相对于硬磁相的初始材料的总重量为5%至40%重量百分比、优选10%至30%重量百分比，和/或硬磁相的添加元素（X）的含量相对于硬磁相的初始材料的总重量为0.1%至30%重量百分比、优选0.5%至25%重量百分比，其中所述硬磁相的初始材料的剩余部分由过渡金属（TM）来构成。如果在初始材料中硬磁相的稀土金属（RE）的份额处在至少5%重量百分比并且优选地处在至少10%重量百分比和/或硬磁相的添加元素（X）的份额处在至少0.1%重量百分比并且优选地处在至少0.5%重量百分比，则获得了稳定的高效的磁性材料，该磁性材料具有非常低含量的通常使用的昂贵的稀土金属，如Nd，并且尽管如此具有突出的磁属性以及尤其是高的剩余磁化和高矫顽磁场强度、以及因此也具有非常好的能量积。硬磁相的稀土金属（RE）的高于30%重量百分比并且尤其是高于40%重量百分比的较高含量和/或硬磁相的添加元素（X）的高于25%重量百分比并且尤其是高于30%重量百分比的较高含量不引起剩余磁化和矫顽磁场的进一步明显提升，一般而言降低剩余磁化并且极大提高根据本发明的磁性材料的原材料成本。硬磁相的成分的相应含量可以借助于ICP-OES（inductivelycouple plasma-optical emission spectrometry，电感耦合等离子体发射光谱法）来确定。
另外优选地，根据本发明的磁性材料的特征在于：晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd的含量相对于晶界相的总重量为10%至100%重量百分比，优选地为50%至75%重量百分比。因此根据本发明，晶界相可以仅仅由重稀土金属（Z）和/或Nd组成，但是也可以包括另外的元素或化合物，例如另外的稀土金属，如已经包含在硬磁相中的稀土金属那样。然而有利的是，晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd的份额相对于晶界相的总重量为至少10%重量百分比并且优选地为至少50%重量百分比。由此，可以实现根据本发明的磁性材料的非常高的矫顽磁场强度，以及实现突出的能量积和高的磁饱和度。然而，晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd的份额越高，磁性材料的原材料成本越贵。此外，从晶界相中的重稀土金属（Z）和/或Nd的含量相对于晶界相的总重量高于75%重量百分比起，就不能实现显著提升磁性材料的磁属性的其它效应。成分的相应含量可以借助于ICP-OES（inductively couple plasma-optical emission spectrometry，电感耦合等离子体发射光谱法）来确定。
根据另一优选的实施方式，磁性材料具有下列晶体结构中的至少一种：RE2TM14X、RE（TM，X）12、RE2（TM，X）17、RE（TM，X）5和RE3（TM，X）29。这些晶体结构用对于本发明重要的元素组合来得出稳定的晶格，使得不仅根据本发明的磁性材料的磁属性被优化而且其机械的以及化学的稳定性也被优化。
另外优选地，根据本发明的磁性材料通过如下方式而显得突出：硬磁相的晶粒的边缘区域R和晶粒体积具有相同的晶体结构，其中在晶粒体积中少于50%原子百分比、优选地少于30%原子百分比以及特别优选地少于10%原子百分比的硬磁相的稀土金属（RE）被晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd替代，并且其中在边缘区域R中至少10%原子百分比、优选地至少30%原子百分比以及特别优选地至少50%原子百分比的硬磁相的稀土金属（RE）被晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd替代，其中替代度与硬磁相的初始材料的组成有关。通过例如压制和烧结初始材料所制造的磁性材料大多具有至少两种晶体结构，即一种在硬磁相的晶粒中以及另一种在晶界相中。形成硬磁相的晶粒优选地通过晶粒体积和将相应晶粒体积切边的边缘区域R来构成，其中晶粒体积和边缘区域R具有相同的晶体结构。这也包括如下情况：存在具有不同晶体结构的不同的晶粒，其中这样的话其晶粒体积以及其所属边缘区域分别根据晶粒的组成具有相同的晶体结构。依照根据本发明的磁性材料的制造，重稀土金属（Z）和/或Nd通过扩散首先到达晶界相中。通过进一步的扩散，晶界相的重稀土金属（Z）和/或Nd优选地也扩散到边缘区域和硬磁相晶粒的晶粒体积中。在此，该晶界相的重稀土金属（Z）和/或Nd替代硬磁相的稀土金属（RE），也就是说该晶界相的重稀土金属（Z）和/或Nd在硬磁晶粒的晶体结构中移动到硬磁相的稀土金属（RE）的位置处，其中硬磁相的稀土金属（RE）扩散到晶界相中。稀土金属的扩散进入以及因此还有替代度可以例如通过磁性材料的合适的温度处理来控制。