DE60122260T2

DE60122260T2 - Grosser Austauschfeder-Magnet, hiermit ausgestattetes Gerät und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60122260T2
Application number: DE60122260T
Authority: DE
Inventors: Norihisa Yokosuka-shi Waki; Hideaki Yokohama-shi Ono; Munekatsu Hachiouji-shi Shimada; Tatsuo Kawasaki-shi Sugiyama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP3739266B2; JP2002100507A; US6736909B2; US20020036559A1; EP1191552B1; EP1191552A2; EP1191552A3; DE60122260D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Magnetmaterialien für einen Hochleistungsmagneten zur Verwendung in einem Elektromotor, einem Magnetsensor, einem Drehsensor, einem Beschleunigungssensor und dem Drehmomentsensor, usw. und insbesondere auf einen großen Austauschfeder-Magneten mit verbesserten Magneteigenschaften, ein hiermit ausgestattetes Gerät und ein Herstellungsverfahren des großen Austauschfeder-Magneten.
Permanentmagnete weisen Elementarmagnet-Dipole auf, die in einer Richtung ausgerichtet sind und sich mit äußeren Magnetfeldern nicht verändern. Daher haben die Permanentmagnete eine große Eigen-Sättigungsmagnetisierung und weisen eine rechtwinklige Entmagnetisierungskurve auf, um als exzellenter Werkstoff zu dienen.
Als Permanentmagnete wurden in den letzten Jahren ein chemisch stabiler Eisenmagnet mit geringen Kosten oder ein seltener Hochleistungs-Erdmagnet bei der praktischen Anwendung eingesetzt. Unter diesen Permanentmagneten, die sich in der praktischen Anwendung befanden, weist jedoch sogar ein Neodymium-Magnet mit der maximalen Leistung einen Grenzwert bei seinen Eigen-Magneteigenschaften auf, wobei der Grenzwert in dem maximalen Energieprodukt von 50 MGOe (ca. 4,0 MJ/m³) bleibt.
Der Magnet weist eine Struktur auf, die in einem kontinuierlichen Schritt fein unterteilt werden kann, um schließlich zu Atomgruppen der Avogadrozahlen zu führen. Bei einem solchen Maßstab einer Zwischenebene zwischen einem Mikro-Maßstab und einem Makro-Maßstab, wie z. B. einer Original-Magnetstruktur, wirken die Atome zusammen, um eine spezifische Funktion zu erzeugen. Dieser Zwischenbereich wird mesoskopische Domäne oder Nanobereich-Domäne bezeichnet. Ein Austauschfeder-Magnet wurde auf der Basis einer Eigenschaft, die eine solche Domäne aufweist, entwickelt und weist eine harte Phase (eine Permanentmagnet-Phase), die aus einem Material zusammengesetzt ist, das eine hohe Koerzitivkraft aufweist, und eine weiche Phase (ein weiches magnetisches Material) auf, die aus einem Material zusammengesetzt ist, das eine hohe magnetische Flussdichte aufweist, die durch eine Austausch-Interaktion magnetisch aneinander gekoppelt sind, um einen Magneten mit einem hohen maximalen Energieprodukt bereitzustellen.
Im Allgemeinen ist die Struktur des Austauschfeder-Magneten aus einer Mehrzahl von mehrschichtigen dünnen Filmen einer harten und einer weichen Phase oder der weichen Phase zusammengesetzt, die aus in Basisstrukturen der harten Phase fein verteilten Körnern zusammengesetzt ist und als Nano-Verbundstruktur bezeichnet wird. Die Präsenz der mehrschichtigen Struktur der dünnen Filme oder der fein verteilten Struktur der feinen Körner in einer Makostruktur führt zu einer reinen Koexistenz der harten Phase und der weichen Phase in der Magnetstruktur mit einer Entmagnetisierungskurve, die die Magneteigenschaften repräsentiert, die einem Schlangenprofil folgt. Wenn jedoch die Nanobereich-Domäne aus der mehrschichtigen Struktur oder fein verteilten Körnerstruktur zusammengesetzt ist, ist die Magnetisierung der harten Phase durch die Magnetisierung der weichen Phase stark eingeschränkt, so dass die Nanobereich-Domäne sich gänzlich so verhält, als wäre sie eine einzige harte Phase. Das heißt, wenn auf den Austauschfeder-Magnet ein Entmagnetisierungsfeld in einer negativen Richtung aufgebracht wird, wobei die Magnetisierung in eine Richtung ausgerichtet ist, findet eine Umkehr der Magnetisierung von einem Zwischenbereich der weichen Phase statt, wobei die Magnetisierung in der Nähe der magnetischen Domänen-Wand zwischen der der harten Phase und der weichen Phase, infolge einer starken Austausch-Kraft in ihrem ausgerichteten Zustand in positiver Richtung bleibt. Wenn das Entmagnetisierungsfeld in einem solchen Zustand freigegeben wird, kehrt die Magnetisierung entlang der Entmagnetisierungskurve wieder zurück. Da dieser Vorgang einem Federvorgang ähnelt, wird der Magnet als Austauschfeder-Magnet bezeichnet. Außerdem wird das Wort „Austausch" als erster Wortbestandteil verwendet, da seine Theorie auf einer gegenseitigen Austausch-Wechselwirkung basiert.
Das wurde z. B. nachstehend bei einem starken magnetischen Verbund berücksichtigt, wobei eine Achse der leichten Magnetisierung in eine Richtung ausgerichtet ist und die harten und weichen Phasen abwechselnd geschichtet sind. Wenn der Verbund in einer positiven Richtung gesättigt und anschließend das Entmagnetisierungsfeld auf den Verbund in negativer Richtung aufgebracht wird, wird die Magnetisierung zuerst an dem Mittelpunkt der weichen Phase umgekehrt. An den Grenzen zwischen den harten und weichen Phasen kann die Magnetisierung der weichen Phase schwer umgekehrt werden, weil die Ausrichtung der Magnetisierung an der weichen Phase durch die Ausrichtung der Magnetisierung der harten Phase infolge der Austausch-Wechselwirkung mit einem magnetischen Moment an der harten Phase eingeschränkt ist. Während das magnetische Moment an der harten Phase in der Ausrichtung der Magnetisierung an den Grenzen zwischen der harten Phase und der weichen Phase leicht verändert werden kann, ermöglicht bei der Magnetisierung der harten Phase die Präsenz des kleineren magnetischen Feldes als das der Grenzen, worin die Magnetisierung irreversibel umgekehrt wird, dass das aufgebrachte magnetische Feld, auf einen Nullzustand zurückgeführt wird, sodass das System einer Rückfederung zu seinem Ursprungszustand unterworfen wird. Wenn auf die harte Phase eine größere Magnetisierung als das magnetische Feld, das irreversibel umgekehrt wird, aufgebracht wird, wird die Magnetisierung des gesamten Systems ebenfalls irreversibel umgekehrt, sodass das System in der negativen Richtung gesättigt wird.
