CN108780687A - 混合磁体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造混合磁体(1)的方法，至少包括以下方法步骤：A)制造由硬磁性材料(5)构成的硬磁性层(13)，B)制造由软磁性材料(6)构成的软磁性层(14)，和C)制造由磁性钝化材料(7)构成的隔层(15)，其中，通过分别多次应用方法步骤A)、B)和C)使混合磁体(1)成型，所述混合磁体(1)具有层结构。

Description

混合磁体及其制造方法
本发明涉及一种混合磁体，其包括至少一种软磁性材料和至少一种硬磁性材料。本发明还涉及一种制造这样的混合磁体的方法。
磁性材料可以通过熔炼冶金方法(作为浇铸磁性材料)或者通过粉末冶金方法(作为烧结磁性材料或粉末磁性复合材料)被制造。用包括烧结的粉末冶金方法可以制造其形状不能通过熔炼冶金方法实现的那些磁性构件。这点例如尤其适用于具有晶体各向异性的磁性材料(NdFeB、SmCo等)。粉末冶金的制造方法可以包括以下工序：将磁性的起始材料粉末化、将在此产生的粉末压成生坯件或者说成型体(Grünteil)同时使希望的形状成型、对生坯件进行烧结、可选地进行用于应力消除和结构优化的热处理以及可选地在外部的磁场中进行磁化。必要时还可以对这样制造的磁体进行机械的后处理、例如研磨或抛光。
尤其在金属结晶材料、金属无定形材料与金属氧化材料之间有所不同。此外，将磁性材料根据其矫顽力(常常缩写为HcJ)的大小划分为硬磁性(具有较大的矫顽力)、半硬磁性(具有中等的矫顽力)和软磁性(具有较小的矫顽力)的材料类型。
此外已知所谓的混合磁体。混合磁体理解为这样的一种构件，该构件包括至少两种不同的磁性材料、尤其至少一种硬磁性材料和至少一种软磁性材料。尤其已知这样的混合磁体，在这类混合磁体中，硬磁性和软磁性的材料嵌入由塑料构成的基质体中。在这类混合磁体中，可能不利的是：其磁性性质表现为比希望的更小；由于塑料材料，其温度稳定性以及机械强度会受到限制；和/或这种混合磁体不能暴露于会侵蚀塑料材料的介质。
在专利文献US 6,972,046 B2中公开一种用于制造混合磁体的方法。在此使用粉末颗粒的涂层，该涂层用于避免形成团聚体。
在专利文献US 2014/0072470 A1中描述一种用于制造混合磁体的方法，其中，用具有弯曲通道的压模使粉末混合物成型。
基于此，本发明所要解决的技术问题在于，解决或至少减缓关于现有技术所述的技术问题。在此尤其应提供一种具有改良的磁性、机械和/或热性质的混合磁体。此外还应提供一种用于制造这种混合磁体的方法。
所述技术问题通过按照独立权利要求的特征的混合磁体和用于制造混合磁体的方法解决。所述混合磁体和方法的另外有利的设计方案在从属权利要求中陈述。在权利要求中各个列举的特征能够以任意的、技术上有意义的方式相互组合并且可以通过来自说明书的阐释性的事实补充，其中，列举了本发明的另外的实施方式变型。
为此做出贡献的是用于制造混合磁体的方法，所述方法至少包括以下方法步骤：
A)制造由硬磁性材料构成的硬磁性层，
B)制造由软磁性材料构成的软磁性层，和
C)制造由磁性钝化材料构成的隔层，
其中，通过分别多次应用方法步骤A)、B)和C)使混合磁体成型，该混合磁体具有层结构。
优选地，方法步骤C)在每次实施方法步骤A)之后和每次实施方法步骤B)之后分别实施一次。由此在两个相邻的由硬磁性材料和/或软磁芯材料构成的层之间分别产生(单独的或唯一的)隔层。由此可以制造具有层结构的混合磁体，在所述混合磁体中，硬磁性层和软磁性层以任意的层次序组合。优选地，硬磁性层和软磁性层交替地构造或者以另外的规则方式构造。
与硬磁性材料相比，许多软磁性材料具有较高的饱和磁化强度。与此相对地，对于硬磁性材料按照定义来说为了反向磁化(磁化方向的反转)需要更大的矫顽力。在混合磁体中可以结合这些优点，也就是说，混合磁体可以具有突出的作为永磁体的效果(较大的剩磁)、这种效果能够难以通过外部影响被破坏(较大的矫顽力)。
通过混合磁体的层结构可以尤其在磁化的取向垂直于层结构时实现软磁性层始终位于硬磁性层的支撑场(Stuetzfeld)中并且因此有助于混合磁体的整体磁化。如果软磁性区域布置在硬磁性区域旁边、例如在硬磁性层沿其层平面被磁化这一极端情况下，软磁性层用作磁性短路，并且混合磁体不能产生在外部空间中可用的磁通量。
