发明内容
本发明的目的在于提供一种钕铁硼磁体组件的粘接方法,其可以进一步改善绝缘粘接层的一致性。进一步地,该粘接方法所得产品的稳定性好,有利于大规模生产。
本发明提供一种钕铁硼磁体组件的粘接方法,包括如下步骤:
(1)提供N片钕铁硼磁体,并在第1~(N-1)片钕铁硼磁体的表面形成绝缘层;其中,N为大于等于3的自然数;
(2)在所述绝缘层上涂布粘接剂得到待粘接磁体;
(3)在所述待粘接磁体中,将第1片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面与第2片钕铁硼磁体未涂布粘接剂的表面叠加,以此类推,依次叠加,直至第(N-1)片钕铁硼磁体;再将第N片钕铁硼磁体叠加在第(N-1)片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面,从而得到叠加磁体组;将所述叠加磁体组加压,并固化形成粘接层;
其中,各个绝缘层厚度δ1为1~50μm,各个粘接层厚度δ2为50~85μm;相邻两片钕铁硼磁体之间的绝缘层和粘接层的总厚度δ=δ1+δ2,δ小于100μm;总厚度δ的极差为δmax-δmin,且小于10μm。
根据本发明的粘接方法,优选地,δ小于85μm,且总厚度δ的极差小于等于5μm。
根据本发明的粘接方法,优选地,相邻两片钕铁硼磁体之间的绝缘层和粘接层的总电阻R大于100MΩ;总电阻R的极差为Rmax-Rmin,且小于等于5MΩ。
根据本发明的粘接方法,优选地,还包括如下步骤:在步骤(1)之前,将N片钕铁硼磁体的待粘接表面的污物清理或清洗干净。
根据本发明的粘接方法,优选地,所述绝缘层通过如下步骤形成:在第1~(N-1)片钕铁硼磁体的表面涂布绝缘胶,然后在50~200℃下处理0.5~4h,形成所述绝缘层。
根据本发明的粘接方法,优选地,所述绝缘胶包括树脂成分和0.5~6wt%的固体颗粒,所述绝缘胶的树脂成分选自环氧树脂、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种,且所述绝缘胶的固体颗粒的平均粒度D50为12~19μm。
根据本发明的粘接方法,优选地,在步骤(2)中,所述粘接剂包括树脂成分和0.5~6wt%的固体颗粒,所述粘接剂的树脂成分选自环氧树脂、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种,且所述粘接剂的固体颗粒的平均粒度D50为12~19μm。
根据本发明的粘接方法,优选地,所述粘接剂的粘度小于15000mPa·s。
根据本发明的粘接方法,优选地,在步骤(3)中,将所述叠加磁体组在粘接方向施加0.01~0.1MPa的压力。
根据本发明的粘接方法,优选地,在步骤(3)中,将加压的叠加磁体组在50~200℃下固化0.5~4h,形成所述粘接层。
本发明通过在钕铁硼磁体表面形成绝缘层,然后通过粘接方式将具有绝缘层的钕铁硼磁体粘接在一起。这样可以明显改善绝缘粘接层的一致性。根据本发明优选的技术方案,通过添加固体颗粒,可以进一步改善绝缘粘接层的一致性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明中,D50表示一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。
在本发明中,D97表示一个样品的累计粒度分布百分数达到97%时所对应的粒径。D97常用来表示粉体粗端的粒度指标。
本发明的钕铁硼磁体组件包括钕铁硼磁体、绝缘层和粘接层。绝缘层和粘接层将各个钕铁硼磁体间隔开,并保持绝缘状态。例如,将多片钕铁硼磁体通过绝缘层和粘接层沿非取向方向粘结在一起,从而形成钕铁硼磁体组件。现有技术中,一般不存在绝缘层和粘接层,仅仅包括一层绝缘粘接层。本发明将绝缘层和粘接层分别成型,意外地发现可以改善不同钕铁硼磁体之间胶缝的一致性,亦即可以改善绝缘层和粘接层整体的一致性。不同绝缘层和粘接层整体之间的性能差异较小。例如,厚度差异较小;又如,电阻差异较小。
本发明的钕铁硼磁体通常为烧结钕铁硼磁体,可以采用本领域常规的磁体,也可以采用CN105185501A、CN107464684A等专利文献公开的方法获得这些磁体。根据本发明的一个实施方式,以原子百分比计,钕铁硼磁体中含有14%的PrNd合金(Pr占25%、Nd占75%)、0.1%的Al、1.5%的Co、1%的Dy、0.1%的Cu、0.2%的Nb、5.9%的B和余量的Fe。
本发明的钕铁硼磁体组件的粘接方法包括如下步骤:(1)绝缘层形成步骤;(2)粘接剂涂布步骤;(3)粘接层形成步骤;还可以包括步骤(1)之前的表面处理步骤。本发明首先形成绝缘层,然后再形成粘接层,这样可以显著改善绝缘粘接层的一致性。