Welches maximale Energieprodukt des Magnets begrenzt ist, hängt im Allgemeinen von der Magnetisierung des Verbundes ab, der als Hauptphase wirkt. Es hat sich gezeigt, dass der Nanoverbund-Magnet theoretisch die Obergrenze der Leistung des zurzeit in der Praxis verwendeten Magnets übertrifft, sodass der Nanoverbund-Magnet den theoretischen Wert des maximalen Energieprodukts von 120 MGOe (ca. 9,6 MJ/m³) der anisotropen Mehrfachschichten übertrifft.
Aus all diesen verschiedenen Gründen wurde das Augenmerk auf den Austauschfeder-Magnet als neues magnetisches Material gerichtet. Der Austauschfeder-Magnet wurde üblicherweise hauptsächlich für das Verbundsystem entwickelt, das aus einer harten Phase, die ein Nd-Fe-B-System oder ein Sm-Fe-N-System enthält, und einer weichen Phase zusammengesetzt ist, die Fe-B- oder Fe-Co-Verbindungen enthält. Die vorläufige japanische Patentanmeldung Nr. 2000-208313 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung eines anisotropen Austauschfeder-Magnetpulver in feinerer Körnung mit überlegenen magnetischen Eigenschaften durch wiederholtes Ausführen eines amorphen Verarbeitungsschritts und eines kristallinen Verarbeitungsschritts.
Wie oben erläutert, neigt der Austauschfeder-Magnet theoretisch dazu, das extrem hohe maximale Energieprodukt aufzuweisen, obwohl die Durchführung einer vollkommen dichten Behandlung der Austauschfeder-Magnetpulver bewirkt, dass die Austauschfeder-Magnetpulver bei einer so hohen Sintertemperatur von 1000°C, die bei den Verfahren des Standes der Technik er forderlich ist, grobkörnig sind, woraus erheblich verminderte magnetische Eigenschaften (z. B. das maximale Energieprodukt) resultieren. Daher wird es schwierig, die Austauschfeder-Magnetpulver bei Aufrechterhaltung der feineren Korngrößen der Magnetpulver in einen völlig dichten Zustand zu verdichten. Um das grobkörnige Kornwachstum dementsprechend zu verhindern, wurde eine ausführliche Studie durchgeführt, um die Austauschfeder-Magnetpulver auf einen so genannten gebondeten Magneten (mit anderen Worten einen so genannten Plamag, Kunststoffmagnet oder Gummimagnet) anzuwenden, wobei die Magnetpulver mit Kunststoff-Harz oder Gummi gemischt werden, gefolgt von einer Verfestigung des Magnets in ein gewünschtes Profil.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch bleibt die Dichte der Magnetpulver, die im gebondeten Magnet enthalten sind, bei einem bemerkenswert tieferen Wert als die theoretische Dichte der Magnetpulver bei dem völlig dichten Magnet. Dies führt zur Ausbildung eines Endprodukts mit dem maximalen Energieprodukt, das viel geringer als dasjenige ist, das beim völlig dichten Magneten erwartet werden würde. Das heißt, da sich das maximale Energieprodukt des Magnets im Verhältnis zum Quadrat der angereicherten Dichte des Magneten verringert, unter der Annahme dass die Anreicherungsrate 50% beträgt, fällt das Energieprodukt des gebondeten Magneten unter 25 Prozent ab, was viel geringer ist als das des großen Magneten.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die zuvor genannten Umstände und hat die Aufgabe, einen Austauschfeder-Magneten mit einer Dichte bereitzustellen, die möglichst nahe an der theoretischen Dichte eines völlig dichten Magnetpulvers liegt, das zu einem Ganzen geformt ist, ohne Einbußen bei den Magneteigenschaften.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Austauschfeder-Magneten bereitzustellen, der verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist und der während einer verringerten Zeitspanne bei einer tieferen Temperatur gesintert werden kann, als bei den Verfahren des Standes der Technik.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Austauschfeder-Magnet mit den zuvor genannten Magneteigenschaften einsetzt, wie z. B. einen Elektromotor, einen Magnetsensor, einen Drehsensor, einen Beschleunigungssensor und einen Drehmomentsensor.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein großer Austauschfeder-Magnet bereitgestellt, der ein verdichtetes Magnetpulver, das eine harte Phase und eine weiche Phase umfasst, und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome aufweist, wobei die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome in Grenzbereichen zwischen den Körnern des verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen.
Bei einer solchen Struktur ist die Präsenz der zusammenhängenden Struktur der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome, die in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der Magnetpulver liegen, wirkungsvoll, um das Kornwachstum der Magnetpulver einzuschränken. Dies führt zu einer erfolgreichen Realisierung überlegener Magneteigenschaften (z. B. maximales Energieprodukt), die möglichst nahe an denen liegen, die bei der theoretischen Dichte der Magnetpulver des völlig dichten Austauschfeder-Magnets erzielt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein großer Austauschfeder-Magnet bereitgestellt, der ein Vermögen aufweist, Körner, die miteinander aus einer harten magnetischen Phase und einer weichen magnetischen Phase gemischt wurden, und ein Vermögen zur Ausbildung von Grenzbereichen zwischen den Körnern der harten und weichen magnetischen Phasen aufzuweisen, um den Bor-Atomen und Sauerstoff-Atomen zu ermöglichen, darin zusammenzuhängen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines großen Austauschfeder-Magneten mit verdichteten Magnetpulvern bereitgestellt, die aus einer harten Phase und einer weichen Phase bestehen, und mit Bor-Atomen und Sauerstoff-Atomen, die in Grenzbereichen zwischen den Körnern des verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen. Das Verfahren umfasst das Verdichten der Magnetpulver bei einem Verdichtungsdruck, der von 300 bis 1200 Mpa reicht, das Erhitzen der Magnetpulver in einem verdichteten Zustand bei einer Anfangstemperatur, die von 25°C bis zu einer Halte-Temperatur von 550 bis 800°C bei einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit von 5 bis 40°C/min reicht, und das Halten der verdichteten Magnetpulver bei der Halte-Temperatur für eine Zeitspanne von 0,01 bis 10 min, um dadurch die Magnetpulver zu verdichten.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines großen Austauschfeder-Magneten bereitgestellt, der verdichtete Magnetpulver, die aus einer harten Phase und einer weichen Phase zusammengesetzt sind, und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome aufweist, die in Grenzbereichen zwischen Körnern der verdichteten Magnetpulver zusammenhängen. Das Verfahren umfasst das Verdichten der Magnetpulver bei einem Druck, der von 500 bis 1200 Mpa reicht, das Erhitzen der Magnetpulver in einem verdichteten Zustand bei einer Anfangstemperatur, die von 25°C bis zu einer Halte-Temperatur von 650 bis 700°C bei einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit von 10 bis 25°C/min reicht, und Halten der verdichteten Magnetpulver bei der Halte-Temperatur für eine Zeitspanne von 0,01 bis 3 min, um dadurch die Magnetpulver zu verdichten.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mit einem großen Austauschfeder-Magnet ausgestattet ist, wobei der große Austauschfeder-Magnet verdichtete Magnetpulver mit einer harten Phase und einer weichen Phase und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome aufweist, wobei die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome in Grenzbereichen zwischen Körnern der verdichteten Magnetpulver zusammenhängen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie ihre Aufgaben und Vorzüge kann am besten mit Bezug auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit der anliegenden Zeichnung verstanden werden, in der:
