CN110364348A - 稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置。本发明提供能够提高Sm‑Fe‑N系稀土磁体的磁特性、特别是矫顽力的制造方法和用于其的制造装置。稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置，该制造方法包括：将含有Sm、Fe和N的磁性材料原料粉末与含有金属Zn的改良材料粉末混合，得到混合粉末；将上述混合粉末填充到成型模中，得到填充物；在使上述填充物负载20MPa以下的压力的同时或者在无加压下将上述填充物中的上述改良材料粉末的至少一部分熔融，得到中间成型物；和用20MPa以上的压力对上述中间成型物进行液相烧结，得到烧结体。

Description

稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置
技术领域
本公开涉及稀土磁体、特别是含有Sm、Fe和N的稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置。
背景技术
作为高性能稀土磁体，Sm-Co系稀土磁体和Nd-Fe-B系稀土磁体已实用化，近年来正在研究它们以外的稀土磁体。
例如，研究了含有Sm、Fe和N的稀土磁体(以下有时称为“Sm-Fe-N系稀土磁体”。)。就Sm-Fe-N系稀土磁体而言，认为N以侵入型固溶于Sm-Fe晶体中。Sm-Fe-N系稀土磁体作为居里温度高、高温(150～300℃)磁特性优异的稀土磁体为人所知。
也在研究Sm-Fe-N系稀土磁体的改良。例如，在专利文献1中公开了如下尝试：将含有Sm、Fe和N的磁性粉末与金属Zn粉末混合并成型，对该成型体进行热处理，以提高矫顽力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-201628号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1中所公开的稀土磁体(以下有时称为“专利文献1的稀土磁体”。)使用采用冷喷雾法制造的磁粉。在专利文献1的稀土磁体中，有时磁特性、特别是矫顽力不充分。认为这起因于制造方法。由此本发明人发现了如下课题：关于Sm-Fe-N系稀土磁体，希望有能够提高磁特性、特别是矫顽力的制造方法。
本公开为了解决上述课题而完成，目的在于提供能够提高Sm-Fe-N系稀土磁体的磁特性、特别是矫顽力的制造方法和用于其的制造装置。
用于解决课题的手段
本发明人为了实现上述目的，反复认真研究，完成了本公开的稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置。其方案如下所述。
〈1〉稀土磁体的制造方法，其包括：
将含有Sm、Fe和N的磁性材料原料粉末与含有金属Zn的改良材料粉末混合，得到混合粉末；
将所述混合粉末填充到成型模中，得到填充物；
在使所述填充物负载20MPa以下的压力的同时或者在无加压下将所述填充物中的所述改良材料粉末的至少一部分熔融，得到中间成型物；和
以20MPa以上的压力对所述中间成型物进行液相烧结，得到烧结体。
〈2〉〈1〉项所述的方法，其中，所述磁性材料原料粉末含有由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相，其中，R为选自Sm以外的稀土元素以及Y和Zr中的1种以上，i为0～0.50，j为0～0.52，并且h为1.5～4.5。
〈3〉〈1〉或〈2〉项所述的方法，其中，所述磁性材料原料粉末的氧含量为1.05质量％以下。
〈4〉〈1〉～〈3〉项中任一项所述的方法，其中，所述改良材料粉末的平均粒径为20μm以下。
〈5〉〈1〉～〈4〉项中任一项所述的方法，其中，将所述混合粉末填充到所述成型模中，在磁场中进行压粉，得到经磁场取向的填充物。
〈6〉稀土磁体的制造装置，是在〈1〉～〈5〉项中任一项的方法中使用的稀土磁体的制造装置，其具备：填充所述混合粉末的成型模、将所述成型模加热的加热器、以及使所述填充物和所述中间成型物负载压力的加压构件，所述成型模具备：具有贯通孔的主模、和从所述贯通孔的两端在所述贯通孔的轴向上可滑动地插入的冲模，所述加热器设置在所述主模的外周，并且所述加压构件与所述冲模的至少一个连结。
〈7〉〈6〉项所述的装置，其中，所述主模和所述冲模的至少一部分由碳化钨制成。
〈8〉〈6〉或〈7〉项所述的装置，其中，在所述主模中设置有温度传感器。
〈9〉〈6〉～〈8〉项中任一项所述的装置，其中，所述加热器包含感应加热线圈。
〈10〉〈6〉～〈9〉项中任一项所述的装置，其中，所述加压构件包含液压缸和电动缸中的至少一者。
〈11〉〈6〉～〈10〉项中任一项所述的装置，其中，在所述成型模的外部还具备电磁线圈。
发明效果