硬磁性层应当理解为混合磁体的这样的区域，该区域主要或者说仅由硬磁性材料构成。硬磁性层不必是硬磁性材料的连续的区域。尤其在具有基质体的混合磁体中，硬磁性层由硬磁性材料的局部区域构成，所述局部区域在层平面内由基质材料彼此(部分地)隔开。优选地但不是必须地，所有的硬磁性层均由相同的硬磁性材料构成。备选地，在混合磁体中可以使用不同的硬磁性材料。可以在一个层中使用不同的硬磁性材料。但也可以存在不同地构造的层，这些层分别由不同的硬磁性材料构成。
作为硬磁性材料优选的是：马氏体钢；基于CuNiFe[铜、镍、铁]、CuNiCo[铜、镍、钴]、FeCoVCr[铁、钴、钒、铬]、MnAlC[锰、铝、碳]或AlNiCo[铝、镍、钴]的合金；基于PtCo[铂、钴]的硬磁体；稀土元素磁体、例如NdFeB[钕、铁、硼]、SmCo[钐、钴]或SmFeN[钐、铁、氮]；氧化物永磁体(硬铁氧体)；或者新型硬磁体、例如MnBi[锰、铋]或Fe16N2[铁、氮]。
软磁性层应当理解为混合磁体的这样的区域，该区域主要或者说仅由软磁性材料构成。软磁性层不必是软磁性材料的连续的区域。尤其在具有基质体的混合磁体中，软磁性层由软磁性材料的局部区域构成，所述局部区域在层平面内由基质材料彼此(部分地)隔开。优选地但不是必须地，所有的软磁性层均由相同的软磁性材料构成。备选地，在混合磁体中可以使用不同的软磁性材料。可以在一个层中使用不同的软磁性材料。但也可以存在不同地构造的层，这些层分别由不同的软磁性材料构成。
作为软磁性材料优选的是：软铁、碳素钢、基于FeAl[铁、铝]、FeAlSi[铁、铝、硅]、FeNi[铁、镍]、FeCo[铁、钴]的合金；无定形的软磁性材料、例如FeNiBSi[铁、镍、硼、硅]、FeBSi[铁、硼、硅]；软磁性的铁氧体材料、例如MnZn-铁氧体[锰、锌]、MgZn-铁氧体[镁、锌]；尖晶石材料、例如MnMgZn[锰、镁、锌]、NiZn[镍、锌]；或者石榴石材料、例如BiCa[铋、钙]、YGd[钇、钆]。
作为硬磁性材料和/或软磁性材料的附加或备选，可以使用半硬磁性材料。如果使用半硬磁性材料，则对硬磁性材料或软磁性材料的说明分别类似地适用。作为半硬磁性材料优选的是：基于FeNi[铁、镍]、FeMn[铁、锰]、FeNiMn[铁、镍、锰]、CoFe[钴、铁]、或FeCu[铁、铜]的合金；Co49Fe48V3[钴、铁、钒；也称为Remendur]；Co55NiFe[钴、镍、铁；也称为Vacozet]和Kovar。
磁性钝化材料尤其可以是抗磁性材料或顺磁性材料。例如可以使用抗磁性或顺磁性金属、例如Dy[镝]、Tb[铽]、Al[铝]、Pt[铂]、Ti[钛]、Cu[铜]、Pb[铅]、Zn[锌]、Sn[锡]、Ga[镓]、Ge[锗]、Au[金]、Ag[银]、Mg[镁]、Mo[钼]、Mn[锰]、Zr[锆]、Li[锂]。也可以使用上述材料的合金或氧化物。以下还会列举另外优选的材料。优选但不是必须地，为所有的隔层使用相同的磁性钝化材料。
优选使用不导电或导电性较差的磁性钝化材料。
在纵长形的电导体中，变化的磁场由于电磁感应而产生电流(涡流)。这会导致纵长形的电导体升温和/或不利地影响其磁性性质。如果由不导电或导电性较差材料构成的隔层中断混合磁体的导电性，则可以减少和/或局部限制涡流。
尤其在具有基质体的混合磁体中可以有效地抑制涡流，因为在这样的混合磁体中各个磁性层由磁性材料的局部区域构成，所述局部区域也在层平面内由基质材料彼此(部分地)隔开。
在所述方法的实施方式中，在方法步骤A)、B)和C)中的至少一个方法步骤中应用涂覆技术。
涂覆技术优选是湿式技术如溶胶-凝胶法、干式沉积工艺和/或化学或物理气相沉积方法。在此，物理气相沉积方法(“physical vapor deposition”,PVD)理解为基于真空的涂覆方法、其中，将起始材料转化为气相并且将其沉积在待涂覆的基底上。化学气相沉积方法(“chemical vapor deposition”,CVD)与物理气相沉积方法类似，区别在于，在将起始材料沉积在基底上时进行化学反应。涂覆技术的共同之处尤其在于，将材料以小微粒输送至基底并且在那里与基底如此连接，使得形成与基底固定连接的表层。
优选在方法步骤A)、B)和C)中的每个方法步骤中都应用涂覆技术(尤其上述涂覆方法)。尤其为所有的方法步骤应用相同的涂覆技术。
所述制造方法的以下设计方案优选的：