1 eine schematische Ansicht eines großen Austauschfeder-Magneten einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines relativen Werts der magnetischen Eigenschaften eines großen Magneten bezüglich der Veränderungen der x- und y-Werte bei der Nd_xFe_100-xy-B_y-Zusammensetzung ist;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften von großen Magneten mit einer Nd_xFe_100-x-yB_y-Zusammensetzung ist, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 bezüglich des Konzentrationsverhältnisses der Bor-Atome und Sauerstoff- Atome ist, die zwischen den Körnern der Magnetpulver und denen liegen, die in den Körnern der Magnetpulver enthalten sind;
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd_xFe_100-x-yB_y-Zusammensetzung ist, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 bezüglich einer Dicke eines zusammenhängenden Bereichs der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome ist, die zwischen den Körnern der Magnetpulver liegen;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₉Dy₁Fe₇₇Co₅Nb₂B₆-Zusammensetzung bezüglich der Korngrößen der Magnetpulver ist;
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₇Dy₁Fe₇₄Co₅Cr₅B₈-Zusammensetzung bezüglich eines Verdichtungsdrucks ist, der während eines Sinterschritts aufgebracht wird;
7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₄Tb₁Fe₈₁Co₇Cu₃B₄-Zusammensetzung bezüglich einer Veränderung einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit ist;
8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₁₀Fe₇₆Co₈V₁B₆-Zusammensetzung bezüglich einer Veränderung einer Halte-Temperatur während eines Sinterschrittes ist;
9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₈Dy₁Fe₇₅Co₄V₂B₇-Zusammensetzung bezüglich einer Veränderung einer Halte-Zeitperiode während eines Sinterschrittes ist;
10 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₈Tb₂Fe₇₅Co₅Nb₂B₈-Zusammensetzung bezüglich einer Veränderung einer Umfangsgeschwindigkeit einer Walze ist;
11 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Magneteigenschaften eines großen Magneten mit einer Nd₁₀Fe₇₅Co₈V₁B₆-Zusammensetzung bezüglich einer Veränderung eines Umgebungsdrucks während eines Sinterschrittes ist; und
12 eine schematische Seitenansicht eines Beispiels eines Antriebsmotors zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybrid-Elektrofahrzeug ist, bei dem der große Magnet der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 ist ein großer Austauschfeder-Magnet 12 einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der große Austauschfeder-Magnet 12 ist aus verdichteten Magnetpulvern 10, die eine harte Phase und eine weiche Phase umfassen, und Bor-Atomen und Sauerstoff-Atomen zusammengesetzt, die in Grenzbereichen 16 zwischen Körnern 14 der Magnetpulver 10 zusammenhängen.
Die Magnetpulver 10 können vorzugsweise aus magnetischen Materialien ausgebildet sein, die gewünschte Bestandteilelemente enthalten, die fast nahe an einem amorphen Zustand ausgebildet sind, wobei verschiedene Formgebungsverfahren, wie z. B. ein schneller Abschreck-Prozess, ein mechanischer Beimischungsprozess und ein Atomisierungsprozess, ebenso wie ein mechanischer Pulverisierungsprozess unter Verwendung einer Brechmaschine oder einer Mühle, usw., verwendet werden. Unter diesen Formge bungsprozessen ist vorzugsweise der schnelle Abschreck-Prozess mit seiner Eigenschaft, eine geeignete Leistung bei der Bildung der Magnetpulver im amorphen Zustand bereitzustellen, ein typisches exzellentes Formgebungsverfahren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet das Wort „Verdichtung" eine Verbesserung einer Dichte der Magnetpulver durch Ausführung eines Verdichtungs- oder Sinterschrittes, und das Wort „zusammenhängen" bezeichnet einen Zustand, bei dem vorgegebene Bestandteile unvollständig sind und in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 mit einer größeren Konzentrations-Verteilungsstruktur zusammenhängen als diejenigen im Innern der Körnern 14 der Magnetpulver 10.
Eine bevorzugtes Verdichtungsverfahren wird durch Anwendung eines Prozesses durchgeführt, wobei die Magnetpulver, die fast im amorphen Zustand ausgebildet sind, in einer Form angesetzt werden und danach für die Länge eines vorgegebenen Zeitintervalls in einem verdichteten Zustand erhitzt werden, um einen Sinterschritt zu vervollständigen. Bei einem solchen Verdichtungsschritt hängen die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome an den Korngrenzen der Magnetpulver zusammen, um einen großen Austauschfeder-Magneten auszubilden, der eine harte und eine weiche Phase in der Form von feinen Kristallkörnern mit einer Dichte aufweist, die ohne einen signifikanten Verlust der Magneteigenschaften möglichst nahe an einer theoretischen Dichte eines völlig dichten großen Austauschfeder-Magneten liegt. Das heißt, dass die Präsenz der nanokristallinen und Nanoverbundstruktur in dem großen Magneten, wobei die Bor-Atome und Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zusammenhängen, es erleichtert, dass die Magnetpulver 10 wirksam verdichtet werden, während das Kornwachstum der Magnetpulver eingeschränkt wird. Daher ist es möglich, dass die Magnetpul ver 10 bei einer geringeren Temperatur als bei dem Magnet-Formgebungsprozess des Standes der Technik und für eine kürzere Zeitspanne als bei diesem gesintert werden, wobei sich daraus eine Einschränkung der Ausbildung einer grobkörnigen kristallinen Struktur ergibt, die ansonsten beim Stand der Technik ein schwer zu lösendes Problem verursachen würde. Demzufolge ist es bei einer solchen Struktur des großen Austauschfeder-Magnets gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den großen Austauschfeder-Magneten mit guten inneren Magneteigenschaften zu realisieren, die denen des völlig dichten großen Austauschfeder-Magneten mit einer theoretischen Dichte nahezu gleichen.