根据本公开，在混合粉末中的改良材料粉末的至少一部分熔融的状态下使混合粉末负载烧结压力，从而该熔融物起到润滑剂和/或缓冲材料的作用，在液相烧结时能够减小混合粉末中的磁性材料原料粉末的粒子所负载的应力。其结果，能够提供抑制磁性材料原料粉末的磁特性因应力的负载而劣化，可提高Sm-Fe-N系稀土磁体的磁特性、特别是矫顽力的制造方法和用于其的制造装置。
附图说明
图1为示出本公开的制造装置的一个形态的示意图。
图2为示出准备实施例1～2的试样时的、加热和加压方式的说明图。
图3为示出准备比较例1～2的试样时的、加热和加压方式的说明图。
图4为示出对实施例1～2和比较例1～2的试样测定了矫顽力的结果的坐标图。
图5为对于实施例3～7和比较例3～9的试样示出主模温度T与矫顽力的关系的坐标图。
图6为对于实施例3～12和比较例3～4的试样示出主模温度T与矫顽力的关系的坐标图。
图7为对于实施例13～35和比较例10～19的试样示出主模温度T与矫顽力的关系的坐标图。
附图标记说明
10 成型模
12 主模
14a、14b 冲模
16 贯通孔
18 温度传感器
20 加热器
30 加压构件
40 电磁线圈
100 制造装置
具体实施方式
以下对本公开涉及的、稀土磁体的制造方法及用于其的制造装置的实施方式进行说明。应予说明，以下所示的实施方式并不限定本公开的稀土磁体的制造方法及用于其的制造装置。
在本公开的稀土磁体的制造方法及用于其的制造装置中，使用含有Sm、Fe和N的磁性材料原料粉末与含有金属Zn的改良材料粉末的混合粉末。关于含有Sm、Fe和N的磁性材料原料粉末，已知其粉末粒子负载应力时，磁特性劣化。而且，负载的应力越大，磁特性越容易劣化。特别是，磁性材料原料粉末的温度为100℃以上时，如果其粉末粒子负载应力，则磁特性的劣化显著。
Sm-Fe-N系稀土磁体是将混合粉末成型而制造，因此为了提高磁特性，优选使成型得到的磁体的密度提高。为了使磁体的密度提高，提高成型压力是有效的。但是，如上所述，磁性材料原料粉末的粒子负载较大的应力时，磁特性容易劣化。因此，即使提高成型压力来提高磁体的密度，多数情况下也得不到所期望的磁特性，特别是所期望的矫顽力。
关于将混合粉末成型，本发明人发现了如下的见解。
作为将混合粉末成型的方法，可列举出液相烧结。在本说明书中，液相烧结是指在混合粉末中的磁性材料原料粉末没有熔融、改良材料粉末的至少一部分熔融的状态下将混合粉末烧结。
将混合粉末液相烧结时，使混合粉末负载液相烧结所需大小的压力(以下有时称为“烧结压力”。)。在现有的制造方法中，在开始使混合粉末负载烧结压力的同时，开始加热混合粉末。因此，在从开始使混合粉末负载烧结压力时起直至达到混合粉末中的改良材料粉末的至少一部分熔融的温度的期间，在混合粉末中不存在液相。因此，认为混合粉末中的磁性材料原料粉末的粒子负载较大的应力，其结果磁特性劣化。
因此，本发明人发现：直至混合粉末中的改良材料粉末的至少一部分熔融，一边使混合粉末负载混合粉末中的磁性材料原料粉末的磁特性不发生劣化的程度的压力一边加热混合粉末、或者在无加压下加热混合粉末为宜。并发现：在混合粉末中的改良材料粉末的至少一部分熔融的状态下，即使使混合粉末负载烧结压力，熔融物也起到润滑剂和/或缓冲材料的作用，从而能够减小混合粉末中的磁性材料原料粉末的粒子负载的应力。
以下对根据目前为止所述的发现等完成的、本公开的稀土磁体的制造方法及用于其的制造装置的构成要素进行说明。
《制造方法》
首先，对本公开的稀土磁体的制造方法(以下有时称为“本公开的制造方法”。)进行说明。
〈混合工序〉
本公开的制造方法中，将磁性材料原料粉末与改良材料粉末混合，得到混合粉末。
磁性材料原料粉末含有Sm、Fe和N。在磁性材料原料粉末中，例如，可含有由组成式(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相。采用本公开的制造方法得到的稀土磁体(以下有时称为“产物”。)由于磁性材料原料粉末中的磁性相而显现出磁特性。应予说明，i、j和h为摩尔比。
在磁性材料原料粉末中的磁性相中，在不阻碍本公开的制造方法的效果及其产物的磁特性的范围内，可含有R。这样的范围由上述组成式的i表示。i例如可为0以上、0.10以上、或0.20以上，可为0.50以下、0.40以下、或0.30以下。R为选自Sm以外的稀土元素以及Y和Zr中的1种以上。本说明书中，所谓稀土元素，为Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。
在磁性材料原料粉末中的磁性相中，在不阻碍本公开的制造方法的效果及其产物的磁特性的范围内，可含有Co。这样的范围在上述组成式中由j表示。j可以为0以上、0.10以上、或0.20以上，可以为0.52以下、0.40以下、或0.30以下。