方法步骤A)至少包括以下子步骤：
A1)提供具有由硬磁性材料构成的硬磁性颗粒的硬磁性粉末，
方法步骤B)至少包括以下子步骤：
B1)提供具有由软磁性材料构成的软磁性颗粒的软磁性粉末，
方法步骤C)至少包括以下子步骤：
C1)用至少一个由磁性钝化材料构成的涂层对硬磁性颗粒或软磁性颗粒中的至少之一进行涂覆，
所述方法还包括以下方法步骤：
D)按照方法步骤A)、B)和C)使构成所述混合磁体的坯体成型；和
E)对所述坯体进行烧结，其中，使用足够高的温度，以使所述涂层变形为包围硬磁性颗粒和软磁性颗粒的基质体，
其中，在整个方法过程期间，不超过用于硬磁性材料的烧结温度和用于软磁性材料的烧结温度，并且其中，在方法步骤E)中，超过磁性钝化材料的烧结温度。
方法步骤D)中的混合磁体的成型可选地可以在外部磁场中进行。
优选以上述顺序经历方法步骤D)和E)。子步骤A1)可以包括配方制备、对所使用的硬磁性材料进行混合和/或分份。此外在子步骤A1)还可以制造硬磁性材料的粉末、例如通过将由这种硬磁性材料构成的固体粉碎。
以上对子步骤A1)的说明同样也可以适用于子步骤B1)中的软磁性材料的提供。
在子步骤C1)中，对颗粒的涂覆优选用以下涂覆方法实施：PVD，例如“真空沉积”、“等离子体沉积”、“溅射法”、“分子束外延(MBE)”、“气相外延”或“液相外延”；CVD，例如“溶胶-凝胶沉积”或“金属有机化学气相沉积(MOCVD)”。这些方法对本领域技术人员而言充分已知。优选地，在子步骤C1)中在颗粒上涂布单个涂覆层。在所述方法的备选的实施方式中，在子步骤C1)中优选涂布两个由不同材料构成的涂层。
通过对颗粒的涂覆可以避免相邻的颗粒团聚。这点可以使制造过程变得容易。此外，对颗粒的涂覆可以减小相邻颗粒、尤其不同材料的相邻颗粒之间的磁性的交换相互作用。对颗粒的涂覆也可以使颗粒的表面钝化。这可以减小颗粒在与空气接触时自燃的风险。这点可以使实施方法变得容易，因为可以省去惰性气体氛围。通过颗粒的电气绝缘的涂层可以尤其减少和/或局部限制涡流。
在方法步骤D)中通过以下方式形成坯体，即，将软磁性粉末和硬磁性粉末以层结构的希望的次序相叠地施加。可选地可以在施加一层后通过刮平来改善构成所述层的粉末的分布。隔层由颗粒的涂层形成，从而只需要将由硬磁性粉末构成的层和由软磁性粉末构成的层相叠地成层，其中，在相邻的层之间分别产生正好一个(一体和/或连续的)隔层。这尤其意味着，在每次实施方法步骤A)和每次实施方法步骤B)时附加地一同实施了方法步骤C)。
在方法步骤E)中，由在方法步骤D)中形成的坯体通过烧结产生混合磁体。在此，烧结的意思是，使坯体遭受提高的温度，其中，使颗粒的涂层变形为包围颗粒的基质体。为烧结选择的温度优选如此选择，使得不发生硬磁性颗粒和软磁性颗粒的烧结。这尤其意味着，为烧结选择的温度优选最高相当于磁性钝化材料的熔化温度，或者说如果未明确定义用于相关材料的熔化温度，则所述温度相当于转变温度。转变温度涉及这类无定形材料、如玻璃，在无定形材料中熔体不是在确定的熔化温度下出现。而是对于这类材料而言，机械性质在一个温度范围连续变化。该温度范围通过转变温度的数据来描述。用于烧结的温度优选根据所有被使用的材料选择。例如，许多玻璃的转变温度处于直至900℃的范围。如果使用这种玻璃作为磁性钝化材料，则用于烧结的优选的温度范围(根据具体材料)在标准压力(1013hPa[厘巴])下为400℃至800℃、尤其550℃至650℃。在进行步骤E)前，坯体一般被称为压制坯件。在步骤E)中进行烧结之后，坯体通常被称为烧结坯件。
优选地，包括所有方法步骤的整个方法过程在所使用的硬磁性或软磁性材料不发生(显著或扩散的)烧结的条件下实施。在此应当注意的是，材料的烧结温度可能与压力相关。优选地，在整个方法过程期间的温度比使用的每种硬磁性或软磁性材料的烧结温度明显更小、尤其至少小50℃并且优选至少小100℃。
在所述方法的另外的实施方式中，所述涂层具有处于1nm至300nm[纳米]、尤其2nm至50nm范围的涂层厚度。涂层厚度通常应当理解为涂层的具有最小测量尺寸的空间尺寸。通过在建议的范围内选择层厚度一方面可以充分实现涂层的上述优点。另一方面，层厚度足够小，以便不会明显减小混合磁体的磁性性质。