Besonders die große Struktur, bei nicht nur die Bor-Atome, sondern auch die Sauerstoff-Atome gleichzeitig in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 de Magnetpulver 10 vorliegen, ermöglicht es, dass das Kornwachstum der Magnetpulver 10 mit einer höheren Effizienz erheblich eingeschränkt wird als das einer großen Struktur, bei der nur die Bor-Atome in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der Magnetpulver vorliegen. Dies kann aus einer thermischen Stabilität einer B-O-Verbindung resultieren. Darüber hinaus liegt ein weiterer Vorteil einer solchen großen Struktur der vorliegenden Erfindung darin, dass die große Struktur 12 eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist.
Es kann zwar möglich sein, den vorübergehend vorliegenden Sauerstoff in den Magnetpulvern 10, eine Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt, in der die Verarbeitung der Magnetpulver umgesetzt wird, und eine Sauerstoff-Umgebung, in der der Verdichtungsschritt ausgeführt wird als Versorgungsquelle des Sauerstoffs, der den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 zugeführt wird, zu verwenden, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Da jedoch die Präsenz von lediglich Sauerstoffatomen, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 vorliegen, die aus seltenen Erdmagnet-Materialien bestehen, generell eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften bewirkt, ist es nicht wünschenswert, nur die Sauerstoffatome in die Grenzbereiche zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 in einer Menge jenseits eines überhöhten Niveaus einzubringen. Außerdem können die Bor-Atome vorher mit geeigneten Mitteln in das Magnetpulver integriert werden.
Wie zuvor bemerkt, ist die harte Phase aus einer permanentmagnetischen Phase zusammengesetzt, die aus verschiedenen bekannten magnetischen Materialien mit einer hohen Koerzitivkraft zusammengesetzt ist. Insbesondere ist die harte magnetische Phase aus Yttrium, das seltene Erdelemente (z. B. Lanthal, Cer, Praseodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Luthetium), Eisen und/oder Kobalt und borhaltige Elemente enthält, zusammengesetzt.
Wie oben bemerkt, ist die weiche Phase aus einer weichen magnetischen Phase zusammengesetzt, die aus verschiedenen bekannten Materialien mit einer hohen magnetischen Flussdichte zusammengesetzt ist. Insbesondere ist die weiche magnetische Phase aus der Eisen- und/oder Kobaltphase aufgebaut und ist insbesondere aus einer α-Fe-Phase und einer α-Fe-Phase aufgebaut, von der ein Teil durch seltene Erdelemente, die Kobalt, Bor und Yttrium umfassen, ersetzt ist, um einen Fe-B-Verbund, Fe-Co-Verbund, usw. bereitzustellen.
Obwohl es theoretisch möglich ist, dass eine harte und weiche Phasenkombination beliebig gewählt werden kann, ist es wünschenswert, dass die harte und weiche Phasenkombination derart gewählt wird, dass sowohl die harten als auch die weichen Pha sen ein hohes Maß an Sättigungsmagnetisierung aufweisen. Darüber hinaus kann sich durch Zufall der Fall ergeben, bei dem der Austauschfeder-Magnet außer der harten und weichen Phase eine Fe₃Zr-Phase als kristalline Phase umfasst.
Es besteht keine Einschränkung bei einer Zusammensetzung der magnetischen Materialien, sofern die Zusammensetzung eine magnetische Struktur realisiert, bei der die harten und weichen Phasen gleichzeitig vorliegen und die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der Magnetpulver zusammenhängen. In einem Fall, bei dem die Zusammensetzung der magnetischen Materialien aus 4 bis 11 Atom% Nd, 3 bis 8 Atom% B und der restliche Teil aus Übergangsmetall zusammengesetzt ist, und in einem noch spezifischeren Fall, bei dem eine Zusammensetzungsformel der magnetischen Materialien durch Nd_xFe_100-x-yB_y ausgedrückt wird, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 8 ist, ist es möglich, einen Hochleistungsmagneten mit einem gewünschten proportionalen Gleichgewicht der harten und weichen Phasen zu realisieren, der eine hohe Koerzitivkraft und eine hohe magnetische Flussdichte bereitstellt. Mit dem Ziel, eine weiter verbesserte Magnetleistung zu bekommen, ist es noch wünschenswerter, dass die Zusammensetzung der magnetischen Materialien aus 7,5 bis 10,5 Atom% Nd und 5,5 bis 7,5 Atom% B zusammengesetzt ist und dass die Zusammensetzungsformel der magnetischen Materialien durch Nd_xFe_100-x-yB_y ausgedrückt wird, wobei x = 7,5 ~ 10,5 und y = 35,5 ~ 7,5 ist. Außerdem kann das metallische Material Nd teilweise durch Pr und/oder Dy ersetzt sein, wobei das Übergangsmetall hauptsächlich aus Fe-Atomen zusammengesetzt ist, die teilweise durch Co. ersetzt sind. Um den Zusammenhalt der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulverr 10 zu begünstigen, um erhöhte spezifische Magneteigenschaften bereitzustellen, ist es bevorzugt, eine kleine Menge von Elementen, wie z. B. Übergangsmetalle hinzuzufü gen. Optimale Elementbestandteile, die vorzugsweise hinzugefügt werden, enthalten 0,4 bis 5,0 Atom% von mehr als einem Metall, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Nb, Cr, Cu, Zn und Ti besteht. Die Konzentration der hinzugefügten Elementbestandteile wird ferner mit einer induktiv gekoppelten Plasma-Emissionsspektrometrie (ICP/OES) analysiert.
Der große Austauschfeder-Magnet der vorliegenden Erfindung weist die Präsenz der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome auf, die zwischen den feineren Körnern des großen Austauschfeder-Magnets liegen. Eine Differenz zwischen der Konzentration der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome, die im Innern der Körner des großen Austauschfeder-Magneten vorliegen, und der der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome, die im zusammenhängenden Bereich zwischen den Körnern vorliegen, bewirkt einen großen Einfluss auf die spezifischen Magneteigenschaften. Verschiedene Testergebnisse haben aufgezeigt, dass das Verhältnis zwischen der Konzentration der in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der verdichteten Magnetpulver 10 vorliegenden Bor-Atome und der im Innern der Körner 14 der Magnetpulver 10 vorliegenden Bor-Atome (d. h. die Konzentration der Bor-Atome, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 und die Konzentration der Bor-Atome, die im Innern der Körner 14 vorliegen), vorzugsweise größer als 1,2 gewählt wird, und das Verhältnis zwischen der Konzentration der in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der verdichteten Magnetpulver 10 vorliegenden Sauerstoff-Atome und der der im Innern der Körner 14 der verdichteten Magnetpulver 10 vorliegenden Sauerstoff-Atome (d. h. die Konzentration der Sauerstoff-Atome, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 vorliegen gegenüber der Konzentration der Sauerstoff-Atome, die im Innern der Körner 14 vorliegen) vorzugsweise größer als 1,2 gewählt wird. Bei einem solchen Konzentrationsverhältnis wird eine gute thermische Stabilität der Verbindung zwischen den Körnern 14 aufrechterhalten, wobei sich eine Verbesserung der Verdichtung eines großen Körpers ergibt. Darüber hinaus wird das kristalline Wachstum zwischen den Körnern der Magnetmaterialien auf zuverlässige Art und Weise effektiv eingeschränkt.