磁性相通过N以侵入型存在于由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17表示的晶粒中，从而有助于磁特性的显现和提高。因此，h优选1.5以上，更优选2.0以上，进一步优选2.5以上。另一方面，h优选4.5以下，更优选4.0以下，进一步优选3.5以下。
关于(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh，典型地，R在Sm2(Fe(1-j)Coj)17Nh的Sm的位置进行置换，但并不限于此。例如，R的一部分可以以侵入型配置于Sm2(Fe(1-j)Coj)17Nh。
另外，关于(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh，典型地，Co在(Sm(1-i)Ri)2Fe17Nh的Fe的位置进行置换，但并不限于此。例如，Co的一部分可以以侵入型配置于(Sm(1-i)Ri)2Fe17Nh。
进而，关于(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh，h可取1.5～4.5，典型地，为(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3。相对于(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh总体，(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3的含量优选70质量％以上，更优选80质量％以上，进一步优选90质量％。另一方面，(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh可以不全部是(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3。相对于(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh总体，(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3的含量可以为98质量％以下、95质量％以下、或92质量％以下。
磁性材料原料粉末除了由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相以外，在不阻碍本公开的制造方法的效果及产物的磁特性的范围内，可含有氧和M1。从确保产物的磁特性的观点出发，相对于磁性材料原料粉末总体，由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相的含量可以为80质量％以上、85质量％以上、或者90质量％以上。另一方面，相对于磁性材料原料粉末总体，即使不过度地提高由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相的含量，在实用上也没有问题。因此，其含量可以为97质量％以下、95质量％以下、或者93质量％以下。由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相的余量为氧和M1的含量。
作为M1，是在基本上没有降低磁特性的情况下提高产物的特定特性的元素和不可避免的杂质元素。作为提高特定特性的元素，可列举出选自Ga、Ti、Cr、Zn、Mn、V、Mo、W、Si、Re、Cu、Al、Ca、B、Ni和C中的1种以上。所谓不可避免的杂质元素，是指在制造磁性材料原料粉末等时其含有不可避免或者为了避免而招致制造成本的显著上升的杂质元素。
在本公开的制造方法中，在磁性材料原料粉末中混合改良材料粉末。磁性材料原料粉末中的氧被改良材料粉末吸收，从而能够提高产物的磁特性、特别是矫顽力。磁性材料原料中的氧的含量可在制造工序中考虑改良材料粉末吸收磁性材料原料中的氧的量来确定。作为磁性材料原料粉末的氧含量，相对于磁性材料原料粉末总体，优选低含量。例如，优选2.00质量％以下，更优选1.34质量％以下，进一步优选1.05质量％以下。另一方面，极度地降低磁性材料原料粉末中的氧的含量会招致制造成本的增加。由此，相对于磁性材料原料粉末总体，磁性材料原料粉末的氧的含量可以为0.1质量％以上、0.2质量％以上、或者0.3质量％以上。
对磁性材料原料粉末的平均粒径并无特别限制。磁性材料原料粉末的平均粒径例如可以为1μm以上、5μm以上、或者10μm以上，可以为1000μm以下、500μm以下、100μm以下、50μm以下、或者30μm以下。在本说明书中，只要无特别说明，平均粒径为投影面积圆当量直径的平均。
改良材料粉末含有金属Zn。在改良材料粉末中，在不阻碍本公开的制造方法的效果和产物的磁特性的范围内，可含有金属Zn以外的元素。这样的元素典型地为过渡金属元素和氧(O)。