在所述方法的另外的实施方式中，在方法步骤D)与E)之间将所述坯体压制成中间产品、所谓的压制坯件。在通过对所述或全部希望的由粉末构成的层进行涂布而构建层结构之后，提高的、由外部施加的压力可导致颗粒被压实。这可以改善烧结活性并且因此提高烧结完成的混合磁体的稳定性。此处，压制坯件应当理解为通过对粉末的压制产生的坯体，其中，可以尤其使用模压(Matrizenpresse)。
在所述方法的另外的实施方式中，在外部磁场中进行压制。
外部磁场可以例如由电气线圈产生。优选地，外部磁场具有包围整个压制坯件的尺寸。同样优选地，外部磁场是均匀磁场，其指向对于混合磁体所希望的磁化的方向。当外部磁场垂直于层平面取向时，所述方法是特别优选的。外部磁场可以引起磁性颗粒的磁化沿外部磁场取向。根据使用的材料，在压制期间附加的外部磁场可以有利地影响混合磁体的性质。尤其在具有显著的晶体各向异性的磁性材料中，在压制期间附加的外部磁场可以使颗粒如此取向，使得用于所有颗粒的优选磁化方向都相同取向。在压制后，颗粒的取向可以被固定下来。即使在之后的方法步骤中(尤其由于温度作用)又失去磁化，但颗粒的取向仍然存在。因此，在之后的磁化中可以从所有颗粒的共同的优选磁化方向中得益。
在所述方法的另外的实施方式中，至少间歇地用超声波对硬磁性颗粒和软磁性颗粒施加作用。用超声波施加作用可以提高粉末的容积密度。这可以改善混合磁体的稳定性。优选通过混合磁体附近的超声波传感器产生超声波。用超声波施加作用优选在压制前和/或压制期间进行。
在所述方法的另外的实施方式中，所述隔层具有处于1nm至300nm[纳米]、尤其2nm至50nm范围的隔层厚度。隔层厚度应当理解为具有最小测量尺寸的空间尺寸，其中，这通常涉及隔层的垂直于层结构的尺寸。如果混合磁体由粉末制成，则隔层厚度尤其地取决于上述涂层厚度。在各种情况下，也就是说即使对于以另外的方式制造的混合磁体，前文关于涂层厚度的选择所述的优点相应地也适用于隔层厚度的选择。
在所述方法的另外的实施方式中，在外部磁场中对混合磁体进行磁化。
优选地，当混合磁体已经完成烧结后进行磁化。
当外部磁场垂直于层平面取向时，所述方法是特别优选的。
在烧结后或后处理后可选地可以进行磁化。磁化可以在例如由电气线圈产生的外部磁场中进行，该外部磁场优选是均匀的并且包围整个混合磁体。该外部磁场可以在取向和强度方面都不同于前述外部磁场。此处，该外部磁场也可以称为第二外部磁场，以便区别于前述外部磁场。此处使用的外部磁场优选足够强，以便实现颗粒的磁化的平行取向，该取向即使没有外部磁场也仍然存在(剩磁)。
此外，所述方法还包括在另外的外部磁场中进行(附加的)热处理(根据具体材料，例如Alnico合金)。
本发明的另一方面涉及一种混合磁体，其具有由多个层构成的层结构，其中，所述层中的至少一个层是硬磁性层并且所述层中的至少一个层是软磁性层，并且其中，相邻的层由磁性钝化材料隔开。
优选但不是必须地，用本发明建议的方法制造这种混合磁体。至少关于所述方法的说明也可以单独或组合地用于对所建议的混合磁体的结构、性质和优点的说明。
在混合磁体的另外的实施方式中，每个硬磁性层均由硬磁性颗粒构成，并且每个软磁性层均由软磁性颗粒构成，并且其中，硬磁性颗粒和软磁性颗粒被基质体包围。这种混合磁体优选通过按照本发明的方法在包含使用粉末的实施方式中制造。在这种情况下，混合磁体的颗粒相当于粉末的颗粒。
在混合磁体的另外的实施方式中，硬磁性颗粒和软磁性颗粒具有处于0.2μm至250μm[微米]范围的(平均)直径(或者说粒度)。
混合磁体的另外的实施方式中，构成基质体的磁性钝化材料是下列材料之一：玻璃、玻璃陶瓷、金属玻璃或陶瓷。
用这些材料之一实施基质体可以例如通过以下方式实现，对由具有相应涂层的粉末构成的坯体进行烧结。玻璃尤其理解为无定形的物质，其在结构上呈现为不规则的组织(网状结构)。与此相反的是尤其结晶物质，其以规则的晶格结构呈现。金属玻璃首先理解为金属合金，该金属合金不同于一般的金属或金属合金，其是无定形的、也就是说不具有规则的晶格结构。玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的特征是具有特别高的抗腐蚀性以及抗燃性。
在混合磁体的另外的实施方式中，每个层均具有层厚度和(空间)宽度，其中，对于每个层，所述宽度均相当于至少十倍的层厚度。
所述层厚度通常应当理解为层垂直于层结构的尺寸。所述宽度则是该层垂直于测量层厚度的方向的尺寸。这尤其意味着，在任意成型的层中，沿垂直于层结构的任意方向，宽度都必须大于十倍的层厚度。