Darüber hinaus spielt eine Dicke jedes Grenzbereichs 16, in dem die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome zusammenhängen, eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der spezifischen magnetischen Eigenschaften und wird folglich auf einen Größenwert über 65 nm eingestellt. Bei einer solchen Einstellung der Dicke der Grenzbereiche für das Einfügen der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome wird die Verdichtung der Magnetpulver 10 wirksam begünstigt, um eine erhöhte Dichte des großen Magnets 12 nach dem Sinterschritt zu erzielen, wodurch die Herstellung eines Hochleistungsmagneten ermöglicht wird.
Die Korngröße der Magnetpulver wird vorzugsweise derart gewählt, dass sie ein gewünschtes Korn-Verteilungsmuster aufweist, damit die Magnetpulver leicht verdichtet werden können. Zu diesem Zweck sollten die Magnetpulver 10 vorzugsweise eine Korngröße aufweisen, die zwischen 20 ~ 500 μm liegt. Bei der Wahl der Magnetpulver 10 mit einer derartigen Korngröße ist es effektiv, einen Anstieg der Oberflächenbereiche der Magnetpulver 10 einzuschränken, um die Magnetpulver 10 an einer Oxidation zu hindern, um dadurch die spezifischen magnetischen Eigenschaften zu verbessern, während ermöglicht wird, dass die Aufladungsrate der Materialien erhöht wird, um den großen Magneten 12 mit einer erhöhten Dichte zu realisieren. Damit die Magnetpulver 10 weiter verdichtet werden können, ist es weiter bevorzugt, die Magnetpulver 10 mit einer Korngröße zu verwenden, die zwischen 80–200 μm liegt. Es wird angemerkt, dass der Begriff „Korngröße der Magnetpulver" einen Durchschnittswert der Messergebnisse bei Durchmessern der entsprechenden Körner bezeichnet, die jeweils die maximale Länge aufweisen, von Körnern, von denen mit einem optischen Mikroskop eine Fotografie gemacht wurde und die in einer Fotografie festgestellt wurden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines großen Austauschfeder-Magneten bereitgestellt, der aus verdichteten Magnetpulvern zusammengesetzt ist, die eine harte und eine weiche Phase enthalten, mit einer Struktur, die Bor-Atome und Sauerstoff-Atome umfasst, die in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 der Magnetpulver 10 zusammenhängen. Dieses Herstellungsverfahren wird durch Verdichten von unbearbeiteten Magnetpulvern 10 bei einem Verdichtungsdruck von 300 ~ 1200 Mpa, um einen verdichteten Körper herzustellen, Erhitzen des verdichteten Körpers von einer Anfangstemperatur in Höhe von 25°C auf eine Halte-Temperatur in Höhe von 550 ~ 800°C bei einer Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 5 ~ 40°C, während gleichzeitig der verdichtete Körper auf dem Verdichtungsdruck gehalten wird, Halten des verdichteten Körpers auf der Halte-Temperatur für eine Zeitspanne von 0,01 ~ 10 min und schließlich Sintern des verdichteten Körpers der Magnetpulver durchgeführt.
Während die Temperatur, bei der der Kompressionsschritt für die unbearbeiteten Magnetpulver 10 durchgeführt wird, nicht auf einen spezifisch möglichen Wert beschränkt ist, ist es für den Verdichtungsschritt bevorzugt, bei einer Umgebungstemperatur in einer Arbeitsumgebung durchgeführt zu werden mit den Ziel einer leichteren Bearbeitung bei geringen Kosten. Was die Arbeitsumgebung betrifft, ist es darüber hinaus außerordentlich bevorzugt, dass bei der Umgebung verschiedene Parameter wie z. B. die Feuchtigkeit, mit den Ziel beachtet werden, eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des großen Magneten 12 zu verhindern, die durch Oxidation der unbearbeiteten Magnetpulver 10 verursacht wird.
Bei einem Verdichtungsprozess des großen Austauschfeder-Magneten 12, den die vorliegende Erfindung einsetzt, ist es höchst empfehlenswert, die Magnetpulver 10, die in eine Form gefüllt wurden, in verdichtetem Zustand zu erhitzen. Um diesen Schritt durchzuführen, ist es möglich, eine Heißpress-Technik oder eine Plasma-Ausstoß-Sintertechnik einzusetzen. Besonders das Plasma-Ausstoß-Sinterverfahren wird wegen einer leichten Steuer-/Regelbarkeit von steigenden Temperaturen bevorzugt, um ein präzises Temperaturprofil zu erzielen. Darüber hinaus besteht keine Beschränkung bei den Materialien der Form und jedes geeignete Material kann als Material der Form eingesetzt werden. Als Prozess-Bedingung für die Wärmebehandlung der Magnetpulver, die beim Verdichtungsschritt durchgeführt werden soll, sollte der Verdichtungsdruck vorzugsweise auf einem Druck größer als 300 Mpa gehalten werden, um die Verdichtung der Magnetpulver zu begünstigen, um die Magnetleistung zu verbessern, während es ermöglicht wird, die Magnetpulver mit der theoretischen Dichte von größer als 95% zu verdichten. Je größer die Verdichtungskraft für die Magnetpulver ist, desto größer wird die Förderung der Verdichtung der Magnetpulver, obgleich der Verdichtungsdruck der verbesserten Produktivität wegen entsprechend niedriger als 1200 Mpa gewählt wird.
Darüber hinaus wird die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 ~ 40°C/min entsprechend festgelegt. Mit einem solchen Bereich ist es möglich, die zusammenhängenden Bereiche der in den Grenzbereichen 16 zwischen den Körnern 14 des Magnets 12 liegenden Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome zu erhöhen, was zu einer Verbesserung der Verdichtung des Magnets 12 führt. Darüber hinaus ist es möglich, dass der große Magnet 12 während des Sintervorgangs intern ein gleichmäßiges Temperatur-Verteilungsmuster aufweist, wodurch ein gleichmäßiger Bulk-Körper erzielt wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Präsenz der für entsprechend geeignete Bereiche gewählten Halte-Temperatur und Halte-Zeitspanne dem großen Magneten, ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufzuweisen. Als Ergebnis einer detaillierten Studie dieser Bedingungen wird die Halte-Temperatur entsprechend auf einen Wert in Höhe von 550 ~ 800°C festgelegt und die Halte-Zeitspanne wird entsprechend auf einen Wert im Bereich von 0,01 bis 10 min festgelegt. Durch diese Bereiche wird das Kornwachstum in der harten Phase und der weichen Phase wünschenswert eingeschränkt, wodurch die Magneteigenschaften verbessert werden, während die Dichte eines gesinterten magnetischen Produkts verbessert wird.