改良材料粉末中的氧的含量越低，越容易吸收磁性材料原料粉末中的氧。因此，就改良材料粉末中的氧含量而言，相对于改良材料粉末总体，可以为1.0质量％以下、0.5质量％以下、0.3质量％以下、或者0.1质量％以下。另一方面，相对于改良材料粉末总体，过度地降低改良材料粉末中的氧含量招致制造成本的增加。从该观点出发，相对于改良材料粉末总体，改良材料粉末中的氧含量可以为0.01质量％以上、0.03质量％以上、或者0.05质量％以上。再有，改良材料粉末中的氧可以是氧化物，也可以吸附于其他元素。
在改良材料粉末中，Zn和氧以外的元素可以为25.0质量％以下、20.0质量％以下、10.0质量％以下、5.0质量％以下、3.0质量％以下、或1.0质量％以下。另一方面，在改良材料粉末中，相对于改良材料粉末总体，过度地降低Zn和氧以外的元素的含量招致制造成本的增加。从该观点出发，在改良材料粉末中，相对于改良材料粉末总体，Zn和氧以外的元素的含量可以为0.1质量％以上、0.5质量％以上、或0.8质量％以上。
而且，改良材料粉末的金属Zn含量优选70.0质量％以上。如此，容易获得本公开的制造方法的效果，产物的磁特性也难以劣化。从该观点出发，优选改良材料粉末的金属Zn含量多，可以为80.0质量％以上、90.0质量％以上、95.0质量％以上、或98.0质量％以上。另一方面，即使改良材料粉末不全是金属Zn，也能够获得本发明的效果。从该观点出发，改良材料粉末的金属Zn的含量可以为99.5质量％以下、99.0质量％以下、或98.5质量％以下。应予说明，在本说明书中，金属Zn是指未与Zn以外的金属元素合金化的Zn。
可适当地确定改良材料粉末的粒径以使在混合粉末的状态下改良材料粉末的粒子容易侵入磁性材料原料粉末的粒子间。由此能够提高产物的磁特性、特别是矫顽力。从该观点出发，改良材料粉末的平均粒径优选20μm以下，更优选10μm以下，进一步优选5μm以下。另一方面，如果改良材料粉末的粒径过度地小，则改良材料粉末的粒子聚集，反而改良材料粉末的粒子变得难以侵入磁性材料原料粉末的粒子间。从抑制聚集的观点出发，改良材料粉末的平均粒径优选1μm以上，更优选2μm以上，进一步优选3μm以上。
就改良材料粉末的配合量而言，相对于混合粉末总体，优选Zn成分为1～20质量％。如果Zn成分为1质量％以上，则能够基本上确认到改良材料粉末吸收磁性材料原料粉末中的氧的效果。不受理论约束，通过金属Zn成为Zn的氧化物，从而吸收磁性材料原料粉末中的氧。另外，在液相烧结时，能够基本上确认到作为润滑剂和/或缓冲材料的作用。从氧吸收以及润滑剂和/或缓冲材料的观点出发，Zn成分更优选10质量％以上，进一步优选15质量％以上。另一方面，如果Zn成分过剩，则产物中残留的Zn成分增加，相应地，磁性相减少，其结果，磁特性降低。从抑制磁特性降低的观点出发，Zn成分更优选18质量％以下，进一步优选16质量％以下。
对磁性材料原料粉末与改良材料粉末的混合中所使用的混合机并无特别限制。作为混合机，可列举出碾滚轮式混合机、搅拌器式混合机、机械融合机、V型混合器和球磨机等。V型混合器是如下装置：具备将2个筒型容器连结成V型而成的容器，通过旋转该容器，容器中的粉末利用重力和离心力反复集合与分离，从而进行混合。
在改良材料粉末中大量地含有柔软的金属Zn。由此，在磁性材料原材料粉末与改良材料粉末的混合中，磁性材料原料粉末的粒子的表面被金属Zn被覆。如果被覆金属Zn，则磁性材料原料粉末中的氧容易被吸收到金属Zn中。另外，润滑剂和/或缓冲材料的作用也提高。从金属Zn的被覆的观点出发，更优选使用V型混合器，进一步优选使用球磨机。再有，在使用球磨机的情况下，在混合后当然将球从混合粉末中除去。
〈填充工序〉
将混合粉末填充到成型模，得到填充物。作为填充物的形态，可得到将混合粉末填充到成型模的模腔中而直接得到的填充物，也可将混合粉末填充到成型模的模腔，在磁场中进行压粉，得到经磁场取向的填充物。或者，可将混合粉末填充到成型模的模腔，在非磁场中进行压粉，将该压坯作为填充物。
作为在磁场中进行压粉的方法，可以是在制造磁体时一般进行的方法。施加的磁场例如可以为0.3T以上、0.5T以上或0.8T以上，也可以是3.0T以下、2.0T以下或1.5T以下。
为了避免磁性材料原料粉末的粒子负载过大的应力而使磁特性劣化，关于压粉时的压力，只要可进行磁场取向，较小为宜。另外，如上所述，当磁性材料原料粉末的温度为100℃以上时，如果磁性材料原料粉末的粒子负载应力，则磁特性的劣化显著。因此，压粉温度优选80℃以下，更优选50℃以下，进一步优选室温。本说明书中，室温是指25℃。在不到100℃下，压粉时的压力例如可为50MPa以上、80MPa以上、或120MPa以上，也可为1000MPa以下、500MPa以下、或250MPa以下。
〈中间成型工序〉