在硬磁性层的侧向边缘处始终存在这样的趋势，即，磁场线想要在最短的路径上短路。当在该区域中也存在软磁性材料时，这种效应还会被加强。短路的磁场线的部分不能再供永久磁体的主要任务、即在其外部空间产生磁场利用。对磁性层的空间宽度必须为各层厚度的至少10倍的要求可以使层边缘的磁短路的影响最小化。
在混合磁体的另外的实施方式中，所述层垂直于混合磁体的磁化方向取向。
如上所述，通过使磁化取向垂直于层结构可以实现软磁性层始终位于硬磁性层的支撑场中并且因此有助于混合磁体的整体磁化。因此，通过具有垂直于层结构取向的磁化的混合磁体能够最大化地利用具有层结构的混合磁体的上述优点。
为所述混合磁体描述的特别的优点和设计特征能够以任意的、技术上有意义的方式应用和转递到所述方法上。
以下示例性地描述混合磁体或用于制造混合磁体的制造方法的具体的实施方式。
在制造方法的第一实施方式中，在配方制备中，根据构件和材料要求(尤其关于磁性性质、例如剩磁和矫顽力以及关于温度性质、例如转变温度)选择和提供用于制造方法的起始材料。随后在粉末提供中将起始材料粉末化。这例如利用常规技术实现。在随后进行的涂覆中例如用一次涂覆或多次涂覆对粉末颗粒进行涂覆。此外以由粉末构造层结构的方式逐层构造生坯件。可选地接着(在有磁场或无磁场的情况下)进行压制产生压制坯件。最后对生坯件进行烧结、可选地进行退火、可选地进行后处理并且可选地进行磁化。以下描述用于制造方法的第一实施方式的三个实例。
在制造方法的第二实施方式中，首先实施前述配方制备。随后构造层结构并且用涂覆技术制造层，层的制造可选地可以在磁场中进行。最后如先前那样进行烧结、可选地进行退火、可选地进行后处理并且可选地进行磁化。以下描述用于制造方法的第二实施方式的两个实例。
混合磁体的第一实例涉及由粉末制成的混合磁体，其由作为硬磁性材料的NdFeB[钕、铁、硼]组成。该材料的高达90％的颗粒具有小于3μm[微米]的直径、高达50％的颗粒具有小于1μm的直径并且高达30％的颗粒具有0.2至0.5μm的直径。此外，混合磁体由作为软磁性材料的纯铁[Fe]构成。该材料的高达90％的颗粒具有小于2μm[微米]的直径并且高达30％的颗粒具有0.2至0.8μm的直径。涂层由氧化物组合物构成，包括以下物质量份额：30至60mol％[摩尔百分数]的Bi2O3[氧化铋]、30至40mol％的B2O3[氧化硼]、10至20mol％的ZnO[氧化锌]和5至10mol％的SiO2[二氧化硅]。层结构交替地每次具有一个硬磁性层和一个软磁性层，其中，相邻的层分别被隔层隔开(间接地通过粉末的涂层给定)。坯体的宽度为100mm乘300mm并且具有8mm[毫米]的高度。各个层(包括各隔层)具有各2.5μm[微米]的层厚度。层结构包括3200层、即每种材料1600层。在制造层之后通过用电磁体产生的强度为1200kA/m的外部磁场进行NdFeB颗粒的取向。在此不进行压制。烧结(“无压烧结”或“振动烧结”)是在400至500℃下在氩气氛围中进行一小时。随后通过切割将坯体分割成具有20mm乘10mm宽度和5mm[毫米]高度的部件。可选地进行另外的磁化。
混合磁体的第二实例是由粉末制成的混合磁体，其由作为硬磁性材料的NdFeB[钕、铁、硼]组成。该材料的高达90％的颗粒具有小于3μm[微米]的直径、高达50％的颗粒具有小于2μm的直径并且高达30％的颗粒具有0.2至1μm的直径。此外，混合磁体由作为软磁性材料的组合物构成，该组合物包括90％的Fe[铁]、5％的Ni[镍]、2％的Co[钴]和3％的Si[硅]。该组合物的高达90％的颗粒具有小于2μm的直径并且高达30％的颗粒具有0.2至0.1μm的直径。涂层由氧化物组合物构成，包括以下物质量份额：40至60mol％[摩尔百分数]的PbO[氧化铅]、30至40mol％的B2O3[氧化硼]、5至10mol％的ZnO[氧化锌]。层结构交替地每次具有一个硬磁性层和两个软磁性层。坯体的宽度为100mm乘300mm并且具有9.9mm[毫米]的高度。各个层(包括各隔层)具有各3μm[微米]的层厚度。层结构包括3300层、即1100层的硬磁性材料和2200层的软磁性材料。在此，以模压的形式进行压制。烧结是在400至500℃下在氩气氛围中进行一小时。随后通过切割将坯体分割成具有20mm乘10mm宽度和9mm[毫米]高度的部件。可选地进行另外的磁化。