稀土金属（RE）的替代度优选地通过晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd在晶粒体积中少于50%原子百分比、优选地少于30%原子百分比以及特别优选地少于10%原子百分比，因为晶粒体积对于铸造磁性材料的矫顽磁场强度具有强度较低的影响并且晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd在此仅仅提高磁性材料的成本。此外，重稀土金属、例如Dy大多降低磁性材料的饱和极化，因此其与过渡金属原子反极性并联地耦合。这可以通过如下方式特别好地被避免：晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd主要在硬磁相的晶粒的边缘区域R中替代硬磁相的稀土金属（RE）。在此，至少10%原子百分比、优选地至少30%原子百分比以及特别优选地至少50%原子百分比的替代度特别有利于提高磁性材料的矫顽磁场强度。
通过根据本发明的磁性材料的非常高的能量积、高的剩余磁化以及高的各向异性，该根据本发明的磁性材料尤其适于制造用在构造空间被缩减的应用中的永磁体，这些应用需要高的能量密度，例如电机，如尤其是发电机、机动车辆、起动机、电动机、扬声器或微机电系统，所述应用包含尤其是至少一种永磁体形式的根据本发明的磁性材料，所述永磁体包括这样的磁性材料。针对根据本发明的磁性材料所描述的优点、有利的效应和优选的实施方式也应用到这种电机上。
此外，根据本发明也描述两种用于制造根据本发明的磁性材料的方法。第一种方法包括以下步骤：
- 将包括至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd的层涂覆到硬磁相的表面上，
- 加热该层，并且
- 至少部分地、优选完全地使重稀土金属（Z）和/或Nd扩散进入到磁性材料的晶界相中和/或边缘区域R中和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。
通过该方法实现了特定组成的磁性材料的晶界相中的和/或边缘区域R中的和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中的至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd被富集，由此实现好的硬磁属性的最优状态，即高的矫顽磁场强度、高的磁饱和度和高的能量积。对此，首先将包括至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd（这也包含重稀土金属和/或Nd的混合物）的层涂覆到硬磁相的表面上。通过将配备有所述层的以硬磁相的形式存在的磁体材料加热到合适的温度，优选地加热到大约500℃至1000℃的温度，晶界相被软化。由此，重稀土金属（Z）和/或Nd尤其在与晶界相的接触区域处熔化，由此进行将重稀土金属（Z）和/或Nd扩散进入到磁性材料的晶界相中。合适的温度尤其是这种略微在晶界相的熔点之上的温度，因为这促进了重稀土金属（Z）和/或Nd扩散到晶界相中以及因此优选地也扩散到边缘区域中和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中的速度。因此，以简单的和低成本的方式提供具有突出的各向异性、高矫顽磁场强度、高剩余磁化以及大能量积的高效的磁性材料。
根据本发明的第一方法意义上的边缘区域R被理解为将形成硬磁相的相应的晶粒、晶体或微晶切边的区域。虽然晶界相仅仅描述在其中硬磁相的晶粒、晶体或微晶彼此毗邻的细长区域，硬磁相的边缘区域R也包括在晶粒、晶体或微晶的外部晶粒体积中的区域。晶粒的边缘区域R的厚度构成硬磁相的相应晶粒的直径的最大1/5，其中直径表示相应晶粒的最宽位置处的直线的长度。边缘区域R的厚度以及晶粒的直径可以借助于显微的方法——例如透射电子显微法或扫描电子显微法——与能量分散的和/或波长分散的伦琴射线谱学（TEM/EDX/WDX或REM/EDX/WDX）结合地来确定。
针对根据本发明的磁性材料所描述的有利的属性、效应和实施方式也应用于用于制造这种磁性材料的根据本发明的第一方法。
优选地，根据本发明的方法的特征在于：包括至少一种重稀土金属（Z）和//或Nd的层借助于PVD、CVD、浸涂（Dip-Coating）或旋涂（Spin-Coating）被涂敷到硬磁相的表面上。这可以用传统方式通过使用例如金属有机的前体化合物、合金或含氟的、含氧的或含氢的化合物来进行。
另外优选地，在重稀土金属（Z）和/或Nd的扩散进入期间，晶界相部分地、优选完全地为液态的。这提高了重稀土金属（Z）和/或Nd沿着晶界的扩散速度并且甚至促进重稀土金属（Z）和/或Nd在边缘区域R中和/或必要时也在硬磁相的晶粒的晶粒体积中的富集，如上面描述的那样。
