CN1635981A - 制造烧结磁体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备烧结磁体的方法，包括制备烧结磁体用粉末的压制坯体，利用线状锯机加工压制坯体和烧结压制坯体的步骤。

Description

制造烧结磁体的方法
发明领域
本发明涉及一种制造烧结磁体的方法。
背景技术
稀土烧结磁体是通过下述方法制造的：粉碎稀土磁性合金(原料合金)变成合金粉末、压制合金粉末获得压制坯体、烧结压制坯体并且对烧结体进行时效处理、机加工和其它此类的加工。目前，稀土.钴型磁体和稀土-铁-硼型磁体作为两种类型的稀土烧结体广泛地用于各种应用领域。其中，稀土-铁-硼型磁体(本文所指的是“R-Fe-B型磁体”，其中R为至少一种选自由稀土元素和钇组成的组中的元素，Fe是铁，B是硼)越来越常见地被用于各种类型的电器，原因是R-Fe-B型磁体的磁能积高于任何其它各种类型的磁体并且相对廉价。可用过渡金属元素比如Co替代部分Fe。也可用碳替代高达一半的硼。
为了制造具有所需形状的烧结磁体，首先利用压力机对R-Fe-B型稀土磁体粉末(即，稀土合金粉末)进行压制，从而获得尺寸大于最终磁体产品的压制坯体。对压制坯体进行烧结，并且利用渗碳锯条或旋转研磨机等对所得到的烧结体进行研磨或切割，使得烧结体具有所需要的尺寸。例如，首先将烧结体加工成块状，然后用锯条等将块状切割成多块烧结体片。
稀土合金磁体的烧结体、比如R-Fe-B型磁体非常坚硬而且很脆，并且具有很大的机加工载荷。因此，高精度研磨该烧结体费事且耗时。由此机加工成为增加生产成本和生产时间的主要原因。
为了解决上面的问题，已经建议在烧结前对压制坯体进行研磨，例如，日本公开专利出版物No.8-64451和No.8-181028。
日本公开专利出版物No.8-64451公开了一种利用旋转研磨机或旋转电刷斜切压制坯体以获得弓形铁磁体的技术。如果将此技术应用于很容易氧化的R-Fe-B型磁体用的压制坯体中，可能会产生下面的问题。在旋转研磨机或旋转电刷与压制坯体之间产生摩擦热，并且由此可引起压制坯体中的稀土元素和铁与气氛中的氧和水的快速反应。结果更糟的是可能会出现压制坯体的燃烧。即使避免了这种不利的情况，也将会恶化磁体的磁性能。
日本公开专利出版物No.8-181028公开了一种防止压制坯体在机加工过程中氧化的技术，其中，将压制坯体浸渍于矿物油、合成油或植物油中，并且在被浸渍状态下利用转动叶片对其进行切割。
该技术不可缺少地需要在切割之后和烧结之前从压制坯体去除矿物油或其它物质的工艺步骤。如果去油污不充分，则含在油中的碳在烧结工艺中成为杂质，这就恶化了磁性能。
另外，在利用锯条等切割时，压制坯体需要很大的切割间隙，这降低了材料的收率。
发明概述
为了解决上述问题，本发明优选实施方式提供了一种机加工载荷大大降低并且压制坯体中产成的热量最小的制造烧结磁体的方法。
根据本发明的优选实施方式，制造烧结磁体的方法包括步骤：制备烧结磁体用粉末的压制坯体、利用线状锯对压制坯体进行机加工并且烧结压制坯体。
在本发明特别优选的实施方式中，线状锯包括外径范围约0.05mm至约3.0mm的线和固定在线上的研磨颗粒。
在本发明另一优选实施方式中，压制坯体的机加工步骤包括将压制坯体切割成多个部分的步骤。
压制坯体的机加工步骤优选包括：通过使压制坯体相对于线状锯移动形成切割面的同时切割压制坯体的步骤，和使线状锯再沿着该切割面相对移动的步骤。
压制坯体机加工步骤中的相对运动优选在水平面上进行，并且此方法还包括在基本上垂直的方向上，使切割压制坯体步骤中获得的多个部分(part)分离的步骤。
该方法优选还包括在压制坯体机加工步骤之后，对多个部分之间的间隙使用抗熔合粉末的步骤。
在本发明优选实施方式中，压制坯体的机加工步骤在氧浓度摩尔比约5％至约18％范围内的惰性气氛中进行。
在本发明另一优选实施方式中，利用切割液(或液体润滑剂)进行压制坯体的机加工步骤，该切割液施加到与压制坯体接触的至少一部分切割线上。
切割液优选包括烃基有机溶剂。
烃基溶剂优选包括异链烷烃。
切割液优选为含有抗熔合粉末的分散体。
优选通过浸渍、滴加或喷射、或其它合适的方法将切割液施用于线状锯。
可以在切割液中对压制坯体进行机加工。
在本发明优选实施方式中，制备压制坯体的步骤包括向烧结磁体用粉末中添加润滑剂的步骤。
在本发明另一优选实施方式中，烧结磁体用粉末的剩磁范围为约0.001T至约0.1T。
在本发明另一优选实施方式中，烧结磁体用粉末为R-T-B型稀土合金粉末(R为至少一种选自由稀土元素和钇组成的组中的元素，T是包括铁的过渡金属元素，B是硼)。优选烧结磁体用粉末的平均粒度(FSSS粒度)范围为约2.0μm至约8.0μm。
通过对照附图对优选实施方式进行如下详述，使得本发明的特点、要素、特征、步骤和优点变得更加明显。
附图说明
图1为适用于本发明优选实施方式的线切割机的典型构造。
图2为一系列制造步骤的流程图，其中，本发明优选实施方式烧结之前压制坯体的切割不同于烧结体的常规切割。
图3为本发明优选实施方式中一实施例所用线切割的透视图。
图4为向烧结磁体用粉末添加切割液时所测的压制密度与机加工载荷的关系图。
图5为添加润滑剂时所测的线进给速度与机加工载荷的关系图。
图6为当添加润滑剂时所测的切割速度与机加工载荷的关系图。
图7A为烧结后切割面的剖面不规则性(波形)与压制密度间的关系图。
