CN105280320B - 一种易面各向异性高频微波磁性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁性材料领域，特别涉及一种易面各向异性高频微波磁性材料及其制备方法。该磁性材料的化学式按照原子比表示为：RxFe100‑x‑yBy(at％)，其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；该磁性材料具有易面磁晶各向异性，其易磁化面与C轴垂直；该磁性材料通过熔炼→甩带→粗破碎→热压→热变形→破碎工艺制备。通过本发明得到的易面各向异性稀土金属间化合物高频微波磁性微粉，实现了磁晶各向异性场与形状各向异性场的叠加，使得材料具有更加优异的高频特性。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域，特别涉及一种易面各向异性稀土金属间化合物高频微波磁性材料及其制备方法。
背景技术
近年来，电磁器件被广泛应用于军事民用设备(雷达，无线电通讯技术，局域网系统，个人电子记事簿等)。目前，其应用频率已经到达了GHz，随着高频电磁器件的应用日益广泛，电磁干扰作为一种新的特殊的环境污染已经受到了越来越多的关注，因此，研发GHz频段具有高的复数磁导率的电磁波吸收材料已成为当务之急。
目前广泛采用的微波吸收材料是平面六角结构铁氧体，由于该材料的各向异性场较低，饱和磁化强度不高，因此，该材料的共振频率和高频磁导率值均较低，无法满足高频器件的需求(IEEE transactions on magnetics 44,2255,2008；Journal of materialsscience 40,719,2005；Journal of magnetism and magnetic materials 321,32312009,CN101367647A，CN1880272A)。另外，IEEE transactions on magnetics 42(3)363,2006；Journal of alloy and compounds 509,2734,2011和中国发明申请公布号：CN101065009A中报道了金属铁基软磁材料的微波吸收性能，虽然材料本身的饱和磁化强度较高，但是由于其磁晶各向异性场较低，因此，该材料的共振频率依然无法满足高频电子器件的需求。Applied physics A 108,665,2012；Journal of magnetism and magnetic materials324,2488,2012；中国发明专利申请(申请号：201410638234.9，公布号CN104319050A)和(申请号：201010230672.3，公布号CN101880817A)报道的易面型稀土金属间化合物及双相纳米晶高频软磁材料具有高的磁晶各向异性场，可以大幅提高材料的共振频率，但是传统方法制备的颗粒均为各向同性的颗粒。中国发明专利申请(申请号：200910140535.8，公布号：CN101604568A)报道了一种磁场取向片状软磁复合材料用于制备高频微波磁性材料的方法。但是对于具有高的共振频率的易面型稀土金属间化合物或双相纳米晶材料，由于颗粒为各向同性样品，因此无法通过磁场旋转取向得到性能更加优异的高频微波磁性材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种易面各向异性高频微波磁性材料，材料具有形状各向异性及磁晶各向异性，而且形状各向异性场与磁晶各向异性场方向一致，因此，材料具有更优异的高频微波磁性，可以使用在高频电子器件中。
本发明的另一个目的是提供一种上述易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种易面各向异性高频微波磁性材料，该磁性材料的化学式按照原子比表示为：RxFe100-x-yBy(at％)，其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；该磁性材料具有易面磁晶各向异性，其易磁化面与C轴垂直。
所述磁性材料通过熔炼→甩带→粗破碎→热压→热变形→破碎工艺制备；
其中，热压制成的全密度各向同性块体，经双向浮动压制，得到内部颗粒呈片状结构的各向异性磁块。
热压制成的全密度各向同性块体在700-900℃，80-200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为60％-80％，获得内部颗粒呈片状结构的各向异性磁块，该片状颗粒粒度低于3μm。
本发明提供一种易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)原料准备：将稀土金属，铁和硼铁合金按RxFe100-x-yBy(at％)配比；其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；
(2)熔炼：在氩气保护下，将步骤(1)配比好的原料在1480-1580℃下熔炼成铸锭，并冷却；
(3)甩带：将步骤(2)熔炼好的铸锭用熔体快淬的方法制备成快淬带；
(4)粗破碎：将步骤(3)制备的快淬带进行手工研磨至合金粉末粒度小于100μm；
(5)热压：将步骤(4)粗破碎后的合金粉末在600-800℃，双向浮动压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将步骤(5)热压制成的全密度各向同性块体在700-900℃，80-200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为60％-80％，获得内部颗粒呈片状结构的各向异性磁块，其内部颗粒最大晶粒直径小于3μm；