用于制造如上描述的磁性材料的根据本发明的第二种方法包括如下步骤：
- 混合至少一种合金a）和至少一种合金b），其中合金a）包含至少一种过渡金属（TM）、至少一种稀土金属（RE）和至少一种添加元素（X），所述添加元素从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出，其中稀土金属（RE）的主要组成成分由从Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素构成，并且其中合金b）包含至少一种重稀土金属（Z）和/或Nd，其中合金b）中的重稀土金属（Z）和/或Nd的含量相对于合金b）的总重量为至少10%重量百分比，优选地为至少30%重量百分比以及特别优选地为至少50%重量百分比，
- 在磁场中对准（Ausrichtung）由合金a）和合金b）构成的混合物，
- 压制和烧结合金a）和合金b）构成的混合物，其中烧结温度被如此选择使得形成如下的硬磁材料，该硬磁材料包括由合金a）的晶粒组成的硬磁相和存在于晶粒之间的晶界相，并且其中来自合金b）的重稀土金属（Z）和/或Nd至少部分地、优选完全地扩散进入到磁性材料的晶界相中和/或边缘区域R中和或硬磁相的晶粒的晶粒体积中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。
在此，合金a）和b）是要构成的硬磁材料的初始材料并且用通常方式制造和提供。合金的混合以传统方式和方法以如下量来进行：所述量与结果得到的硬磁相的预先给定的组成相对应。合金a）、也即多种合金a）通过如下组成而显得突出，该组成含有至少一种过渡金属（TM）、至少一种稀土金属（RE）以及从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出的至少一种添加元素（X），其中稀土金属（RE）的主要组成成分由从由Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素形成。合金b）、也即多种合金b）通过如下方式显得突出：重稀土金属（Z）和/或Nd的含量分别相对于合金b）的总重量为至少10%重量百分比，优选地为至少30%重量百分比以及特别优选地为至少50%重量百分比。在混合合金a）和合金b）以后，用已知的方式进行在磁场中的对准以及压制由合金a）和合金b）组成的混合物。在此，随后进行经压制的合金混合物的烧结步骤，在该烧结步骤中烧结温度根据合金材料被如此选择使得形成如下的硬磁材料，该硬磁材料包含由合金a）的晶粒的硬磁相（3）和存在于晶粒之间的晶界相。在合金b）中包含的重稀土金属（Z）和/或Nd还通过在相应温度时的烧结来至少部分地、优选完全地扩散到磁性材料的晶界相中和/或边缘区域R中和/或硬磁相的晶粒的晶粒体积中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。优选地，晶界相主要由合金b）来形成，或通过已经在合金a）中包含的晶界相与合金b）的扩散交换来形成。通过相应的温度处理，晶界相的重稀土金属（Z）和/或晶界相的Nd也可以渗入到由边缘区域R包围的硬磁相的晶粒的晶粒体积中。然而，这出于上述原因是不值得期望的。通过使重稀土金属（Z）和/或Nd至少扩散进入到晶界相中以及优选地也扩散进入到晶粒的边缘区域R中，结果得到的磁性材料的矫顽磁场强度明显被提高。
根据本发明的第二种方法意义上的边缘区域R被理解为将形成硬磁相的相应晶粒、晶体或微晶切边的区域。虽然晶界相仅仅描述在其中硬磁相的晶粒、晶体或微晶彼此毗邻的细长区域，硬磁相的边缘区域R也包括晶粒、晶体或微晶的外部晶粒体积中的区域。晶粒的边缘区域R的厚度构成硬磁相的相应晶粒的直径的最大1/5，其中直径表示相应晶粒的最宽位置处的直线的长度。边缘区域R的厚度以及晶粒的直径可以借助于显微的方法——例如透射电子显微法或扫描电子显微法——与能量分散的和/或波长分散的伦琴射线谱学（TEM/EDX/WDX或REM/EDX/WDX）结合地来确定。
针对根据本发明的磁性材料所描述的有利的属性、效应和实施方式也应用于用于制造这种磁性材料的根据本发明的第二种方法。
优选地，烧结温度还被如此选择使得形成的晶界相在重稀土金属（Z）和/或Nd的扩散进入期间至少部分地、优选完全地为液态的。这再次提高了重稀土金属（Z）和/或Nd沿着晶界的扩散速度并且此外，如上所述，促进该重稀土金属（Z）和/或Nd在硬磁相的晶粒的边缘区域R中的富集。
可以注意到，两种根据根据本发明的方法适用于制造在此描述的根据本发明的磁性材料。
附图说明
下面参照附图来详细描述本发明的实施例。在图中：
图1为在温度处理前的根据本发明的磁性材料的优选实施方式的微观结构的示意图，并且