使填充物负载不到20MPa的压力，同时将填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融，从而得到中间成型物。在中间成型物中，改良材料粉末的至少一部分熔融，磁性材料原料粉末为固相的状态(未熔融的状态)。只要得到中间成型物，则对填充物的加压和加热方法并无特别限制。例如可列举出使用加热过的成型模对填充物负载压力等。
填充物含有磁性材料原料粉末。如上所述，磁性材料原料粉末的粒子负载应力时，磁特性劣化。特别是，当磁性材料原料粉末的温度为100℃以上时，如果该粉末粒子负载应力，则磁特性的劣化显著。
在Sm-Fe-N系稀土磁体的制造中，对混合粉末进行液相烧结。因此，混合粉末的温度成为100℃以上。因此，首先，使填充物负载20MPa以下的压力。只要压力为20MPa以下，即使磁性材料原料粉末的粒子负载应力，磁特性的劣化也处于基本上没问题的范围。只要能够使填充物中的磁性材料原料粉末与改良材料粉末在都为固相的状态下密合，从极力避免磁特性的劣化的观点出发，压力较低为宜。例如，压力优选15MPa以下，更优选10MPa以下，进一步优选5MPa以下，可以为无加压。所谓无加压，是指填充物中的粒子彼此基本上密合、填充物中的粒子未负载应力的状态。
由于Zn的熔点为419.5℃，因此填充物的温度到达419.5℃时，填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融，另一方面，磁性材料原料粉末仍为固相的状态。因此，中间成型物呈半熔融物的状态。
如果填充物的温度为419.5℃以上，则改良材料粉末的至少一部分熔融。从该观点出发，可以为425.0℃以上、430.0℃以上、440.0℃以上、450.0℃以上、或460.0℃以上。另一方面，如果填充物的温度为500℃以下，则能够抑制：磁性材料原料粉末中的磁性相分解、N从磁性相分离。从该观点出发，填充物的温度可以为495℃以下、490℃以下、485℃以下、或480℃以下。对于将填充物的温度控制为这样的温度的方法将后述。
加热填充物的时间可根据填充体的质量等适当地确定。例如，在填充物的至少一部分开始熔融后，可以为1分钟以上、3分钟以上、或5分钟以上，也可以为60分钟以下、45分钟以下、30分钟以下、或20分钟以下。
为了防止填充物和中间成型物的氧化，优选在非活性气体气氛中加热填充物和中间成型物。非活性气体气氛中包含氮气气氛。
〈液相烧结工序〉
以20MPa以上的压力对中间成型物进行液相烧结，得到烧结体。液相烧结例如可如下所述进行。使中间成型物负载20MPa以上的压力，将固相状态的磁性材料原料粉末的粒子与至少一部分已熔融的状态的改良材料粉末保持为密合的状态。然后，在使中间成型物负载20MPa以上的压力的状态下，将中间成型物冷却到Zn的熔点以下从而固化，得到烧结体。保持温度与中间成型工序中的填充物的温度相同。烧结体为采用本公开的制造方法得到的Sm-Fe-N系稀土磁体、即、产物。
在中间成型物中，改良材料粉末的至少一部分已熔融，因此即使将20MPa以上的压力负载于中间成型物，熔融物也起到润滑剂和/或缓冲材料的作用，能够减小中间成型物中的磁性材料原料粉末的粒子所负载的应力。其结果，能够在不使磁性材料原料粉末的磁特性、特别是矫顽力劣化的情况下提高烧结体、即、产物的密度。其结果能够提高产物的磁特性、特别是矫顽力。
从提高产物的密度的观点出发，负载于中间成型物的压力较大为宜。因此，负载于中间成型物的压力优选100MPa以上，更优选1000MPa以上，进一步优选2000MPa以上。另一方面，即使将过剩的压力负载于中间成型物，产物的密度提高效果也饱和。另外，由于负载过剩的压力，成型模的寿命缩短。从避免负载过剩的压力的观点出发，负载于中间成型物的压力优选50000MPa以下，更优选10000MPa以下，进一步优选5000MPa以下。
进行液相烧结的时间可根据中间成型物的质量等适当地确定，例如可以为1分钟以上、3分钟以上、或5分钟以上，也可以为120分钟以下、60分钟以下、30分钟以下、20分钟以下、或10分钟以下。
《制造装置》
接下来，对本公开的制造方法中使用的制造装置(以下有时称为“本公开的制造装置”或“制造装置”。)进行说明。
图1为示出本公开的制造装置的一个形态的示意图。本公开的制造装置100具备成型模10、加热器20和加压构件30。以下对成型模10、加热器20和加压构件30分别进行说明。
〈成型模〉
成型模具备主模12和冲模14a、14b。主模12具有贯通孔16。从贯通孔16的两端插入冲模14a、14b。在图1中所示的形态中，贯通孔16的形状为圆筒型，但只要冲模14a、14b可在贯通孔16的轴向滑动，并不限于此。再有，贯通孔16的轴向为图1的上下方向。
贯通孔16的两端用冲模14a、14b塞住，形成模腔。向该模腔填充混合粉末。如此，将混合粉末填充到成型模10中。
在图1所示的形态中，冲模14a为可动模，冲模14b为固定模，但并不限于此，可以冲模14a、14b两者均为可动模。即，只要冲模14a、14b中的至少一者为可动模即可。另外，作为固定模的冲模可与主模12成为一体。