混合磁体的第三实例是由粉末制成的混合磁体，其由作为硬磁性材料的具有300nm[纳米]层厚度的NdFeB[钕、铁、硼]和作为软磁性材料的具有350nm层厚度的90％的Fe[铁]、5％的Ni[镍]、2％的Co[钴]和3％的Si[硅]组成。隔层由氧化物组合物构成，包括以下物质量份额：40至60mol％[摩尔百分数]的PbO[氧化铅]、30至40mol％的B2O3[氧化硼]、5至10mol％的SiO2[二氧化硅]，并且具有10nm的隔层厚度。层结构交替地每次具有一个硬磁性层和一个软磁性层。坯体的宽度为10mm[毫米]乘25mm并且具有6mm的高度。在烧结前在磁场中进行取向。烧结是在400至900℃下在氩气氛围中进行一小时。可选地进行另外的磁化。
在混合磁体的第四实例中，利用涂覆技术通过以下方式制造层结构，即，在第一步骤中首先生长较薄的例如由具有250至300nm[纳米]厚度的Nd2Fe14B[钕、铁、硼]组成的硬磁性层。该层厚度相当于Nd2Fe14B的单磁畴颗粒直径。在此可以使用上文引入的以下涂覆技术：“原子层沉积”(ALD)、“金属有机化学气相沉积”(MOCVD)或“化学气相沉积”(CVD)。为这些涂覆技术可以使用下列金属有机化合物：用于钕[Nd]的三-[N,N-双-(三甲基硅烷基)-胺]-钕(III)、用于铁[Fe]的三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铁(III)和用于硼[B]的硼酸三异丙酯(Triisopropylborate)。在第二步骤中，例如借助CVD施加5至10nm[纳米]薄的隔层。在此可以例如使用下列氧化物：SiO2[二氧化硅]、B2O3[氧化硼]、Na2O[氧化钠]、KO[氧化钾]、Al2O3[氧化铝]。为此可以使用不同的前体，例如用于SiO2[二氧化硅]的正硅酸四乙酯(TEOS)、用于B2O3[氧化硼]的硼酸三乙酯、用于Na2O[氧化钠]的乙醇钠、用于Al2O3[氧化铝]的异丙醇铝、用于KO[氧化钾]的乙醇钾。在此也可以使用具有PbO[氧化铅]、Bi2O3[氧化铋]、P2O5[氧化磷]、ZnO[氧化锌]或SnO[氧化锡]的氧化物混合物，以便可以制造低温熔化的玻璃。为此可以例如使用下列前体：用于PbO[氧化铅]的三水合乙酸铅(II)、用于Bi2O3[氧化铋]的乙酸铋(III)、用于P2O5[氧化磷]的三氯化磷(Phosphortrichlorid)、用于ZnO[氧化锌]的乙酸锌(Zinkacetat)、用于SnO[氧化锡]的乙酸锡(Zinn(II)-acetat)。在隔层中也可以嵌入稀土元素氧化物，这类稀土元素氧化物又由前体例如异丙醇钕(III)和水合乙酸镝(III)得到。在第三步骤中，借助CVD布设软磁性相的薄层、例如FeCo[铁、钴]、FeSi[铁、硅]或FeNi[铁、镍]，其来自前体、例如用于铁[Fe]的三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铁(III)、用于硅[Si]的四氯化硅、用于钴[Co]的(钴)双(环戊二烯)钴(II)和用于镍[Ni]的(镍)双(环戊二烯)镍(II)。接着布设由二元、三元或四元氧化物混合物构成的隔层，在另外的工艺过程中由这些氧化物混合物形成玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷相。层结构的次序一直重复直至达到希望的总厚度。在此，产生硬磁性层和软磁性层始终交替地依次出现的层结构，硬磁性层和软磁性层分别由隔层彼此隔开。
第五实例是类似于前述第四实例的混合磁体。唯一的不同在于不同层的次序和数量。作为硬磁性层和软磁性层始终交替布置的代替，多个软磁性层或多个硬磁性层也可以依次出现，多个软磁性层之间或多个硬磁性层之间同样可以分别被隔层隔开。也就是说，由相同材料构成的相邻层成组地存在。
以下根据附图详细阐述本发明及技术领域。附图示出特别优选的实施例，但本发明不局限于这些实施例。尤其应当指出，附图和尤其示出的尺寸比例仅是示意性的。尤其地仅示出较小数量的颗粒和层，这些颗粒和层足以清楚地显示按照本发明的构思。在附图中：
图1是由已涂覆的粉末制造的混合磁体在烧结前的中间产品的横剖面的示意图，
图2是图1中的混合磁体在烧结后的横剖面的示意图，
图3是用涂覆技术制造的混合磁体的示意图，