图7B为图7A切割面上波形测量范围(约32mm)的透视图。
图7C为图7A中波形的测量数据(步进数据)图。
图8为根据本发明优选实施方式进行线切割的压制坯体的优选烧结方法。
图9为包括适用于本发明优选实施方式的线切割机的压制加工系统的示意图。
图10为适用于本发明优选实施方式的另一线切割机的示意图。
图11为线切割机中压制体定位装置的分解透视图。
图12为适用于本发明优选实施方式3的线切割机40的示意图。
图13为适用于本发明优选实施方式3的线切割机50的示意图。
实施本发明的最好方式
根据本发明，在烧结前利用线状锯对烧结磁体用粉末的压制坯体进行机加工。线切割是加工压制坯体的一种技术，其中，以某一方向或相反方向运动的丝线压靠在待加工的压制坯体上，利用丝线和压制坯体之间存在的研磨颗粒来加工压制坯体。
本发明的发明人发现，在烧结前对易于氧化的稀土合金粉末的压制坯体进行加工时，利用上述的线切割可以避免当使用通常的旋转叶片或其它此类工具时所出现的热量生成和燃烧的问题。本发明是基于这个发现和其它发现而研究的。
在本发明优选实施方式中，优选使用研磨颗粒固定在其表面上的线。芯线优选由抗张强度高的材料制成。例如，芯线可由冷拔金属线(钢琴钢丝)、比如镍铬和铁镍的合金、比如钨和钼的高熔点金属或一束尼龙纤维制成。如果线过粗，则切割间隙大，这降低了材料的收率。相反，如果线过细，线可能因加工载荷而断裂。而且，增加了切割阻力，这可引起热量的生成和燃烧。考虑到上述原因，本发明优选实施方式所用的线的外径在约0.05mm至约3.0mm的范围内，更优选在约0.1mm至约1.0mm的范围内。本文使用的线状锯大多包括在切割方向上宽度约3.0mm或更小的切割元件，例如，该元件包括宽度(或高度)约3.0mm或更小的带锯。
研磨颗粒优选由高硬度的材料比如金刚石、碳化硅和氧化铝制成。粒度通常在约10μm至约1000μm的范围内。优选通过粘结层，比如树脂层将研磨颗粒固定在芯线的表面。可使用酚醛树脂、环氧树脂或聚酰亚胺树脂作为树脂层。树脂层的厚度优选约0.02mm至约1.0mm。
可使用金属层作为粘结层来代替树脂层固定研磨颗粒。例如，优选通过电沉积或电镀固定研磨颗粒的线(以下也称为“电镀颗粒线”)，因为其对锯末(粉末或泥)具有良好的去除效率。也就是说，当使用电镀颗粒线时，其研磨颗粒的突起量(研磨颗粒突出粘结层表面部分的高度)比使用通过树脂层固定研磨颗粒的线大。如果确保足够高的强度，可使用绞合线。使用绞合线可进一步提高锯末的去除效率。使用切割液来提高锯末去除效率的情况将在以后描述，基于耐切割液以及上述良好的去除效率考虑，应该优选使用电镀颗粒线。
研磨颗粒的平均粒度D优选满足关系30μm≤D≤1000μm。尤其优选满足关系40μm≤D≤200μm的。基于切割效率和锯末的去除效率考虑，在线切割运行方向上，相邻研磨颗粒间的平均距离优选范围为平均粒度D的约200％至约600％，其突起量优选在约15μm至约500μm的范围内。
在压制过程中，通过施加定向磁场使压制坯体磁化。甚至当对压制坯体进行退磁而去除磁化强度时，仍然保持约0.001T至约0.1T的剩磁。尽管可能进一步降低剩磁，但这增加了工艺步骤的数量，因而不是批量生产所希望的。由于压制坯体的剩磁，如果在利用线状锯切割压制坯体时的切割间隙很小，则锯末会附着在切割面上，从而使得压制坯体的切片难以相互分开。为避免此问题，优选切割间隙约0.1mm或更大。
也可使用没有研磨颗粒附着的线(无颗粒线)。但是，与使用表面固定有研磨颗粒的线(固定颗粒线)相比，当使用此类型的线时，锯末更不易去除并且相对容易地滞留在切割槽中。因此，由于上述的剩磁，造成附着在切割面上的锯末量更大。鉴于此因，优选使用固定颗粒的线，这易于分开压制坯体的切片。
在将压制坯体切割成多个片的过程中，线状锯可沿着刚刚形成的切割面再次移动以促进切割片的分离。通过线状锯沿着切割面的再次移动，可使得残留在压制坯体切割片之间的缝隙内的锯末去除，从而使切割片分离而不出现破损。优选在压制体切割片之间保持间隙以使线状锯沿着切割面再移动。
为了在切割过程中提高锯末的去除效率，可利用切割液来切割压制坯体，该切割液至少施用于线状锯与压制坯体接触的部分。通过向线状锯施用切割液，锯末更易附着在线状锯上，并且锯末颗粒也更易粘结在一起。因此，可从切割部分排出大量的附着在线状锯上的锯末。
注意到利用切割液可能更容易使机械强度低的非烧结压制体破裂。但是，本发明人在实验中未发现由于使用切割液而可能造成的强度降低使得收率降低。相反，使用切割液提高了锯末的去除效率，并且更有可能相互分开压制坯体的切割片。因此，大大地简化了生产工艺，并且大大地提高了产品收率。
例如，在切割顶面和底面具有不同曲率的弧形压制坯体时，对放置在支撑基座(垂直切割)上的压制坯体进行切割，使得在包括基本上垂直方向的平面上形成切割面。不需要经过切割片相互分离的工艺，就可以对压制坯体的切割片进行烧结。即使进行此直接烧结，压制体片之间的熔合概率也很低。因此，可保证足够高的产品收率。
优选使用非水性的切割液(有机溶剂或油基液体)作为切割液，以防止压制坯体的氧化。优选烃基有机溶剂作为切割液，该溶剂不易于以碳的形式残留在烧结磁体中。特别优选饱和烃基溶剂(例如，异链烷烃和普通石蜡)，因该类溶剂易于去除。另外，可使用抗熔合粉末分散于切割液的分散液，以确保更加有效地防止切割后的压制体片之间的熔合。