在表面处理步骤中,将N片钕铁硼磁体的待粘接表面的污物清理或清洗干净。将钕铁硼磁体加工成片状结构,然后在非取向的表面(待粘接表面)进行清洗。可用酒精、异丙醇等脱脂溶液进行多次擦拭,直至油污及油脂擦干净。然后放入超声波清洗机,清洗1~10分钟,优选5~8分钟。取出后吹干,用酒精、异丙醇等脱脂溶液擦拭干净。在本发明中,非取向表示非磁场取向的方向。这样处理后的磁体有利于形成均匀的绝缘层。
在绝缘层形成步骤中,提供N片钕铁硼磁体,并在第1~(N-1)片钕铁硼磁体的表面形成绝缘层;其中,N为大于等于3的自然数。各个绝缘层厚度δ1为1~50μm,优选为5~35μm,更优选为10~25μm。
本发明的绝缘层可以通过如下步骤形成:在第1~(N-1)片钕铁硼磁体的表面涂布绝缘胶,然后在50~200℃下处理0.5~4h,形成所述绝缘层。
绝缘胶的涂布方式可以为点胶机涂布或手动喷涂。点胶机涂布可以增加胶缝一致性。涂布完成后进行热处理。处理温度优选为60~190℃,更优选为90~160℃。处理时间优选为1~3h,更优选为1~2h。
本发明的绝缘胶含有树脂成分,例如94~99.5wt%的树脂成分。该树脂成分可以选自环氧树脂、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种;优选为环氧树脂和酚醛树脂中的一种或多种。绝缘胶的粘度可以小于15000mPa·s,优选为5000~15000mPa·s。环氧树脂的实例包括但不限于4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物。酚醛树脂的实例包括但不限于酚醛环氧树脂,例如F-44型酚醛环氧树脂。
在某些实施方案中,本发明的绝缘胶包括4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物和酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)。根据本发明的一个实施方式,树脂成分包括75~85wt%、优选80~85wt%的4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,1~2.5wt%、优选1~2wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,0.1~1wt%、优选0.5~0.8wt%的2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物和10~25wt%、优选15~20wt%的酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)。根据本发明的一个实施方式,4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物的用量为82.5wt%。2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷的用量为2wt%。2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物的用量为0.5wt%。酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)的用量为15wt%。采用上述绝缘胶有利于进一步改善绝缘性和胶缝一致性。
本发明的绝缘胶可以含有0.5~6wt%的固体颗粒,优选为0.8~5wt%的固体颗粒,更优选为1~3wt%的固体颗粒。固体颗粒的存在可以使得在一定挤压下绝缘层不容易变形,从而保证绝缘层的一致性,进而保证绝缘层和粘接层整体的一致性。固体颗粒可以为玻璃珠、石英粉、石灰石粉或滑石粉;优选为玻璃珠或石英粉。这样可以保证产品的稳定性好,有利于大规模生产。固体颗粒的平均粒度D50可以为12~19μm,优选为13~18μm,更优选为16~17μm。合适的平均粒度有利于保证绝缘层厚度的一致性。在某些实施方案中,固体颗粒的粒度D97可以为12~19μm,优选为13~18μm,更优选为16~17μm。这样更加有利于保证绝缘层厚度的一致性。
在粘接剂涂布步骤中,在所述绝缘层上涂布粘接剂得到待粘接磁体。绝缘胶的涂布方式可以为点胶机涂布或手动喷涂,优选为点胶机涂布。
本发明的粘接剂含有树脂成分,例如94~99.5wt%的树脂成分。该树脂成分可以选自环氧树脂、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种;优选为环氧树脂和酚醛树脂中的一种或多种。粘接剂的粘度可以小于15000mPa·s,优选为5000~15000mPa·s。环氧树脂的实例包括但不限于4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物。酚醛树脂的实例包括但不限于酚醛环氧树脂,例如F-44型酚醛环氧树脂。