图4是用涂覆技术制造的另外的混合磁体的横剖面的示意图，
图5是制造方法的第一实施方式的流程图，
图6是制造方法的第二实施方式的流程图。
图1示出混合磁体1的中间产品，其具有硬磁性层13和软磁性层14。硬磁性层13(基本上)由硬磁性颗粒2构成。硬磁性颗粒2(仅)由硬磁性材料5构成。软磁性层14(基本上)由软磁性颗粒3构成，软磁性颗粒3自身(仅)由软磁性材料6构成。软磁性材料6通过阴影线示出。硬磁性颗粒2和软磁性颗粒3分别具有由磁性钝化材料7构成的涂层4。涂层4具有涂层厚度8。硬磁性颗粒2和软磁性颗粒3分别近似地具有直径12，在该实施方式中所有的硬磁性颗粒2和所有的软磁性颗粒3的直径12相同。此外，相邻的层之间的距离标记为层厚度19。在此，硬磁性层13具有硬磁性层厚度33，并且软磁性层14具有软磁性层厚度16，软磁性层厚度16不必与硬磁性层厚度33相同。宽度20是混合磁体1垂直于测量层厚度19的方向的尺寸。混合磁体1在图1中作为通过层结构的横剖面示出，其中，示出对混合磁体半成品进行烧结前的情况，因此硬磁性颗粒2、软磁性颗粒3和涂层4本身还能被识别出。同样也标明加设的外部磁场11，外部磁场11引起硬磁性颗粒2的取向和软磁性颗粒3的磁化。在此，颗粒2和3中的箭头34表示磁化的方向。外部磁场11是均匀的并且包围整个坯体17的体积。
图2示出压制和烧结后的图1中的混合磁体1。由硬磁性颗粒2和软磁性颗粒3的涂层4产生由磁性钝化材料7构成的基质体9。基质体9以及硬磁性颗粒2和软磁性颗粒3共同形成烧结坯件10。烧结坯件10由硬磁性颗粒2和软磁性颗粒3以及涂层4通过压制和烧结产生。烧结坯件10构成混合磁体1的坯体17。由硬磁性材料5构成的硬磁性颗粒2构成了硬磁性层13。硬磁性颗粒2是硬磁性层13的局部区域，所述局部区域在层平面内由构成基质体9的磁性钝化材料7彼此隔开。由软磁性材料6构成的软磁性颗粒3构成了软磁性层14。在硬磁性层13与软磁性层14之间有隔层15，隔层15在该实施方式中成为基质体9的一部分。这尤其涉及混合磁体的前三个实例。
图3示出由使用涂覆技术的制造方法得到的混合磁体1。混合磁体1包括坯体17，坯体17包括由硬磁性材料5构成的硬磁性层13、由软磁性材料6构成的软磁性层14和由磁性钝化材料7构成的隔层15。软磁性材料6通过阴影线示出。隔层15具有隔层厚度18。硬磁性层13和软磁性层14具有层厚度19，在该实施方式中，所有的层的层厚度19相同。同样也示出混合磁体1的宽度20。此外标明外部磁场11，制造混合磁体1期间可以加设外部磁场11。图3尤其涉及混合磁体的上述第四实例。
图4示出混合磁体1的另外的实施方式。与图3相比仅示例性地示出不同的层次序。因此，在此同种材料的相邻的层也成组地呈现。图4尤其涉及混合磁体的上述第五实施例。图4中示出的具有同种材料的经编组的层的适配层结构也可以应用于根据前三个实例的混合磁体。在这种混合磁体中也可以设置经编组的层。
图5示出制造方法的上述第一实施方式。在配方制备22中，根据构件和材料要求(尤其关于磁性性质、例如剩磁和矫顽力以及关于温度性质、例如转变温度)选择和提供用于制造方法的起始材料。随后在粉末提供23中将起始材料粉末化。这例如利用常规技术实现。在随后的涂覆24中例如用一次涂覆或多次涂覆对粉末颗粒进行涂覆。此外以由粉末构造层结构25的方式逐层构造生坯件。可选地接着(在有磁场或无磁场的情况下)进行压制26产生压制坯件。最后对生坯件进行烧结27、可选地进行退火28、可选地进行后处理29并且可选地进行磁化30。制造方法的第一实施方式尤其适用于混合磁体的前三个实例。
图6示出制造方法的上述第二实施方式。首先实施先前为图5描述的配方制备22。随后构造层结构31和用涂覆技术32制造层，层的制造可以选择在磁场中进行。最后如先前进行烧结27、可选地进行退火28、可选地进行后处理29并且可选地进行磁化30。制造方法的第二实施方式尤其适用于混合磁体的第四和第五实例。
上述说明表明，所建议的制造方法和/或混合磁体至少部分地克服关于现有技术所述的技术问题。尤其提供了一种具有改良的磁性、机械和/或热性质的混合磁体。
附图标记列表
1 混合磁体
2 硬磁性颗粒
3 软磁性颗粒
4 涂层
5 硬磁性材料
6 软磁性材料
7 磁性钝化材料
8 涂层厚度
9 基质体
10 烧结坯件
11 外部磁场
12 直径
13 硬磁性层