可通过浸渍、滴加或喷射、或其它方法向线状锯施用切割液。另外，可将压制坯体浸渍在切割液中，并且在浸渍状态下进行切割。
下面，参考有关附图对本发明各种优选实施方式进行描述。
图1所示为根据本发明优选实施方式1的线切割机的典型结构。所示的机器包括支撑待加工的压制坯体1以驱动其上下运动(以z-轴方向)的驱动器2和一系列辊3a、3b、3c和3d。
线状锯4成排地缠绕在辊3a和3d上，并且以与y-轴基本平行的方向运动，如上所述，该线状锯包括线和附着在线上的研磨颗粒。优选沿x-轴方向以基本均匀的间距排列线状锯4，排列的间距(线距)任意地取决于由块状压制坯体1切割而成的片的尺寸(厚度)。在本发明优选实施方式中，优选线间距约1mm至约30mm。
考虑到线的强度和切割间隙，优选用于线状锯4的线的外径在约0.05mm至约3.0mm的范围内。如果利用线状锯4来切割坚硬的烧结体，线将被施加约20N至约40N的较大张力。但根据本发明优选的实施方式，当对烧结前的软压制坯体1进行机加工时，线将被施加约0.1N至约10N的相对小的张力，因而切割阻力小。因此，甚至在具有较高氧浓度的气氛中切割和加工压制坯体时，也不会产生燃烧和氧化的问题。
在机加工过程中，可以向线状锯4施加作为切割液的有机溶剂，比如异链烷烃和酒精。如下文所述，不要求一定要施加切割液，但施加切割液可提高锯末的去除效率。
这里将线状锯4在y-轴方向的速度(Vy)称为“线进给速度”。压制坯体1被以预定的线进给速度运行的线状锯4所挤压，从而被切割/分割(切片)成多个片。线状锯4挤压压制坯体4的速度(Vz)，相当于所示实施例中在z-轴方向驱动器的驱动速度，本文称为“切割速度”。切割速度越高，所需要的机加工时间越短。
线进给速度和切割速度很大程度上受机加工载荷量的影响，这在下面描述的实施例中很明显。为了使机加工载荷在实际可行的范围内，优选切割速度的范围约30mm/min至约1200mm/min，更优选约30mm/min至约800mm/min。
线状锯4可沿固定方向运行或沿y-轴方向往复移动。在后一种情况下，可利用汽缸或其它合适的装置使得沿基本垂直的框架延伸的多根线在y-轴方向线性往复运动。可使用包括发动机和曲柄的装置来替代汽缸。
图2为一系列制造步骤的流程图，其中根据本发明优选实施方式在烧结之前对压制坯体的切割不同于烧结体的常规切割。如图2所示，在常规方法中，需要进行制备材料粉末、压制粉末粉体、烧结压制坯体、切割烧结体并且对烧结体切割片进行表面处理和其它步骤。在本发明优选实施方式的方法中，在烧结前对压制后的压制坯体进行切割，以制备形状和尺寸与最终磁体产品接近的压制体。因此，根据本发明优选实施方式，切割与烧结磁体相比非常软并且易于机加工的压制坯体。这大大节省了切割所需要的时间。
根据本发明优选实施方式，压制坯体与线状锯的接触面积比压制坯体与常规旋转叶片的接触面积小，因而由于摩擦而产生的热量极小。例如，在使用常规旋转叶片时接触面积约1000mm2至约10000mm2，而本发明优选实施方式的接触面积可降低到5mm2至约50mm2。因此，甚至当在通常的气氛中进行线切割加工时，也很可靠地防止了稀土合金粉末燃烧和氧化的问题。
但需要指出的是，为了进一步抑制磁体粉末的氧化并且维持较高的磁性能，当磁体粉末的氧浓度超过约3000ppm(重量)时，优选线切割加工在氧浓度摩尔比约10％至约15％的惰性气氛中进行。尤其当使用氧浓度低约3000ppm(重量)或更小的磁体粉末来生产压制坯体时，磁体粉末显示出极高的氧化反应性。因此，在此情形下，希望在氧浓度比上述范围更严格限制的环境中进行线切割加工(例如，在氧浓度摩尔比约2％或更小的惰性气氛中)。通过部分包围用于切割的机器，可将氧浓度控制在上述范围内，没有必要将线切割机周围与气氛完全隔离。因此，当在气体气氛中切割压制坯体时，优选控制气氛。
另外，当在上述的气体气氛中加工压制坯体时，优选在压制前向磁体粉末添加固体或切割液(例如，脂肪酯)。通过在粉末表面形成的润滑剂膜来防止粉末的氧化。制备压制坯体之后，可选择性地在加工之前用润滑剂充分地浸渍压制坯体。优选在此后烧结过程中易于从压制坯体去除的润滑剂作为此润滑剂。
在利用旋转叶片的常规切割中，切割间隙大(例如，宽约0.5mm或更大)并且会造成锯末有时作为尘粒从切割部分飞入环境中。如果该扬起的锯末燃烧则很危险。使用本发明优选实施方式的线切割，可大大地降低和消除锯末的飞扬，从而保证了安全生产。
本发明优选实施方式的线切割工艺可在有机溶剂、比如以异链烷烃代表的饱和烃基溶剂中以浸渍状态进行。此有机溶剂的油污容易被去除。因此，可以在常规的烧结工艺中去除压制坯体的油污，而不必提供特殊的去污工艺。因而不会出现有机溶剂中的碳使烧结磁体磁性能恶化的问题。
下面将描述本发明优选实施方式1的实施例。
在图3所示的实施例中，排列为三排的线状锯在气氛中对由低位向上运动的压制坯体进行切割。线状锯的外径(线直径)约0.24mm，线间距约5mm。通过利用已知的压制方法对磁体合金粉末(FSSS颗粒尺寸：约3.0μm至约3.2μm)进行压制而获得待加工的压制坯体，该合金包括约26质量％的Nd和Pr、约5质量％的Dy、约1质量％的B、约1质量％的Co、约0.2质量％的Al、约0.1质量％的Cu和余量的Fe。在压制过程中，磁体粉末在磁场中取向。所施加的磁场约1.2T。所获得的压制坯体大致为矩形，尺寸约为15mm高×41.7mm宽×66.2mm深。