(7)破碎：将步骤(6)获得的各向异性磁块粗破碎后，用球磨或气流磨在1％-5％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度小于3μm的磁粉。
所述步骤(2)反复熔炼3-5次，使得合金成分单一均匀。
所述步骤(2)中合金可以完全成为晶态，也可以包含部分非晶态，其晶粒粒度小于500nm。
所述步骤(3)中熔融温度为1400℃-1500℃，高速旋转的水冷铜棍或钼辊的线速度为25-45m/s。
所述步骤(5)和步骤(6)均在高真空下或达到高真空后充入氩气的保护下进行，真空度大于1×10-2Pa。
所述双向浮动压制为上下两个方向同时施加力进行压制。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的易面各向异性稀土金属间化合物高频微波磁性材料同时具有形状各向异性与磁晶各向异性，而且材料的形状各向异性场方向与磁晶各向异性场方向一致，成功实现了两种效应的叠加，使得材料具有更加优异的高频微波磁性。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程图；
图2为本发明实施例1热变形后材料的断面形貌图；
图3为发明实施例1材料在垂直压力方向的X射线衍射图；
图4为本发明实施例2材料的快淬带图片；
图5为本发明实施例3材料的快淬带的TEM图片；
图6为本发明实施例3热变形破碎后颗粒的形貌图。
具体实施方式
本发明提供一种易面各向异性稀土金属间化合物高频微波磁性材料，该磁性材料的化学式按照原子比表示为：RxFe100-x-yBy(at％)，其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；该磁性材料具有易面磁晶各向异性，其易磁化面与C轴垂直。
如图1所示，所述磁性材料通过熔炼→甩带→粗破碎→热压→热变形→破碎工艺制备。
通过热压制过程制备的各向同性块体中晶粒是等轴晶的，由于R-Fe-B晶粒在垂直c轴方向与平行c轴方向的弹性模量不同，等轴晶颗粒在横向外加压力作用下，晶粒会发生塑性形变、晶粒边界滑移、晶粒边界迁移、晶粒转动以及再结晶择优生长过程，从而导致形核与长大均具有较强的方向性，等轴晶生长为具有形状各向异性的片状晶粒。材料具有磁晶各向异性，但是通过制备过程，使得最后的微粉既具有磁晶各向异性，还具有形状各向异性。
本发明提供一种易面各向异性稀土金属间化合物高频微波磁性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：将稀土金属，铁和硼铁合金按RxFe100-x-yBy(at％)配比；其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；
(2)熔炼：在氩气保护下，将步骤(1)配比好的原料在1480-1580℃下熔炼成铸锭，并冷却；铸锭反复熔炼3-5次，使得合金成分单一均匀；合金可以完全成为晶态，也可以包含部分非晶态，其晶粒粒度小于500nm
(3)甩带：将步骤(2)熔炼好的铸锭用熔体快淬的方法制备成非晶或纳米晶快淬带，熔融温度为1400℃-1500℃，高速旋转的水冷铜棍或钼辊的线速度为25-45m/s；
(4)粗破碎：将步骤(3)制备的快淬带进行手工研磨至合金粉末粒度小于100μm；
(5)热压：将步骤(4)粗破碎后的合金粉末在600-800℃，双向浮动压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将步骤(5)热压制成的全密度各向同性块体在700-900℃，80-200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为60％-80％，获得呈片状结构各向异性磁性材料，其最大晶粒直径小于3μm；
(7)破碎：将步骤(6)获得的各向异性磁性材料粗破碎后，用球磨或气流磨在1％-5％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度为3μm的磁粉。
所述步骤(5)和步骤(6)均在高真空下或达到高真空后充入氩气的保护下进行，真空度大于1×10-2Pa。
所述双向浮动压制为上下两个方向同时施加力进行压制。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1-Sm12Fe82.12B5.88
(1)原料准备：按照设计成分Sm12Fe82.12B5.88将稀土金属Sm，铁和硼铁合金进行配比；
(2)熔炼：在氩气保护下，将配比好的原料在1480℃下熔炼成铸锭，铸锭反复熔炼3次，使得合金成分单一均匀；合金晶粒粒度小于500nm；
(3)甩带：将铸锭用熔体快淬的方法制备成非晶或纳米晶快淬带，熔融温度为1400℃，高速旋转的水冷铜棍的线速度为25m/s；
(4)粗破碎：将快淬带手工研磨至粒度小于100μm；
(5)热压：高真空后充入氩气，真空度大于1×10-2Pa，将粗破碎后的合金粉末在700℃压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将全密度各向同性块体在850℃，200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为80％，获得呈片状结构各向异性磁性材料，其最大晶粒直径小于3μm，变形后磁性材料的断面形貌如图2所示，垂直压力方向的X射线衍射如图3所示；
(7)破碎：将挤压后的磁性材料粗破碎后，用球磨在1％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度为3μm的磁粉。
实施例2-Er15Fe78B7.0
(1)原料准备：按照设计成分Er15Fe78B7.0将稀土金属Er，铁和硼铁合金进行配比；