14 软磁性层
15 隔层
16 软磁性层厚度
17 坯体
18 隔层厚度
19 层厚度
20 宽度
21 层
22 配方制备
23 粉末提供
24 涂覆
25 由粉末构造层结构
26 压制
27 烧结
28 退火
29 后处理
30 磁化
31 构造层结构
32 用涂覆技术制造层
33 硬磁性层厚度
34 磁化方向

Claims (15)

1.一种用于制造混合磁体(1)的方法，至少包括以下方法步骤：
A)制造由硬磁性材料(5)构成的硬磁性层(13)，
B)制造由软磁性材料(6)构成的软磁性层(14)，和
C)制造由磁性钝化材料(7)构成的隔层(15)，
其中，通过分别多次应用方法步骤A)、B)和C)使混合磁体(1)成型，所述混合磁体(1)具有层结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在方法步骤A)、B)和C)中的至少一个方法步骤中应用涂覆技术。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，方法步骤A)至少包括以下子步骤：
A1)提供具有由硬磁性材料(5)构成的硬磁性颗粒(2)的硬磁性粉末，
其中，方法步骤B)至少包括以下子步骤：
B1)提供具有由软磁性材料(6)构成的软磁性颗粒(3)的软磁性粉末，
其中，方法步骤C)至少包括以下子步骤：
C1)用至少一个由磁性钝化材料(7)构成的涂层(4)对硬磁性颗粒(2)或软磁性颗粒(3)中的至少之一进行涂覆，
并且其中，所述方法还包括以下方法步骤：
D)按照方法步骤A)、B)和C)使构成所述混合磁体(1)的坯体(17)成型；和
E)对所述坯体(17)进行烧结，其中，使用足够高的温度，以使所述涂层(4)变形为包围硬磁性颗粒(2)和软磁性颗粒(3)的基质体(9)，
其中，在整个方法过程期间，不超过用于硬磁性材料(5)的烧结温度和用于软磁性材料(6)的烧结温度，并且其中，在方法步骤E)中，超过磁性钝化材料(7)的烧结温度。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述涂层(4)具有处于1nm至300nm范围的涂层厚度(8)。
5.根据权利要求3或4之一所述的方法，其中，在方法步骤D)与E)之间将所述坯体(17)压制成压制坯件(10)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，压制在外部磁场(11)中进行。
7.根据权利要求5或6之一所述的方法，其中，至少间歇地用超声波对硬磁性颗粒(2)和软磁性颗粒(3)施加作用。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述隔层(15)具有处于1nm至300nm范围的隔层厚度(18)。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在外部磁场(11)中对混合磁体(1)进行磁化。
10.一种混合磁体(1)，具有由多个层(21)构成的层结构，其中，所述层(21)中的至少一个是硬磁性层(13)并且所述层(21)中的至少一个是软磁性层(14)，并且其中，相邻的层(21)由磁性钝化材料(7)隔开。
11.根据权利要求10所述的混合磁体(1)，其中，每个硬磁性层(13)均由硬磁性颗粒(2)构成，其中，每个软磁性层(14)均由软磁性颗粒(3)构成，并且其中，硬磁性颗粒(2)和软磁性颗粒(3)被基质体(9)包围。
12.根据权利要求11所述的混合磁体(1)，其中，硬磁性颗粒(2)和软磁性颗粒(3)具有处于0.2μm至250μm范围的直径(12)。
13.根据权利要求11或12所述的混合磁体(1)，其中，构成所述基质体(9)的磁性钝化材料(7)是下列材料之一：玻璃、玻璃陶瓷、金属玻璃或陶瓷。
14.根据权利要求10至13之一所述的混合磁体(1)，其中，每个层(21)均具有层厚度(19)和宽度(20)，并且其中，对于每个层(21)，所述宽度(20)均相当于至少十倍的层厚度(19)。
15.根据权利要求10至14之一所述的混合磁体(1)，其中，所述层(21)垂直于混合磁体(1)的磁化方向(34)取向。
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