图2为在温度处理后的根据本发明的磁性材料的优选实施方式的微观结构的示意图。
具体实施方式
图1示出在温度处理前的根据本发明的磁性材料10的优选实施方式的微观结构的示意图。根据本发明的材料10包含硬磁相3的晶粒1，这些晶粒1通过晶界相2至少部分地相互被分开，这导致了各个晶粒的磁脱耦以及因此磁性材料的高矫顽磁场强度。借助于合适的方法，重稀土金属（Z）和/或Nd的层4已经被涂敷到硬磁相3的表面上。在该时期中，晶界相2还未包含重稀土金属（Z）或Nd。
图2示出了在温度处理后的根据本发明的磁性材料10的优选实施方式的微观结构的示意图。也就是说，来自图1的磁性材料10已经被加热到大约500℃至1000℃的温度，使得晶界相2部分地已经被液化。首先（参见图1）作为层4涂敷到硬磁相3的表面上的重稀土金属（Z）和/或Nd此后沿着晶界相2扩散进磁性材料10中。此外，该重稀土金属（Z）和/或Nd部分地扩散进磁性材料10的晶粒体积中，即扩散进边缘区域R中，该边缘区域R构成硬磁相3的相应晶粒1的直径D的最大1/5的厚度，其中该直径D表示相应晶粒的最宽位置处的直线的长度。
通过这种方式形成的磁性材料通过突出的磁属性，尤其也就是通过高的矫顽磁场强度、高的磁饱和度和非常好的能量积而显得突出。此外，磁性材料的原材料成本和制造成本由于根据本发明对过渡金属（TM）、稀土金属（RE）、添加元素（X）以及重稀土金属（Z）和/或Nd的组合而与传统的过渡金属-稀土金属磁体相比被显著减小。

Claims (21)

1.磁性材料，包括：
- 硬磁相（3）和
- 晶界相（2），其中
- 硬磁相（3）由初始材料构成，该初始材料包含至少一种过渡金属、至少一种稀土金属和至少一种添加元素，该添加元素从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出，其中稀土金属的主要组成成分由从由Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素构成以及其中
- 晶界相（2）包含至少一种重稀土金属和/或Nd，
其中晶界相（2）中的重稀土金属和/或晶界相（2）中的Nd的含量相对于晶界相（2）的总重量为50%至75%重量百分比，
硬磁相（3）由晶粒（1）组成，其中晶粒（1）具有晶粒体积和边缘区域R，其中边缘区域R包围晶粒体积并且被布置在晶粒体积和晶界相（2）之间，其中晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd存在于硬磁相（3）的晶粒（1）的边缘区域R中，其中晶粒（1）的边缘区域R的厚度构成相应晶粒（1）的直径的最大1/5。
2.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，晶界相（2）的重稀土金属从由Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和它们的混合物组成的群组中选出。
3.根据权利要求1或2所述的磁性材料，其特征在于，硬磁相（3）的过渡金属从由Fe、Co、Mn、Ni和它们的混合物组成的群组中选出。
4.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，在硬磁相（3）的初始材料中，硬磁相的稀土金属的含量相对于硬磁相（3）的初始材料的总重量为5%至40%重量百分比，和/或硬磁相的添加元素的含量相对于硬磁相（3）的初始材料的总重量为0.1%至30%重量百分比，并且硬磁相（3）的初始材料的剩余部分通过过渡金属来构成。
5.根据权利要求4所述的磁性材料，其特征在于，在硬磁相（3）的初始材料中，硬磁相的稀土金属的含量相对于硬磁相（3）的初始材料的总重量为10%至30%重量百分比。
6.根据权利要求4或5所述的磁性材料，其特征在于，在硬磁相（3）的初始材料中，硬磁相的添加元素的含量相对于硬磁相（3）的初始材料的总重量为0.5%至25%重量百分比。
7.根据权利要求1或2所述的磁性材料，其特征在于，磁性材料（10）具有下列晶体结构中的至少一种：RE2TM14X、RE（TM，X）12、RE2（TM，X）17、RE（TM，X）5和RE3（TM，X）29，其中RE表示稀土金属，TM表示过渡金属，以及X表示添加元素。
8.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，晶粒体积和边缘区域R具有相同的晶体结构，其中在晶粒体积中硬磁相（3）的少于50%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代，并且其中在边缘区域R中硬磁相（3）的至少10%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代，其中替代度与硬磁相（3）的初始材料的组成有关系。