在某些实施方案中,本发明的粘接剂包括4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物和酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)。根据本发明的一个实施方式,树脂成分包括75~85wt%、优选80~85wt%的4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物,1~2.5wt%、优选1~2wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷,0.1~1wt%、优选0.5~0.8wt%的2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物和10~25wt%、优选15~20wt%的酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)。根据本发明的一个实施方式,4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物的用量为82.5wt%。2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷的用量为2wt%。2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物的用量为0.5wt%。酚醛环氧树脂(例如F-44型酚醛环氧树脂)的用量为15wt%。采用上述粘接剂有利于进一步改善绝缘性和胶缝一致性。
本发明的粘接剂可以含有0.5~6wt%的固体颗粒,优选为0.8~5wt%的固体颗粒,更优选为1~3wt%的固体颗粒。固体颗粒的存在可以使得在一定挤压下粘接层不容易变形,从而保证粘接层的一致性,进而保证绝缘层和粘接层整体的一致性。固体颗粒可以为玻璃珠、石英粉、石灰石粉或滑石粉;优选为玻璃珠或石英粉。这样可以保证产品的稳定性好,有利于大规模生产。固体颗粒的平均粒度D50可以为12~19μm,优选为13~18μm,更优选为16~17μm。合适的平均粒度有利于保证粘接层厚度的一致性。在某些实施方案中,固体颗粒的粒度D97可以为12~19μm,优选为13~18μm,更优选为16~17μm。这样更加有利于保证粘接层厚度的一致性。
根据本发明的一个实施方式,在步骤(2)中,所述粘接剂包括树脂成分,所述树脂成分选自环氧树脂、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种,并含有0.5~6wt%的固体颗粒,且所述固体颗粒的平均粒度D50为12~19μm。优选地,所述粘接剂的粘度小于15000mPa·s。
在粘接层形成步骤中,在所述待粘接磁体中,将第1片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面与第2片钕铁硼磁体未涂布粘接剂的表面叠加,以此类推,依次叠加,直至第(N-1)片钕铁硼磁体;再将第N片钕铁硼磁体叠加在第(N-1)片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面,从而得到叠加磁体组。也就是说,在相邻的两个磁体之间形成绝缘层和粘接层构成的胶缝,两端的磁体表面仅有一侧具有绝缘层及粘接层,另一侧用于夹具的夹持。
将所述叠加磁体组加压,并固化形成粘接层。各个粘接层厚度δ2可以为50~85μm,优选为55~80μm,更优选为60~75μm。将所述叠加磁体组在粘接方向施加0.01~0.1MPa,优选为0.02~0.09MPa,更优选为0.03~0.08MPa的压力。合适的压力有利于避免固体颗粒破碎,并改善粘接层的一致性。将叠加磁体组放入烘箱烘烤。例如,将加压的叠加磁体组在50~200℃下固化0.5~4h,形成所述粘接层。固化温度优选为60~190℃,更优选为90~160℃。固化时间优选为1~3h,更优选为1~2h。
将固化后的叠加磁体组降到室温,从烘箱取出。切割加工至目标尺寸,得到钕铁硼磁体组件。
采用本发明的方法获得的钕铁硼磁体组件中,相邻两片钕铁硼磁体之间的绝缘层和粘接层的总厚度δ=δ1+δ2,δ小于100μm;优选地,δ小于85μm;更优选地,δ小于等于83μm。总厚度δ的极差为δmax-δmin,且小于10μm;优选地,总厚度δ的极差小于等于5μm;更优选地,总厚度δ的极差小于等于3μm。
采用本发明的方法获得的钕铁硼磁体组件中,相邻两片钕铁硼磁体之间的绝缘层和粘接层的总电阻R大于100MΩ;总电阻R的极差为Rmax-Rmin,且小于等于5MΩ,优选地小于等于3MΩ,更优选地,小于等于1MΩ。本发明通过粘接方式将具有绝缘层的钕铁硼磁体粘接在一起,明显改善了绝缘粘接层的一致性。
下面介绍本发明的测试方法。