在图1所示的形态中，在成型模10的外部还具有电磁线圈40。利用电磁线圈40，使在成型模10的模腔内产生磁场，能够得到经磁场取向的填充物。
在中间成型工序中，滑动冲模14a，使填充物中的磁性材料原料粉末与改良材料粉末密合。由此，改良材料粉末的熔液容易侵入磁性材料原料粉末的粒子间。在液相烧结工序中，通过滑动冲模14a，使中间成型物中的改良材料粉末的熔液与磁性材料原料粉末密合，从而提高液相烧结性。由此，产物的密度提高。其结果，产物的磁特性、特别是矫顽力提高。
在中间成型工序中，在改良材料粉末的至少一部分熔融的温度下保持填充物。另外，在液相烧结工序中，在改良材料的至少一部分熔融的温度下保持中间成型物后，将中间成型物冷却，能够得到烧结体。烧结体的温度为380℃以下、360℃以下、或340℃以下、或300℃以下时，即使将烧结体从成型模10中取出，烧结体也难以变形等。
典型地，通过测定和控制成型模10的温度来实现填充物和中间成型物的温度控制，但并不限于此。
作为在没有测定和控制成型模10的温度的情况下控制填充物和中间成型物的温度的方法，例如可列举出如下方法等：预先测定加热器20的输出及该输出下的经过时间(加热时间)与填充物和中间成型物的温度的关系，制作校正曲线。在该方法中，根据该校正曲线，控制加热器20的输出及该输出下的经过时间(加热时间)。
在通过测定和控制成型模10的温度来实现填充物和中间成型物的温度控制的情况下，考虑加热器20的位置以及主模12和冲模14a、14b的材质来适当地确定温度传感器的设置位置等。
例如，在图1所示的形态中，在主模12的外周设置有加热器20。主模12位于靠近加热器20的位置，因此主模12能够从加热器20获得大量的热能。就主模12从加热器20获得的热能而言，在加热器20为感应加热线圈的情况下，为感应加热能量，在加热器20为电阻加热器的情况下，为放射热(辐射热)能量。
另一方面，冲模14a、14b位于与加热器20分离开的位置，因此冲模14a、14b难以从加热器20获得热能。因此，用主模12将填充物和/或中间成型物加热，用冲模14a、14b将填充物和/或中间成型物冷却。
主模12和冲模14a、14b优选由可耐受液相烧结中的高温和高压的材质制成。从来自加热器20的热能容易传导到填充物和/或中间成型物的观点出发，优选主模12由热导率高的材料制成。由此，主模12的温度上升与填充物和/或中间成型物的温度上升的时滞变小。
另一方面，从使填充物和/或中间成型物不过度地冷却的观点出发，优选冲模14a、14b用热导率低的材料制成。但是，如果热导率过低，填充物和/或中间成型物容易过热(overheat)。由此出发，优选主模12的热导率与冲模14a、14b的热导率并非差异巨大。例如，主模12的热导率可为冲模14a、14b的热导率的0.5～1.5倍。
为了高效率地加热填充物和/或中间成型物并且减小上述的时滞和过热(overheat)，本公开的制造装置例如可为如下的形态。即，可以是：加热器20为感应加热线圈，加热器20设置在主模12的外周，主模12和冲模14a、14b由碳化钨制成，并且温度传感器18设置于主模12。温度传感器18典型地为热电偶。
在上述的形态中，为了保持填充物和/或中间成型物中的改良材料粉末的至少一部分熔融的状态，主模12的温度可以为450℃以上、460℃以上、470℃以上。另一方面，为了抑制填充物和/或中间成型物中的磁性相分解，主模12的温度可以为500℃以下、490℃以下、或480℃以下。
〈加热器〉
加热器20将成型模10加热。在图1的形态中，将加热器20设置于主模12的外周，主要加热主模12，但并不限于此。作为加热器20的种类，例如可列举出感应加热线圈、电热加热器和红外线加热器以及它们的组合等。从高效率地加热主模12的观点出发，加热器20优选感应加热线圈。
〈加压构件〉
加压构件30经由冲模14a、14b将压力负载于填充物和中间成型物。在中间成型工序中，将压力负载于填充物，在液相烧结工序中，将压力负载于中间成型物。再有，在无加压下得到中间成型物的情况下，当然不使填充物负载压力。
在图1所示的形态中，加压构件30只与冲模14a连结，但并不限于此，可使加压构件30与冲模14a、14b两者连结。即，加压构件30可与冲模14a、14b中的至少一者连结。
作为加压构件30，可列举出液压缸和电动缸以及它们的组合。例如，可以是冲模14a、14b中的一者为液压缸，另一者为电动缸。即，加压构件30可包含液压缸和电动缸中的至少一者。
作为液压缸，可列举出油压缸和气压缸等。从用大的压力进行液相烧结的观点出发，优选油压缸。从精密地控制压力的观点出发，优选电动缸。
实施例
以下通过实施例和比较例对本公开的稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置更具体地进行说明。应予说明，本公开的稀土磁体的制造方法及用于其的制造装置并不受以下的实施例中使用的条件限定。