确定压制坯体相对线切割的位置，以使得压制坯体与每根线的接触部分的长度约41.7mm。利用测压元件来测量加工载荷(向下施加的载荷)，该载荷是压制坯体上移过程中压制坯体受到的来自线切割的载荷。实验过程中，线的进给速度在约100m/min至约150m/min的范围内变化。切割速度在约150mm/min至约420mm/min的范围内变化。
图4为压坯密度与加工载荷之间的关系图。在图4的测量中，线进给速度约150m/min，切割速度约150mm/min。
由图4可看出，加工载荷随着压坯密度的提高而提高。但是，需要指出，如果压坯密度极低，则降低了压制坯体的强度并且易于引起裂纹和破损。为避免此问题，压坯密度优选最小约3.6g/cm3或更大。综合各种考虑，压坯密度优选在约3.8g/cm3至约5.0g/cm3的范围内。考虑到烧结后的磁体性能以及压制坯体裂纹和破损对收率的影响，压制坯体的密度更优选在约4.0g/cm3至约4.7g/cm3的范围内。磁体粉末(合金原料)的真实密度约7.5g/cm3。
图5为线进给速度与加工载荷之间的关系图。在此测量中，切割速度约150mm/min。图6为当添加上述润滑剂时所测得的切割速度与加工载荷之间的关系图。在此测量中，线进给速度约150m/min。
由图5可看出，加工载荷随着线进给速度的提高而降低。由图6可看出，加工载荷随着线切割速度的降低而降低。如果线进给速度和切割速度设置值不合适时，加工载荷则变得极大，从而可造成压制坯体的切割面粗糙。更具体的说，当加工载荷很大时，在切割面上形成锯痕，使得表面不平坦至可测量的水平。这导致了烧结后加工所需的工艺步骤数量的增加，并且也造成了切割之后压制坯体边缘破损概率的升高。
图7A为烧结后的切割面的剖面不规则性(“波形”或“表面粗糙度”)与压坯密度之间的关系图。在此测量中，线进给速度约150m/min，切割速度约150mm/min。图7B为切割面上波形测量范围(约32mm)的透视图，图7C为波形的测量数据(步进数据)图。图7A是在图7C数据的基础上绘制的。
从图7A中可看出，由于压坯密度较高(例如，约4.3g/cm3或更高)，烧结体的剖面不规则性得以改善。
下面将描述本发明优选实施方式中在烧结前切割压制坯体的实施例以及切割烧结体的对比例，以研究可提供最合适的剖面不规则性的切割速度和线进给速度。
                     表1
    切割速度(mm/min)     线进给速度(m/min)
    压制坯体的切割     150     150
    烧结体的切割     0.67     800
由表1明显看出，在根据本发明优选实施方式利用线切割来切割柔软的压制坯体时，即使在较低的线进给速度下，得到的切割速度也比对比例中的切割速度高约200倍。通过降低加工载荷提高了切割速度，从而缩短了加工时间。
下表2所示为根据本发明优选实施方式的实施例中烧结和研磨的尺寸变化。
                     表2
    压坯密度     压制体切割片的厚度(mm)     烧结体的厚度(mm)     磨光后的厚度(mm)
    4.1 4.76     3.43     3.33
    4.3     3.50     3.41
    4.5     3.56     3.45
利用线切割进行切割后直接得到的压制坯体切割片的厚度(图1中在x-轴方向的尺寸)约4.76mm，此值由线间距(约5mm)减去线的外径(约0.24mm)来确定。
通过烧结压制体片，其厚度降低近30％，进一步对烧结体磨光后，厚度降低约0.1mm。烧结后，压制坯体在压制过程中施加定向磁场方向的收缩最为明显。在此实施例中，在压制坯体的厚度方向施加磁场以对粉末进行取向。
在常规切割中，对已经烧结收缩的烧结体进行切割。因此，切割间隙与烧结体厚度的比值较大。相反，在根据本发明优选实施方式的切割中，对收缩前的压制坯体进行切割，当线的外径一样时，切割间隙与压制坯体厚度的比值相对要小。这可将因切割而浪费的材料量降至最小，从而有助于提高原料收率(使用效率)。
下面将参考图8描述线切割后的压制坯体的优选烧结方法(在烧结过程中排列压制体切割片的方法)。
如图8所示，如果用线切割分离的压制体片按照切割面紧密相对的方式进行烧结时，切割面倾向于相互熔合(或焊接)。当切割间隙很小时，熔合的问题更易发生。为了避免因烧结而产生的熔合，优选在切割面之间的缝隙内提供抗熔合粉末，比如氧化钇粉末。该抗熔合粉末并不局限于氧化钇粉末，可由不与磁体中稀土元素发生反应的任何材料制成。例如，可使用氧化铝和碳的粉末或片，或也可使用其它适合的材料。
采用线切割之后，可选择性地以宽距离放置压制体，或也可如图8底部所示单独进行烧结。在这些情况下，优选相邻压制体片之间的距离约0.1mm或更大。
图9所示为包含本发明优选实施方式2线切割机20的磁体粉末压制生产系统100的典型结构。
磁体粉末压制生产系统100包括压制机10和线切割机20。磁体粉末压制生产系统100还包括将压制坯体1从压制机10传送到线切割机20的传送带16、将切割后的压制体片1a从线切割机20传送到烧结箱50的传送带42、以及将压制坯体1从传送带16传送到线切割机20并将压制体片1a从线切割机20传送到传送带42的传送机30。
利用保护墙70密封磁体粉末压制生产系统100，以保证氮气替代空气，例如，至少降低线切割机20周围的氧浓度。在所示实施例中，保护墙70密封了从传送带16中部到烧结箱50的系统区域，向保护墙70密封的区域内输入氮气，以保证将氧浓度控制在上述范围内。