9.根据权利要求8所述的磁性材料，其特征在于，在晶粒体积中硬磁相（3）的少于30%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代。
10.根据权利要求9所述的磁性材料，其特征在于，在晶粒体积中硬磁相（3）的少于10%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代。
11.根据权利要求8所述的磁性材料，其特征在于，在边缘区域R中硬磁相（3）的至少30%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代。
12.根据权利要求11所述的磁性材料，其特征在于，在边缘区域R中硬磁相（3）的至少50%原子百分比的稀土金属通过晶界相（2）的重稀土金属和/或晶界相（2）的Nd来替代。
13.用于制造根据前述权利要求之一所述的磁性材料（10）的方法，包括如下步骤：
- 将包括至少一种重稀土金属和/或Nd的层（4）涂覆到硬磁相（3）的表面上，
- 加热该层（4）并且
- 至少部分地将重稀土金属和/或Nd扩散进入到磁性材料（10）的晶界相（2）中和/或边缘区域R中和/或硬磁相（3）的晶粒（1）的晶粒体积中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒（1）的直径的最大1/5，
其中晶界相（2）中的重稀土金属和/或晶界相（2）中的Nd的含量相对于晶界相（2）的总重量为50%至75%重量百分比。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，完全地将重稀土金属和/或Nd扩散进入到磁性材料（10）的晶界相（2）中和/或边缘区域R中和/或硬磁相（3）的晶粒（1）的晶粒体积中。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，包括至少一种重稀土金属和/或Nd的层（4）借助于PVD、CVD、浸涂或旋涂被涂敷到硬磁相（3）的表面上。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，晶界相（2）在重稀土金属和/或Nd的扩散进入期间至少部分地为液态的。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，晶界相（2）在重稀土金属和/或Nd的扩散进入期间完全地为液态的。
18.用于制造根据权利要求1至12之一所述的磁性材料（10）的方法，包括下列步骤：
- 混合至少一种合金a）和至少一种合金b），其中合金a）包含至少一种过渡金属、至少一种稀土金属和至少一种添加元素，所述添加元素从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、Si、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出，其中稀土金属的主要组成成分由从Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素构成，并且其中合金b）包含至少一种重稀土金属和/或Nd，其中合金b）中的重稀土金属和/或Nd的含量分别相对于合金b）的总重量为50%至75%重量百分比，
- 在磁场中对准由合金a）和合金b）构成的混合物，
- 压制和烧结合金a）和合金b）构成的混合物，其中烧结温度被如此选择使得形成硬磁材料，该硬磁材料包括由合金a）的晶粒（1）组成的硬磁相（3）和位于晶粒（1）之间的晶界相（2），并且其中来自合金b）的重稀土金属和/或Nd至少部分地扩散进入到磁性材料（10）的晶界相（2）中和/或边缘区域R中和/或硬磁相（3）的晶粒（1）的晶粒体积中，其中晶粒（1）的边缘区域R的厚度构成相应晶粒（1）的直径的最大1/5。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，来自合金b）的重稀土金属和/或Nd完全地扩散进入到磁性材料（10）的晶界相（2）中和/或边缘区域R中和/或硬磁相（3）的晶粒（1）的晶粒体积中。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，烧结温度被如此选择使得形成的晶界相（2）在重稀土金属和/或Nd的扩散进入期间至少部分地为液态的。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，烧结温度被如此选择使得形成的晶界相（2）在重稀土金属和/或Nd的扩散进入期间完全地为液态的。
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