《试样的准备》
使用图1中所示的形态的制造装置，准备Sm-Fe-N系稀土磁体的试样。主模12和冲模14a、14b用碳化钨制作，温度传感器18设置于主模12。通过测定和控制主模12的温度，从而控制填充物和中间成型物(试样)的温度。再有，在试样的准备前，预先考察主模12的温度以及填充物和中间成型物(试样)的温度，结果主模12的温度比填充物和中间成型物高5～10℃。因此，在主模12的温度(后述的图2的温度T)为400℃和425℃时，在中间成型工序中，改良材料粉末的至少一部分没有熔融。
〈实施例1～2〉
使用V型混合器将磁性材料原料粉末和改良材料粉末混合15分钟，得到了混合粉末。关于磁性材料原料粉末，相对于磁性材料原料粉末总体，Sm2Fe17N3的含量为98质量％以上，氧的含量为1.34质量％，关于改良材料粉末，使用金属Zn粉末，相对于改良材料粉末总体，氧的含量为0.032质量％。磁性材料原料粉末的粒径为3μm。改良材料粉末的粒径为20μm。以相对于混合粉末总体，Zn成分成为15质量％的方式配合磁性材料原料粉末与改良材料粉末。
将磁性材料原料粉末与改良材料粉末的混合粉末1.0g在室温的磁场中进行压粉，成为直径10mm和高2mm的圆柱形状，得到了经磁场取向的填充物。应用磁场为1.0T，成型压力为100MPa。
将填充物收容于成型模10中，在无加压下使用加热器20将主模12加热，从而使填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融，得到了中间成型物，之后对该中间成型物进行液相烧结，得到了烧结体。将这样得到的烧结体作为实施例1～2的试样。图2示出准备实施例1～2的试样时的、加热和加压方式。图2中所示的温度为主模12的温度。另外，在图2中所示的加热和加压方式中，各条件的具体的数值记载于表1中。
〈比较例1～2〉
除了将填充物收容于成型模10中，使用加热器20开始加热主模12的同时，对填充物施加液相烧结所需的压力以外，与实施例1～2同样地制作了试样。图3示出准备比较例1～2的试样时的、加热和加压方式。图3中所示的温度为主模12的温度。另外，图3中所示的加热和加压方式中，各条件的具体的数值记载于表1中。
〈实施例3～7〉
除了将混合粉末2.0g填充到成型模10(没有进行磁场取向)，得到了填充物以及设为表1中记载的各条件以外，与实施例1～2同样地准备了实施例3～7的试样。
〈比较例3～9〉
除了将混合粉末2.0g填充到成型模10(没有进行磁场取向)，得到了填充物以及设为表1中记载的各条件以外，与比较例1～2同样地准备了比较例3～9的试样。
〈实施例8～12〉
除了相对于磁性材料原料粉末总体，氧的含量为1.05质量％以及设为表1中记载的各条件以外，与实施例3～7同样地准备了实施例8～12的试样。
〈实施例13～36和比较例10～19〉
除了设为表2的各条件以外，与实施例1～2同样地准备了实施例13～36和比较例10～19的试样。实施例13～36和比较例10～19的试样均是采用图2的加热和加压方式准备试样，但在主模12的温度T为400℃和425℃的情况下，由于改良材料粉末的至少一部分没有熔融，因此将这些试样作为比较例。
《评价》
对于各试样，测定了矫顽力(Hcj)剩余磁化(Bj)。测定使用东英工业株式会社制造的脉冲式BH描迹器和振动试样型磁力计(VSM)进行。测定在室温下进行。
将结果示于表1和表2中。
对于表1的实施例1～2和比较例1～2的试样，将矫顽力的测定结果汇总于图4中。由图4能够确认：在实施例1～2的试样中，即使使用经磁场取向的填充物，由于在无加压下将填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融而得到中间成型物，之后对该中间成型物进行液相烧结，因此矫顽力也提高。
另外，对于表1的实施例3～7和比较例3～9的试样，将矫顽力的测定结果汇总于图5中。由图5能够确认：如果主模12的温度为450℃以上，由于在无加压下将填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融而得到中间成型物，因此通过对该中间成型物进行液相烧结，矫顽力提高。
而且，对于表1的实施例3～12和比较例3～4的试样，将矫顽力的测定结果根据磁性材料原料粉末的氧含量以及加热和加压方式进行分层，汇总于图6中。
图6中，“1.05％、图2的方式”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.05质量％，用图2中所示的方式加热和加压”。另外，“1.34％、图2的方式”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.34质量％，用图2中所示的方式加热和加压”。而且，“1.34％、图3的方式”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.34质量％，用图3中所示的方式加热和加压”。