(2)熔炼：在氩气保护下，将配比好的原料在1580℃下熔炼成铸锭，铸锭反复熔炼5次，使得合金成分单一均匀；合金晶粒粒度小于500nm；
(3)甩带：将铸锭用熔体快淬的方法制备成非晶薄带，熔融温度为1500℃，高速旋转的水冷钼辊的线速度为45m/s，快淬带的形貌如图4所示；
(4)粗破碎：将快淬带手工研磨至粒度小于100μm；
(5)热压：高真空后充入氩气，真空度大于1×10-2Pa，将粗破碎后的合金粉末在800℃双向浮动压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将全密度各向同性块体在900℃，80MPa的压强下双向浮动压制，变形比为80％，获得呈片状结构各向异性磁性材料，其最大晶粒直径小于3μm；
(7)破碎：将挤压后的磁性材料粗破碎后，用球磨在5％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度在3μm左右的磁粉。
实施例3-Tm13Fe80.8B6.2
(1)原料准备：按照设计成分Tm13Fe80.8B6.2将稀土金属Tm，铁和硼铁合金进行配比；
(2)熔炼：在氩气保护下，将配比好的原料在1480℃下熔炼成铸锭，铸锭反复熔炼4次，使得合金成分单一均匀；合金晶粒粒度小于500nm；
(3)甩带：将铸锭用熔体快淬的方法制备成非晶或纳米晶薄带，熔融温度为1400℃，高速旋转的水冷铜棍或钼辊的线速度为25m/s，快淬带的微观形貌如图5所示；
(4)粗破碎：将快淬带手工研磨至100μm以下；
(5)热压：高真空后充入氩气，真空度大于1×10-2Pa，将粗破碎后的合金粉末在600℃双向浮动压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将全密度各向同性块体在700℃，200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为80％，获得呈片状结构各向异性磁性材料，其最大晶粒直径小于3μm；
(7)破碎：将挤压后的磁性材料粗破碎后，用气流磨在1％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度在3μm左右的磁粉，气流磨颗粒粒度及形貌如图6所示。
Claims (9)
1.一种易面各向异性高频微波磁性材料，其特征在于：该磁性材料的化学式按照原子比表示为：RxFe100-x-yBy(at％)，其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；该磁性材料具有易面磁晶各向异性，其易磁化面与C轴垂直；
该磁性材料同时还具有形状各向异性，而且该磁性材料的形状各向异性场方向与磁晶各向异性场方向一致、相互叠加。
2.根据权利要求1所述的易面各向异性高频微波磁性材料，其特征在于：所述磁性材料通过熔炼→甩带→粗破碎→热压→热变形→破碎工艺制备；
其中，热压制成的全密度各向同性块体，经双向浮动压制，得到内部颗粒呈片状结构的各向异性磁块。
3.根据权利要求2所述的易面各向异性高频微波磁性材料，其特征在于：热压制成的全密度各向同性块体在700-900℃，80-200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为60％-80％，获得内部颗粒呈片状结构的各向异性磁块，该片状颗粒粒度低于3μm。
4.一种根据权利要求1所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)原料准备：将稀土金属，铁和硼铁合金按RxFe100-x-yBy(at％)配比；其中，11.76＜x≤15，5.88≤y≤7.0，R为Sm、Er、Tm中的一种；
(2)熔炼：在氩气保护下，将步骤(1)配比好的原料在1480-1580℃下熔炼成铸锭，并冷却；
(3)甩带：将步骤(2)熔炼好的铸锭用熔体快淬的方法制备成快淬带；
(4)粗破碎：将步骤(3)制备的快淬带进行手工研磨至合金粉末粒度小于100μm；
(5)热压：将步骤(4)粗破碎后的合金粉末在600-800℃，双向浮动压制成为全密度各向同性块体；
(6)热变形：将步骤(5)热压制成的全密度各向同性块体在700-900℃，80-200MPa的压强下双向浮动压制，变形比为60％-80％，获得内部颗粒呈片状结构、同时具有形状各向异性和磁晶各向异性的易面各向异性磁块，其内部颗粒最大晶粒直径小于3μm；
(7)破碎：将步骤(6)获得的易面各向异性磁块粗破碎后，用球磨或气流磨在1％-5％钛酸酯偶联剂保护下制备成粒度小于3μm的易面各向异性磁粉。
5.根据权利要求4所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)反复熔炼3-5次，使得合金成分单一均匀。
6.根据权利要求4所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中合金为晶态，或者包含部分非晶态，其晶粒粒度小于500nm。
7.根据权利要求4所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中熔融温度为1400℃-1500℃，高速旋转的水冷铜棍或钼辊的线速度为25-45m/s。
8.根据权利要求4所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)和步骤(6)均在高真空下或达到高真空后充入氩气的保护下进行，真空度大于1×10-2Pa。
9.根据权利要求4所述的易面各向异性高频微波磁性材料的制备方法，其特征在于：所述双向浮动压制为上下两个方向同时施加力进行压制。
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