下面将描述磁体粉末压制生产系统100的操作。
压制机10包括上冲头14a、下冲头14b和冲模14c，以及运行这些部件的机构和控制机构(两者未示出)。利用料盒12使磁体粉末落入由冲模14c的通孔和下冲头14b的上表面确定的料腔中，以使料腔中充满磁体粉末。利用上下冲头14a和14b对粉末进行单轴压制来制备压制坯体1。压制机10也可具有磁路(未示出)，以保证在压制过程中向磁体粉末施加定向磁场。定向磁场的方向可与压制方向基本平行或基本垂直。压制机10也可利用磁路(未示出)来产生退磁磁场。
利用传送带16将压制机10制备的压制坯体1传送到保护墙70所密封的且装有线切割机20的区域内。可向传送带16提供磁路(未示出)产生退磁磁场，或者提供向压制坯体1喷射惰性气体比如氮气的机构以去除附着在压制坯体1上的磁体粉末。
在保护墙70密封的区域内，利用传送机30的臂34将压制坯体1传送到装在平台28上的线切割机20上，并且放在适当的位置。传送机30在轨道32上有两个臂34和36。臂34和36利用比如磁卡盘(磁吸引固定机构)来固定或释放压制坯体1或压制体切片1a。臂34和36独自垂直地运动，并且沿着轨道32运动。通过比如程序器来控制臂34和36的独立或联合操作。另外，臂34和36也可利用比如汽缸来夹住压制坯体1。
利用线切割机20将压制坯体1水平切割成多个下面将详细描述的压制体片1a。压制体定位装置22与线切割部件24相对运动，以利用线切割部件24的线状锯24b来切割压制坯体1。通过改变发动机26的转动速度可调节压制坯体1与线状锯24b的相对速度(切割速度)。臂34吸引并固定着所获得的多个压制体片1a，并将其移到平台28上的再加工位置(retreat position)。
通过每个压制体片的上表面，臂36一个接一个地吸引并固定着位于平台28再加工位置上的压制体片1a，并且将其一个接一个单独地传送到置于传送带42上的盘44中。在此优选实施方式中，压制坯体1被切割(切)成具有水平切割面。因此，通过将每个压制体片1a的上表面(或切割面)吸引至臂36并且基本垂直(在重力方向)地移动臂36，仅有与切割面垂直方向的力起作用，并且基本上不产生相对于切割面的剪切力。这防止了压制体片1a的破损。
将预定数量的压制体片1a放置在盘44中之后，利用传送带42将盘44传送到烧结箱50内。烧结箱50具有多个架子且每个架子由多个支撑条构成。通过升降梯60的垂直运动来调节架子的高度，以保证接受来自传送带42的盘44。
将预定数量的盘44放置在烧结箱50之后，烧结箱50被运送到烧结炉内。随后进行与优选实施方式1所述的类似工艺步骤，以完成烧结磁体的制造。
参考图10和11来描述优选实施方式2中线切割机20的结构和操作。
线切割机20包括压制体定位装置22和切割部件24。
如图11所示，压制体定位装置22具有底板22a、背板22b和两个侧板22c。背板22b具有容纳切割压制坯体1之后的线状锯的凹槽26。每个凹槽26的尺寸(宽和深)足够大，可完全容纳线状锯。如果没有凹槽26，接触背板22b的线状锯可能被垂直地移动和/或在背板22b和压制体片1a间形成缝隙，导致在切割压制坯体1的切割末端部分出现破损。两个侧板22c具有线状锯通过的切口23，通过切割工艺对压制坯体1和压制体切片1a进行分层。
将压制坯体1放置在压制体定位装置22的底板22a上，且夹在两个侧板22c之间，并且在由背板22b支撑的同时相对于切割部件24进行相对运动。背板22b和侧板22c利用比如汽缸(未示出)来固定压制坯体1，并在切割之后释放压制体片1a。
线切割部件24具有框架24a，其上的三根固定颗粒的线状锯24b如图10所示延伸。框架24a以可滑动方式连接于安装在平台28的轨道25上。框架24a连接于与发动机24c连接的曲柄24d，并且随着发动机24c的旋转而在如图10箭头A所示方向沿轨道25往复运动。
压制体定位装置22所固定的压制坯体1在如图10箭头B所示的方向相对于往复运动的线状锯24b作相对运动。具体的说，线状锯24b沿着压制体定位装置22的侧板22c中的切口移动，最终抵达背板22b的凹槽，从而将压制坯体1切割成多个压制体片1a。随后，在线状锯24b往复运动的同时，仍然固定着压制体片1a的压制体定位装置22以相反的方向运动(退却)(见图10的箭头B)。通过线状锯24b沿着切割面(多个压制体片之间的间隙)的往复运动，可靠地去除了残留在切割面上的锯末。
因为线状锯24b的直径相对小，从而使得锯末的去除效率低，大量的锯末残留在压制体片1a之间。这可造成相邻压制体片1a之间的密切接触，并且使得压制体片1a的相互分开困难。尤其是利用定向磁场所形成的压制坯体磁体粉末具有剩磁，这降低了去除效率。如果在此状态下相互分开压制体片1a，则可在压制体片1a上产生破损。通过线状锯24b沿着切割面的往复移动，去除了残留在压制体片1a之间缝隙内的锯末，从而不产生破损即可相互分开压制体片1a。即，如上所述，仅通过磁卡盘的吸引来把持每个压制体片1a的顶面并且向上提起压制体片，可以一个接一个地分开压制体片1a。