Um die Magneteigenschaften weiter zu verbessern, sollten die Magnetpulver vorzugsweise auch in verschiedenen Schritten unter verschiedenen Bedingungen behandelt werden: indem der Verdichtungsdruck so gewählt wird, um in einem Bereich in Höhe von 500 ~ 1200 Mpa zu bleiben, indem die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit mit einen Wert gewählt wird, der sich von 10 ~ 25°C/min erstreckt, indem die Halte-Temperatur auf einem Wert in Höhe von 650 ~ 700 °C aufrechterhalten wird und indem die Haltezeit auf einem Wert von weniger als 3 min aufrechterhalten wird.
Wenn bei einem geschmolzenen Gemisch in Form einer Flüssigkeit ein rascher Abschreckprozess als Herstellungsprozess für die Magnetpulver angewendet wird, bewirkt eine Umfangsgeschwindigkeit einer sich schnell drehenden Walze einen signifikanten Einfluss auf die Qualität der Magnetpulver während eines Abschreckschritts. Bei einer solchen Prozess wird ein Strom eines geschmolzenen Gemischs auf die äußere Oberfläche der Walze geleitet, die sich mit der Umfangsgeschwindigkeit in Höhe von 10 ~ 50 m/sec dreht, um einen schnell abgeschreckten dünnen Streifen herzustellen, um eine hohe Konzentration des amor phen Zustands und eine Verbesserung der Produktivität zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Präsenz von im amorphen Zustand gemischten feinen kristallinen Körner außerordentlich wirksam, um die Magneteigenschaften zu verbessern. Zu diesem Zweck wird die Umfangsgeschwindigkeit der Walze noch vorteilhafterweise auf einen Wert in Höhe von 15 ~ 35 m/sec eingestellt.
Von den oben genannten verschiedenen Parametern werden die Magnetpulver während des Sinterschritts bevorzugterweise im verdichtetem Zustand bei einem Verdichtungsdruck von 1 × 10^–4 ~ 9,5 Pa, und noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 2 × 10^–4 ~ 3 Pa gehalten. Das Verdichten der Magnetpulver in einem solchen Bereich bringt eine verbesserte Verdichtung der Magnetpulver, die ohne eine Verschlechterung der Magneteigenschaften ausgeführt wird. Das heißt, dass eine gewünschte Menge an Sauerstoff zwischen die Körner der Magnetpulver zugeführt wird, um die Verdichtung des Bulk-Körpers zu fördern und das kristalline Kornwachstum an den Grenzen der Magnetpulver einzuschränken. Außerdem verhindert die Präsenz des Sauerstoffs, der nur den Grenzbereichen zwischen den Körnern des Magnetpulvers zugeführt wird, dass die Sauerstoffatome in die Körner des Magnetpulvers hinein diffundieren, um dadurch die Magnetpulver mit verbesserten Magneteigenschaften vor einer Oxidation zu bewahren.
Obwohl verschiedene geeignete, oben erläuterte Bedingungen existieren, ermöglicht die Präsenz der zusammenhängenden Bereiche der zwischen den Körnern der Magnetpulver liegenden Bor-Atome und Sauerstoff-Atome die Herstellung des großen Magneten bei einer niedrigeren potentiellen Betriebstemperatur als der des Sinterprozesses des Standes der Technik in einer kürzeren als dessen Zeitspanne, wodurch der große Austauschfeder-Magnet, der eine Dichte nahe an der theoretischen Dichte des völlig dichten Magnetpulvers aufweist, ohne Verschlechterung der Magneteigenschaften des großen Austauschfeder-Magnets hergestellt werden kann.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung, wie z. B. ein Elektromotor, ein Magnetsensor, ein Drehsensor, ein Beschleunigungssensor oder ein Drehmomentsensor bereitgestellt, die einen großen Austauschfeder-Magneten mit einer Struktur einsetzt, die aus verdichteten Magnetpulvern zusammengesetzt ist, die eine harte Phase und eine weiche Phase, und Bor-Atome und Sauerstoff-Atome umfassen, die in den Grenzbereichen zwischen den Körnern des verdichteten Magnetpulvers zusammenhängen. Mit dem großen Austauschfeder-Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Hochleistungsmagneten zu realisieren, der bei dem Austauschfeder-Magneten des Standes der Technik, der als gebondeter Magnet dient, nicht erreicht werden konnte. Für den Fall dass ein solcher Magnet 12 mit exzellenter Leistung bei dem Elektromotor, dem Magnetsensor, dem Drehsensor, dem Beschleunigungssensor oder dem Drehmomentsensor angewendet wird, wird es möglich, eine Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von Produkten zu unterstützen, und wenn diese Produkte als Bauteile eines Automobilfahrzeugs eingesetzt werden, kann eine erhebliche Reduzierung beim Kraftstoffverbrauch zuverlässig erreicht werden.
Die Dicke des großen Austauschfeder-Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen spezifischen, oben erläuterten Wert beschränkt und kann in Abhängigkeit von verschiedenen Verwendungszwecken geeignet eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Form des großen Magneten entsprechend eingestellt werden, um den verschiedenen Verwendungen zu entsprechen, und ist nicht auf eine spezielle Form beschränkt.
Da einerseits der seltene Erdmagnet zur Oxidation neigt, kann ein Schutzfilm auf die Oberfläche des großen Austauschfeder-Magneten aufgebracht werden. Der Schutzfilm ist nicht auf eine bestimmte Struktur beschränkt und kann geeignete Zusammensetzungen je nach Magneteigenschaften aufweisen, sodass die Dicke bestimmt wird, um einen adäquaten Schutzeffekt zu erzielen. Bei bestimmten Beispielen kann der Schutzfilm einen metallischen Film, einen anorganischen Verbund-Film oder einen organischen Verbund-Film umfassen. Der metallische Film kann Ti, Ta, Ca, Mo oder Ni umfassen. Der anorganische Verbund-Film kann ein Übergangsmetallnitrid wie z. B. TiN, FeN oder CrN oder einen Übergangsmetalloxyd-Film, wie z. B. NiO oder FeO umfassen. Der organische Verbund-Film kann einen Kunstharzfilm, wie z. B. die Epoxydharz, Phenolharz, Polyurethan oder Polyester umfassen. Wenn der Schutzfilm, der aus dem metallischen Film oder dem anorganischen Verbund-Film zusammengesetzt ist, eingesetzt wird, kann der der Schutzfilm vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,01 bis 10 μm aufweisen, und wenn der Schutzfilm aus dem organischen Verbund-Film zusammengesetzt ist, kann der Schutzfilm vorzugsweise eine Dicke von ca. 3 bis 10 μm aufweisen.