由图6能够确认：如果主模12的温度为450℃以上并且用图2中所示的方式加热和加压，则将填充物中的改良材料粉末的至少一部分熔融而得到熔融物，得到该熔融物后进行液相烧结时，矫顽力提高。进而能够确认：磁性材料原料粉末的氧含量越少，矫顽力越进一步提高。
除此之外，对于表2的实施例13～35和比较例10～19的试样，将矫顽力的测定结果根据磁性材料原料粉末的氧含量和改良材料粉末的平均粒径进行分层，汇总于图7。
在图7中，“1.34％、5μm”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.34质量％，改良材料粉末的平均粒径为5μm”。另外，“1.34％、10μm”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.34质量％，改良材料粉末的平均粒径为10μm”。而且，“1.34％、65μm”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.34质量％，改良材料粉末的平均粒径为65μm”。进而，“1.05％、5μm”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.05质量％，改良材料粉末的平均粒径为5μm”。此外，“1.05％、10μm”这样的记载表示“磁性材料原料粉末的氧含量为1.05质量％，改良材料粉末的平均粒径为10μm”。
由图7可知，改良材料粉末的平均粒径为65μm时，矫顽力提高效果降低。认为这是因为，改良材料粉末的粒径较大时，难以将磁性材料原料粉末包围，其结果，润滑剂和/或缓冲材料效果降低，磁性材料原料粉末中的氧难以被改良材料粉末的金属Zn吸收。
由这些结果能够确认本公开的稀土磁体的制造方法和用于其的制造装置的效果。

Claims (11)

1.稀土磁体的制造方法，其包括：
将含有Sm、Fe和N的磁性材料原料粉末与含有金属Zn的改良材料粉末混合，得到混合粉末；
将所述混合粉末填充到成型模中，得到填充物；
在使所述填充物负载20MPa以下的压力的同时或者在无加压下将所述填充物中的所述改良材料粉末的至少一部分熔融，得到中间成型物；和
以20MPa以上的压力对所述中间成型物进行液相烧结，得到烧结体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁性材料原料粉末含有由(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh表示的磁性相，其中，R为选自Sm以外的稀土元素以及Y和Zr中的1种以上，i为0～0.50，j为0～0.52，并且h为1.5～4.5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述磁性材料原料粉末的氧含量为1.05质量％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，所述改良材料粉末的平均粒径为20μm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，将所述混合粉末填充到所述成型模中，在磁场中进行压粉，得到经磁场取向的填充物。
6.稀土磁体的制造装置，是在权利要求1～5中任一项所述的方法中使用的稀土磁体的制造装置，其具备：填充所述混合粉末的成型模、将所述成型模加热的加热器、以及使所述填充物和所述中间成型物负载压力的加压构件，
所述成型模具备：具有贯通孔的主模、和从所述贯通孔的两端在所述贯通孔的轴向上可滑动地插入的冲模，
所述加热器设置在所述主模的外周，并且
所述加压构件与所述冲模的至少一个连结。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述主模和所述冲模的至少一部分由碳化钨制成。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，在所述主模中设置有温度传感器。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的装置，其中，所述加热器包含感应加热线圈。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的装置，其中，所述加压构件包含液压缸和电动缸中的至少一者。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的装置，其在所述成型模的外部还具备电磁线圈。
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