线状锯24b的第二次通过以去除锯末的速度可以高于切割过程中线状锯24b的通过速度(切割速度)。优选线状锯24b第二次通过的速度基本等于或高于切割过程中的通过速度，因为如果第二次通过的速度太低，将不能获得足够高的锯末去除效果。线状锯24b第二次通过的方向不必与切割过程的方向相反，但优选其方向相反，因为以相反方向的二次通过还可将压制体定位装置22恢复至再加工位置以接受下一个压制坯体1。
在所示的实施例中，通过压制坯体1和线状锯24b在水平面上相对运动来进行切割。上述线状锯24b沿着切割面往复所获得的效果也可通过比如压制坯体1和线状锯24b在基本垂直的平面上相对运动来获得。
在框架24a延伸的线状锯24b的数量没有限制。根据强度(加工的难易性)、切割速度和其它因素来设定合适的线状锯24b的张力(例如，约0.05N至约10N)。根据线状锯24b的厚度、进给速度(运动速度)、张力、压制坯体1的强度和其它特性来设定合适的压制体定位装置22的运动速度(切割速度)。通过适当的调整，可使得切割面光滑，并且可减少工艺步骤比如磨光的数量。
在所示的实施例中，线状锯24b随着发动机24c和曲柄24d作往复运动。也可选通过任何已知的方法来使得线状锯24b运动。例如，在大规模的线切割机中，可使长切割线以相反方向或以某一方向运动。另外，也可使用无限长的线状锯。由于利用磨损小的线状锯易于切割压制坯体1，所以没有必要补充新线。这使得可利用各种驱动方法。
通过上述压制体片1a和线状锯24b在水片面上的相对运动和线状锯24b在水平面上的往复运动可防止在切割过程中产生的锯末飞入机械部件中(包括发动机24c、曲柄24d、发动机26和球开螺钉27)。这有利于简易地维护机械。如果具有剩磁的磁体粉末飞入机械部件中，此粉末难以去除，并且还可造成机械损坏。因在水平面上切割压制坯体1未产生上述的剪切力，也有利于压制体片1a之间的相互分开。
将压制机10形成的压制坯体1放置在通过传送机30安装于合适位置的压制体定位装置20上。如果臂34带有旋转机构，则可能在与压制坯体1任意表面基本平行的方向切割压制坯体1。换而言之，可由压制坯体1的定向磁场的方向来任意决定切割面。例如，当将通过基本平行压制所制备的压制坯体1放置在压制体定位装置20上时，可以在与剩磁基本垂直的方向切割压制坯体1。但是，通过向臂34提供能在垂直平面上旋转90℃的机构时，可以在与剩磁基本平行的平面上切割压制坯体1。另外，可以在与剩磁基本垂直的方向上切割由基本垂直压制所制备的压制坯体1。
图12为适用于根据本发明优选实施方式3的烧结磁体制造方法的线切割机40的典型结构。
图12所示的线切割机40不同于图1所示的线切割机，其提供了润滑剂施加器5。用相同的附图标记表示与图1所示线切割机功能基本相同的部件，并省略了重复描述。
在线切割机40中，在线状锯4与用于切割的压制坯体1接触之前，通过润滑剂施加器5向线状锯4提供了切割液6。润滑剂施加器5优选包括储存切割液6的容器5a和收集从容器5a中溢出的切割液的盘5b。切割液6保持从容器5a的上开口溢出的状态，并将其施加至穿过切口的线状锯4部分，该切口形成于容器5a的侧面。
在此优选的实施方式中，优选使用不易于以碳的形式残留在烧结磁体中的饱和烃基溶剂(通常为异链烷烃和石蜡)作为切割液。优选饱和烃基溶剂的平均分子量的范围约120至约500。平均分子量小于120溶剂的粘合力弱，从而很难有效地粘结锯末。如果使用平均摩尔分子量大于500的溶剂，则残留在烧结体中的碳量大，这有害地降低了烧结体的磁性能。更优选平均分子量的范围约140至约450。
也可用沸点来限定优选的饱和烃基溶剂材料。优选饱和烃基溶剂的沸点在约80℃至约250℃的范围内。沸点小于80℃的饱和烃基溶剂的粘合力弱，从而很难有效地粘结锯末。如果使用的饱和烃基溶剂沸点大于250℃，则残留在烧结体中的碳量大，这不利地降低了烧结体的磁性能。沸点小于80℃的溶剂挥发性高，考虑到易于污染工作环境以及上述的原因，因而该溶剂无优势。优选平均分子量的范围约140至约450或沸点在约100℃至约230℃的范围内的饱和烃基溶剂。仅相对少量的该溶剂能显示出有效粘结锯末和去除锯末的效果。尤其优选异链烷烃，因为其可易于去除，使得残留在烧结体中的碳量较小。在下面将描述的优选实施方式的实施例中，使用了异链烷烃(闪燃点：49℃，粘度：1.2mm2/sec，分子量：140至150，沸点：166℃(起始沸点))。为了有效地防止压制体切片之间的熔合，可使用抗熔合粉末分散于切割液中的分散体。在此优选实施方式中，优选Y2O3粉末(氧化钇粉末)作为抗熔合粉末。抗熔合粉末并不局限于Y2O3粉末，也可使用Al2O3、C和其它合适材料的粉末和片。可适当地确定分散于切割液中的抗熔合粉末的量。例如，优选在约10g/L至约500g/L的范围内。
为了将抗熔合粉末分散于切割液中并向线状锯4施加所得到的分散液，优选搅拌分散液以避免抗熔合粉末滞留在图12所示的容器5a中。在切割过程中，施用于线状锯4表面的抗熔合粉末和切割液附着在所形成的切割面上，在随后的烧结过程中有效地防止了压制体切片之间的熔合。
在使用了图12所示的线切割机40的实施例中，将描述通过使用切割液来提高去除效率的效果。在一实施例中，仅使用异链烷烃作为切割液，而在另一实施例中，使用了弥散于异链烷烃的氧化钇(氧化钇浓度：200g/L)。这些实施例与未使用切割液的常规切割作了对比。
如图12所示，利用顶面和底面具有不同曲率的弧形压制坯体作为压制坯体1。用于形成压制坯体1的磁体粉末与优选实施方式1中的实施例一致。压制坏体的密度约4.2g/cm3。