Der große Austauschfeder-Magnet kann unter Verwendung von verschiedenen Methoden des Standes der Technik bearbeitet werden. Das heißt, dass die Bearbeitung des großen Magneten durch schleifen (wie z. B. durch Schleifen der äußeren Oberfläche, Schleifen der inneren Oberfläche, Schleifen der Oberflächen oder Schleifen der bearbeiteten Form, usw.), Schneiden (wie z. B. Schneiden der äußeren Oberfläche oder Schneiden der inneren Oberfläche, usw.), Klopfen oder Abfasen durchgeführt werden. Ein Bearbeitungswerkzeug kann ein Diamantwerkzeug, ein GC-Schneidwerkzeug, eine Schneidmaschine der inneren und äußeren Umfänge, eine Schleifmaschine der inneren und äußeren Umfänge, eine Oberflächen-Schleifemaschine, ein NC- Bearbeitungswerkzeug, eine Fräsmaschine oder ein Bearbeitungszentrum sein.
BEISPIEL 1
2 ist ein Diagramm, das einen relativen Wert der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) bezüglich der Veränderungen der x- und y-Werte eines großen Magneten mit einer Nd_xFe_100-x-yB_y-Zusammensetzung veranschaulicht, der bei einer unten aufgeführten Herstellungsbedingung erreicht wird.
Zusammensetzung: Nd_xFe_100-x-yB_y,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 20 m/sec,
Korngröße der Magnetpulver: 100 μm,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 800 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min, Halte-Temperatur von 675°C für eine Halte-Zeitspanne von 5 min und ein Umgebungsdruck während des Abschreckprozesses von 2,6 × 10^–9 Pa.
Wie aus 2 ersichtlich, wird mit x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 das maximale Energieprodukt des Magnets verbessert und im Falle von x = 7,5 ~ 10,5 und y = 5,5 ~ 7,5 zeigt sich, das einen bemerkenswerter Effekt erzielt wird. Es wurde auch bestätigt, dass in Fällen, in denen ein Teil durch Pr oder Dr ersetzt wird, in denen ein Teil Fe durch Co ersetzt wird und in denen den Magnetpulvern als Teil des Fe oder Co eine kleine Menge von ca. 0,4–5,0 Atom% von mehr als einem Element (ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus V, Nb, Cr, Cu, Zn, und Ti) hinzugefügt wird, verbesserte magnetische Eigenschaften in einem ähnlichen Zusammensetzungsbereich verbessert werden.
BEISPIEL 2
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Magneteigenschaften und Veränderungen der Bor-Konzentration und Sauerstoff-Konzentration zwischen den Körnern eines großen Magneten, der mit einer Nd_xFe_100-x-yB_y-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, wobei bei verschiedenen Herstellungsbedingungen x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 ist, im Vergleich mit denen im Innern der Magnetpulver. Wie aus 3 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem das Konzentrationsverhältnis zwischen den Bor-Atomen und den Sauerstoff-Atomen größer als 1,2 ist, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften (das maximale Energieprodukt) verbessert werden.
BEISPIEL 3
4 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften eines großen Magneten, der mit einer Nd_xFe_100-x-yB_y-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 in verschiedenen Herstellungsbedingungen ist, die bezüglich der Dicke des zusammenhängenden Bereichs der zwischen den Körnern der Magnetpulver liegenden Bor-Atome und Sauerstoff-Atome gezeichnet wurde. Wie aus 4 ersichtlich, ist in einen Fall, in dem der zusammenhängende Bereich der Bor-Atome und der Sauerstoff-Atome eine Dicke größer als 65 nm aufweist, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften (das maximale Energieprodukt) verbessert werden.
BEISPIEL 4
5 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₉Dy₁Fe₇₇Co₅Nb₂B₆-Zusammensetzung hergestellt wurde, ver anschaulicht, die bezüglich der Korngröße der Magnetpulver gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der nachfolgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₉Dy₁Fe₇₇Co₅Nb₂B₆,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 30 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 24°C/min, Halte-Temperatur von 650°C für eine Halte-Zeitspanne von 3 min und ein Umgebungsdruck von 2, 6 × 10^–4 Pa.
Wie aus 5 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Korngröße der Magnetpulver in einem Bereich von 20 bis 500 μm bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden, und wenn die Korngröße in einem Bereich von 80 bis 200 μm liegt, weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 5
6 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₇Dy₁Fe₇₄Co₅Cr₅B₈-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich des Verdichtungsdrucks gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₇Dy₁Fe₇₄Co₅Cr₅B₈,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 15 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 30°C/min, Halte-Temperatur von 675°C für eine Halte-Zeitspanne von 5 min und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10^–9 Pa.
Wie aus 6 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem der Verdichtungsdruck in einem Bereich von 300 bis 1200 MPa bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden, und wenn der Verdichtungsdruck in einem Bereich von 500 bis 1200 MPa liegt, weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 6
7 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₄Tb₁Fe₈₁Co₇Cu₃B₄-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich der Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₄Tb₁Fe₈₁Co₇Cu₃B₄,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 50 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 500 Mpa, Halte-Temperatur von 640°C, eine Halte-Zeitspanne von 8 min und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10^–4 Pa.
Wie aus 7 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 40°C/min bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden, und wenn die Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 10 bis 25°C/min liegt, weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 7
8 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₁₀Fe₇₅Co₈V₁B₆-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich der Halte-Temperatur gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₁₀Fe₇₅Co₈V₁B₆
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 15 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 22°C/min, eine Halte-Zeitspanne von 0 min und einem Umgebungsdruck von 2,6 × 10^–4 Pa.
Wie aus 8 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Halte-Temperatur in einem Bereich von 550 bis 800°C bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden, und noch vorteilhafter bei der Halte-Temperatur in einem Bereich von 650 bis 700°C weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 8
9 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₈Dy₁Fe₇₅Co₄V₂B₇-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich der Halte-Zeitspanne gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₈Dy₁Fe₇₅Co₄V₂B₇,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess bei einer Umfangsgeschwindigkeit einer
Walze = 20 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 300 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 10°C/min, eine Halte-Temperatur von 700°C und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10^–4 Pa.