随机抽取单批和10批组件进行厚度和绝缘性的检测。厚度用显微镜放大测量,绝缘性采用电阻测试仪测定。
下面介绍本发明的原料。
树脂成分:由82.5wt%的4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物(CAS号:25068-38-6),2wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亚甲基)]双环氧乙烷(CAS号:2425-79-8),0.5wt%的2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与氯甲基环氧乙烷的聚合物(CAS号:30499-70-8)和15wt%的F-44型酚醛环氧树脂(CAS号:9003-36-5)组成。
将平均粒度D50为15μm的玻璃珠与上述树脂成分混合均匀,得到粘接剂。粘接剂中玻璃珠的质量百分含量为1wt%,粘度小于15000mPa·s。该粘接剂也作为绝缘胶使用。
实施例1
如图1所示,本发明的钕铁硼磁体组件包括钕铁硼磁体1,绝缘层2和粘接层3。将稀土永磁钕铁硼磁体加工成片状结构的钕铁硼磁铁1,在钕铁硼磁铁1的非取向面形成一层绝缘层2,在绝缘层2上形成一层粘接层3。多个钕铁硼磁铁1依次通过绝缘粘接层(绝缘层2和粘接层3)粘接在一起。下面详细描述制备工艺。
将N(为大于等于3的自然数)片钕铁硼磁体相对的两个非取向表面用酒精进行多次擦拭,直至油污及油脂擦干净,再放入超声波清洗机清洗5分钟,取出后吹干,用酒精擦拭干净。
将清洗后的钕铁硼磁体的一个清洗面朝上水平放置,用点胶机涂布一层上述粘接剂(作为绝缘胶),在150℃烘干1h,得到厚度为10μm左右的绝缘层。
将烘干后的钕铁硼磁体具有绝缘层的表面朝上水平放置,用点胶机涂布一层上述粘接剂。
将第1片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面与第2片钕铁硼磁体未涂布粘接剂的表面叠加,以此类推,依次叠加,直至第(N-1)片钕铁硼磁体;再将第N片钕铁硼磁体叠加在第(N-1)片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面,从而得到叠加磁体组。将所述叠加磁体组加压,在粘接方向上施加0.05MPa的压力,将叠加磁体组在150℃固化1h,降至室温,形成厚度为70μm左右的粘接层。将粘接的钕铁硼磁体组件进行切割加工,做成目标尺寸。详细性能参见表1。
表1
实施例2
将N(为大于等于3的自然数)片钕铁硼磁体相对的两个非取向表面用酒精进行多次擦拭,直至油污及油脂擦干净,再放入超声波清洗机清洗5分钟,取出后吹干,用酒精擦拭干净。
将清洗后的钕铁硼磁体的一个清洗面朝上水平放置,手动喷涂一层实施例1的粘接剂(作为绝缘胶),在150℃烘干1h,得到厚度为10μm左右的绝缘层。
将烘干后的钕铁硼磁体具有绝缘层的表面朝上水平放置,手动喷涂一层实施例1的粘接剂。
将第1片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面与第2片钕铁硼磁体未涂布粘接剂的表面叠加,以此类推,依次叠加,直至第(N-1)片钕铁硼磁体;再将第N片钕铁硼磁体叠加在第(N-1)片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面,从而得到叠加磁体组。将所述叠加磁体组加压,在粘接方向上施加0.05MPa的压力,将叠加磁体组在150℃固化1h,降至室温,形成厚度为70μm左右的粘接层。将粘接的钕铁硼磁体组件进行切割加工,做成目标尺寸。详细性能参见表2。
表2
对比例1
将N(为大于等于3的自然数)片钕铁硼磁体相对的两个非取向表面用酒精进行多次擦拭,直至油污及油脂擦干净,再放入超声波清洗机清洗5分钟,取出后吹干,用酒精擦拭干净。
将清洗后的钕铁硼磁体的一个清洗面朝上水平放置,手动喷涂一层上述粘接剂。
将第1片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面与第2片钕铁硼磁体未涂布粘接剂的表面叠加,以此类推,依次叠加,直至第(N-1)片钕铁硼磁体;再将第N片钕铁硼磁体叠加在第(N-1)片钕铁硼磁体涂布有粘接剂的表面,从而得到叠加磁体组。将所述叠加磁体组加压,在粘接方向上施加0.05MPa的压力,将叠加磁体组在150℃固化1h,降至室温,形成厚度为80μm左右的绝缘粘接层。将粘接的钕铁硼磁体组件进行切割加工,做成目标尺寸。详细性能参见表3。
表3
将实施例1和2以及对比例1的总厚度及总电阻进行归纳,详见下表。由表可知,本发明的方法明显改善了绝缘粘接层的厚度一致性。此外,绝缘一致性也得到了改善。
表4
本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。