当将压制坯体1置于驱动器2(垂直切割)的支撑基座时，切割上述压制坯体1，以在包括基本垂直方向的平面上形成切割面。优选使用电镀颗粒线状锯(外径：约0.257mm，研磨颗粒的粒度：约40μm至约60μm)作为线状锯4来进行切割，线的进给速度约230m/sec，切割速度约150mm/min。
此后，不需经过相互分开的特殊工艺而直接烧结压制体切片。对所获得的烧结体(压制体切片)之间的熔合发生率及其破碎发生率进行了测算。测算结果示于下表3。每个实施例的样品数约150个。
需要指出，烧结工艺在温度约1000℃至约1100℃、惰性气氛(稀有气体和氮气)或真空条件下进行约1小时至约5小时。所获得的烧结体可在约450℃至约800℃下进行时效处理，例如，根据需要可为约1小时至约8小时。为了降低含在烧结体中的碳量以提高磁性能，根据需要可在烧结前通过加热去除在切割工艺中添加到合金粉末中的润滑剂和切割液。可在温度约100℃至约600℃、负压气氛中加热约3小时至约6小时来去除润滑剂，尽管这些条件取决于润滑剂和切割液的类型。在此优选的实施方式中，在约500℃下加热约2小时。
                     表3
    切割液   常规切割     仅异链烷烃    异链烷烃+氧化钇
    线的状态 异链烷烃     无     应用     应用
氧化钇     无     无     应用
    切割载荷(gf)     8.3     28.8     31.5
    熔合率(％)     44.4     2.5     1.3
    破碎率(％)     2.5     0.8     10.0
由表3可明显看出，与未使用切割液的常规切割相比，通过具有切割液的线状锯4进行切割大大降低了熔合率。这说明通过使用切割液提高了产品收率。至于破碎率，并未发现大的差别，这可能是使用切割液未降低压制坯体强度的缘故。
从表3发现，与常规的切割相比，使用具有切割液的切割增加了切割载荷。这可能是锯末颗粒附着在施用了切割液的线状锯4表面的缘故，当线状锯4运动时，这些颗粒可被线状锯4从切割片去除。
尽管使用切割液可增加切割载荷，但约30gf的载荷依然很小。因此，即使切割如图12所示的异形压制坯体也可获得较高的收率，该异形压制坯体与支撑板接触部分的面积小，并且因切割载荷而易于产生变形、破损和其它的缺陷。因而，由于对与最终烧结磁体形状接近的压制坯体进行切割可获得较高的收率，可省略其后的成形工艺或缩短该工艺所需要的时间。
另外，可使用图13所示的线切割机50以降低在切割过程中施加于压制坯体的载荷(摩擦阻力)。
在线切割机50中，压制坯体1以大致水平的方向(图13空心箭头所示)与大致垂直方向运动的线状锯4进行相对运动，使得压制坯体1被切割并在包括基本垂直方向的平面上形成切割面。此时，压制坯体1与运动的线状锯4(切割部分的长度)的接触面积小于使用图12所示的线切割机40的接触面积。因此，施加于压制坯体1的载荷更小，从而使得切割面更光滑。
线状锯4的运动方向和压制坯体1的相对运动方向并不限于图12和13所示的方向，而且可根据压制坯体1的形状和其它适宜的因素来合适地确定。如上所述，由于可获得光滑的切割面，优选沿着可缩短切割部分长度的方向进行切割。
线切割机50包括线切割驱动部分和箱9中的湿锯末收集器7。通过在如实施例所述切割位置之下提供线切割驱动部分，可保证切割工艺和与切割工艺相关的工艺(例如，压制坯体1的抄送)有足够的空间。将锯末收集在图13所示的湿锯末收集器的收集液8中。通过此收集，防止了工作环境的污染。优选氮气替代箱9中气氛。
在优选实施方式3中，通过浸渍将切割液施用于线状锯4。也可选择性地使用滴加、喷射、或其组合。另外，也可将压制坯体1储放在切割液中并在浸渍状态进行切割。但该方法存在着去除切割液和其它材料的问题。因此，为了用少量切割液获得良好效果，优选使用浸渍、滴加和喷射的任一种方法。可相对容易地利用结构或装置通过浸渍、滴加或喷射将切割液应用于线状锯。因此，这适用于比如优选实施方式2的线切割机20(图10)。
采用下述工艺步骤可制备上述优选实施方式所使用的优选的R-Fe-B稀土磁体粉末。
首先，通过已知的带铸(strip-casting)技术制备R-Fe-B稀土磁体粉末的铸片。具体地说，利用高频熔炼工艺对具有所需要成分的合金进行熔炼，从而获得合金熔体。在1350℃下保持熔融合金，随后通过单辊工艺进行快淬获得厚度约0.3mm的类片状合金铸锭。快淬工艺在辊的外圆表面速度约1m/sec、冷却速度约500℃/sec和次冷却(sub-cooling)温度约200℃条件下进行。
此方法所制备的快速凝固合金的厚度在约0.03mm至约10mm的范围内。合金包括R2T14B晶粒和弥散在R2T14B晶粒晶界周围的富R相。R2T14B次轴和主轴方向的晶粒尺寸分别为约0.1μm至约100μm和约5μm至约500μm。富R相的厚度优选约10μm或更小。例如，美国专利No.5,383,978公开了通过带铸工艺制备合金材料的方法。在此一并引用美国专利No.5,383,978的内容作为参考。
接着将类片状铸造合金锭装入原料包中，随后放在一架子上。接着，利用材料运送机将载有原料包的架子运送到氢气炉的前方，随后进入氢气炉中。在炉内加热合金材料并经过氢破碎处理。优选在合金温度降至约室温后将通过此方法进行粗破碎的合金材料取出。但是，即使在合金温度依然较高(如，在约40℃至约80℃范围内)时取出合金材料，如果不暴露在空气中，合金不会被严重氧化。通过该氢破碎工艺，稀土合金被粗破碎为尺寸约0.1mm至约1.0mm。如上所述，在经过此氢破碎工艺之前，优选将合金材料粗破碎为平均粒径约1mm至约10mm的片。