Wie aus 9 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Halte-Zeitspanne in einem Bereich von 0 bis 10 min bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden und noch vorteilhafter für die Halte-Zeitspanne von 0 bis 3 min weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 9
10 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₈Tb₂Fe₇₅Co₅Nb₂B₈-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit der Walze gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₈Tb₂Fe₇₅Co₅Nb₂B₈,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 25°C/min, eine Halte-Zeitspanne von 2 min, eine Halte-Temperatur von 680°C und ein Umgebungsdruck von 2,6 × 10^–9 Pa.
Wie aus 10 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem die Umfangsgeschwindigkeit der Walze in einem Bereich von 10 bis 60 m/sec bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden und noch vorteilhafter bei der Umfangsgeschwindigkeit von 15 bis 35 m/sec weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 10
11 ist ein Diagramm, das eine Kurve der Magneteigenschaften (maximales Energieprodukt) eines großen Magneten, der mit einer Nd₁₀Fe₇₅Co₈V₁B₆-Zusammensetzung hergestellt wurde, veranschaulicht, die bezüglich des Umgebungsdrucks während des Sinterschritts gezeichnet wurde, wobei der große Magnet unter der folgenden Herstellungsbedingung gefertigt wurde:
Zusammensetzung: Nd₁₀Fe₇₅Co₈V₁B₆,
Herstellungsbedingung der Magnetpulver: schneller Flüssigkeits-Abschreckprozess mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walze von 20 m/sec,
Sinterbedingung: Verdichtungsdruck = 1000 Mpa, Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min, eine Halte-Zeitspanne von 0 min und eine Halte-Temperatur von 650°C.
Wie aus 11 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem der Umgebungsdruck in einem Bereich von 1 × 10^–9 bis 9,5 Pa bleibt, zu erkennen, dass die Magneteigenschaften verbessert werden und noch vorteilhafter bei dem Umgebungsdruck von 2 × 10^–9 bis 3 Pa weiter verbesserte Magneteigenschaften erzielt werden.
BEISPIEL 11
12 zeigt ein Beispiel der Vorrichtung, die aus einem Antriebsmotor 20 besteht, der den großen Magneten 12 der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybrid-Elektrofahrzeug enthält. Insbesondere umfasst der Antriebsmotor 20 einen Stator 22, der mit Stator- Wicklungen 29 ausgebildet ist, und einen Rotor 26. Der Rotor 26 umfasst eine Mehrzahl der großen Magneten 12, die oben beschrieben wurden. Vergleichstests zwischen dem Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung und dem Antriebsmotor des Standes der Technik, der die kommerziell verfügbaren gebondeten Magnete verwendet, haben ergeben, dass der Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung das 1,4 mal größere maximale Drehmoment als der Antriebsmotor des Standes der Technik aufweist.
Es wird auf JP-A-2002-100507 Bezug genommen.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und wird dem Durchschnittsfachmann angesichts der Lehre einleuchten. Der Schutzumfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

Großer Austauschfeder-Magnet (12): mit verdichteten Magnetpulvern (10), die eine harte Phase und eine weiche Phase umfassen; und mit Bor-Atomen und Sauerstoff-Atomen; wobei die Bor-Atome und die Sauerstoff-Atome in Grenzbereichen (16) zwischen Körnern (14) der verdichteten Magnetpulver zusammenhängen.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetpulver (10) aus einer Zusammensetzung aufgebaut sind, die durch Nd_xFe_100-x-yB_y ausgedrückt wird, wobei x = 4 ~ 11 und y = 3 ~ 8 ist.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetpulver (10) aus einer Zusammensetzung aufgebaut sind, die durch Nd_xFe_100-x-yB_y ausgedrückt wird, wobei x = 7, 5 ~ 10, 5 und y = 5, 5 ~ 7, 5 ist.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1–3, wobei: die Konzentrationsrate zwischen der Konzentration der in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der verdichteten Magnetpulver liegenden Bor-Atome und der im Inneren der Körner der verdichteten Magnetpulver enthaltenen, größer als 1,2 gewählt wird; und wobei die Konzentrationsrate zwischen der Konzentration der in den Grenzbereichen zwischen den Körnern der verdichteten Magnetpulver liegenden Sauerstoff-Atome und der im Inneren der Körner der verdichteten Magnetpulver enthaltenen, größer als 1,2 gewählt wird.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Grenzbereiche (16) eine Dicke größer als 65 nm aufweist.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Magnetpulver (10) eine Korngröße aufweisen, die von 20 bis 500 μm reicht.
Großer Austauschfeder-Magnet (12) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Magnetpulver (10) eine Korngröße aufweisen, die von 80 bis 200 μm reicht.
Herstellungsverfahren eines großen Austauschfeder-Magneten gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 7, das folgendes aufweist: Verdichten der Magnetpulver auf einen Verdichtungsdruck, der von 300 bis 1200 Mpa reicht; Erhitzen der Magnetpulver in einem verdichteten Zustand bei einer Anfangstemperatur, die von 25°C bis zu einer Halte-Temperatur von 550 bis 800°C, bei einer Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit, die von 5 bis 40°C/min reicht; Halten der verdichteten Magnetpulver für eine Zeitspanne von 0,01 bis 10 min an der Halte-Temperatur, um dadurch die Magnetpulver zu verdichten; und Beibehalten des Drucks auf einem Wert, unter dem die Magnetpulver gesintert werden, der von 1 × 10^–9 bis 9,5 Pa reicht.
Herstellungsverfahren eines großen Austauschfeder-Magneten gemäß Anspruch 8, wobei die Halte-Temperatur von 650 bis 700°C reicht, bei einer Temperatur-Erhöhungsgeschwindigkeit, die im Bereich von 10 bis 25°C/min liegt, und die Zeitspanne zum Halten der verdichteten Magnetpulver an der Halte-Temperatur 0,01 bis 3 min beträgt.
Herstellungsverfahren eines großen Austauschfeder-Magneten gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Magnetpulver aus einem schnell abgeschreckten Streifen hergestellt werden, der durch Zuführung eines geschmolzenen Metalls zu einer Walze ausgebildet wird, die sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, die im Bereich von 10 bis 60 m/sec liegt.
Herstellungsverfahren eines großen Austauschfeder-Magneten gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Magnetpulver aus einem schnell abgeschreckten Streifen hergestellt werden, der durch Zuführung eines geschmolzenen Metalls zu einer Walze ausgebildet wird, die sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, die im Bereich von 15 bis 35 m/sec liegt.
Herstellungsverfahren eines großen Austauschfeder-Magneten gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei der Druck, bei dem die Magnetpulver gesintert werden, bei einem Wert bleibt, der in einem Bereich von 2 × 10^–9 bis 3 Pa liegt.
Vorrichtung (20), die mit einem großen Austauschfeder-Magneten gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 7 ausgestattet ist.