在利用氢破碎工艺对合金材料进行粗破碎后，优选将脆性合金粉碎得更细，并利用比如旋转冷却机的冷却机进行冷却。如果卸出的材料仍然具有相对高的温度，则可增加冷却时间。
之后，将通过旋转冷却机冷却约至室温的材料粉末进一步粉细而获得细粉。在所示的优选实施方式中，在氮气环境中利用喷射研磨对材料粉末进行细粉碎，从而获得平均直径(FSSS颗粒尺寸)约3.0μm至约3.2μm的磁体粉末。优选氮气环境中的氧浓度应低到约10,000ppm。例如，异议号为No.6-6728的日本专利出版物公开了该工艺中使用的喷射研磨。更具体的说，通过控制细粉碎工艺环境气氛中氧化气体(如，氧气或水蒸汽)的浓度，优选细粉碎磁体粉末中所含氧的重量应为约6,000ppm或更小，更加优选约3,000ppm或更小。这是因为如果稀土磁体粉末中氧的重量超过6,000ppm，则通常所获得烧结磁体中的非磁性氧化物的总比例太高而不能实现优越的磁性能。
接着，向摇动混合器中添加润滑剂(例如，约0.3重量％)并且使其与其中的该磁体粉末混合，从而利用润滑剂对磁体粉末颗粒的表面进行包覆。可使用石油溶剂稀释的脂肪酯作为润滑剂。在所示实施例中，己酸甲酯作为脂肪酯，异链烷烃作为石油溶剂。例如，己酸甲酯和异链烷烃可以约1∶9的重量比进行混合。类似这样的切割液不单单通过表面包覆防止了粉末颗粒的氧化，而且也通过在压制过程中使得压制体的密度均匀而消除无序的取向。
应该指出，润滑剂并不局限于示出的种类。例如，辛酸甲酯、月桂酸甲酯或甲基月桂酸酯来取代作为脂肪酯的己酸甲酯。可用的溶剂的例子包括石油溶剂，比如异链烷烃和环烷烃溶剂。可以在包括细粉碎之前，之中或之后的任意时间添加润滑剂。可使用类似硬脂酸锌的固体(干)润滑剂替代或作为切割液。
在定向磁场条件下，利用已知的压制方法来压制磁体粉末，所施加的磁场与压制方向基本平行或基本垂直，并且在约0.5MA/m至约1.5MA/m的范围内。
本发明使用了易于氧化并且几乎未进行加工的R-Fe-B型烧结磁体来描述本发明。本发明也适用于由其它材料和其它烧结磁体所制成的稀土烧结磁体。
以上述描述了压制坯体的切割。本发明也适用于压制坯体的剖面加工，其中在NC控制下，压制坯体相对于线状锯进行二维或三维运动而被加工。通过此加工，压制坯体可被切成任意形状，比如弓形和桶形。
根据本发明优选实施方式，利用窄的线状锯在烧结前对相对软的压制坯体进行加工。这降低了加工载荷，并且也将在压制坯体中产生的热量减至最小。因此，甚至在用易于氧化的磁体粉末制备磁体时，也可显著缩短所需的加工时间和大大降低生产成本，并且不恶化最终的磁体性能。另外，与利用常规的旋转叶片的情况比较，可降低切割间隙。这提高了原料的产率。
应理解上文的描述仅为本发明的示证。本领域的技术人员可不背离本发明而设计出各种选择和修正。因此，本发明意欲包括落入所附权利要求中的所有这些选择、修正和变化。

Claims (16)

1.一种制备烧结磁体的方法，该方法包括以下步骤：
制备所述烧结磁体用粉末的压制坯体；
利用线状锯对所述压制坯体进行机加工；和
烧结所述压制坯体。
2.权利要求1的方法，其中，所述线状锯包括外径范围约0.05mm至约3.0mm的线和固定在所述线上的研磨颗粒。
3.权利要求1或2的方法，其中，所述压制坯体的机加工步骤包括将压制坯体切割成多个部分的步骤。
4.权利要求3的方法，其中，所述压制坯体的机加工步骤包括：通过使所述压制坯体相对于所述线状锯移动形成切割面的同时切割所述压制坯体的步骤，和使所述线状锯再次沿着所述切割面相对移动的步骤。
5.权利要求3或4的方法，其中，在机加工所述压制坯体步骤中的相对运动在水平面上进行，该方法还包括以基本上垂直的方向，使在切割所述压制坯体的步骤中获得的多个部分分离的步骤。
6.权利要求3至5的任一方法，还包括对所述压制坯体机加工步骤之后的多个部分之间的间隙施加抗熔合粉末的步骤。
7.权利要求1至6的任一方法，其中，在氧浓度摩尔比调节至约5％至约18％范围内的惰性气氛中进行压制坯体的机加工步骤。
8.权利要求1至7的任一方法，其中，向与所述压制坯体接触的至少一部分线状锯上施加的切割液进行所述压制坯体的机加工步骤。
9.权利要求8的方法，其中，所述切割液包括烃基有机溶剂。
10.权利要求9的方法，其中，所述烃基有机溶剂包括异链烷烃。
11.权利要求8至10的任一方法，其中，所述切割液为包含抗熔合粉末的分散液。
12.权利要求8至11的任一方法，其中，通过浸渍、滴加或喷射向线状锯施加所述切割液。
13.权利要求8至11的任一方法，其中，在所述切割液中机加工所述压制坯体。
14.权利要求1至13的任一方法，其中，制备压制坯体的步骤包括向烧结磁体用的粉末中添加润滑剂的步骤。
15.权利要求1至14的任一方法，其中，用于所述烧结磁体的粉末的剩磁在约0.001T至约0.1T范围内。
16.权利要求1至15的任一方法，其中，用于烧结磁体的粉末为R-T-B型稀土合金粉末，R为至少一种选自稀土元素和钇的元素，T为必须包括铁的过渡金属元素，并且B是硼。
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