生產永磁體的方法及永磁體和帶有此類永磁體的電動機器的制造方法
【專利說明】生產永磁體的方法及永磁體和帶有此類永磁體的電動機器
[0001] 本發明涉及一種用于生產永磁體的方法及一種優選為納米結構的、能夠用該方法 生產的永磁體。本發明還涉及一種電動機器，該電動機器包括至少一個此類的永磁體。
[0002] 對性能卓越的永磁體的需求不斷提高，這些永磁體例如用在電動機器中。在電馬 達中的永磁體尤其被用于牽引機動車輛，這些永磁體在電動性（Elektromobiltot)增加的 過程中獲得關注。主要使用SE-TM-B或SE-TM類型的稀土合金作為具有高的矯頑力的磁性 的或可磁化的合金，其中SE是一種稀土元素，TM是鐵族的一種過渡金屬（Fe、Co、Ni)并且 B是硼。在從這些材料生產磁體時，在成品磁體中爭取達到理論上盡可能小的粒度，即在磁 籌的尺度（〈Ιμπι)內，以便使該緊湊的磁體在理想情況下由多個單籌晶體組合成，由此獲 得特別高的磁場強度。
[0003] 典型的生產方法包括如下工藝步驟：將磁性的初始材料粉末化；將該粉末在具有 或不具有外部的磁場時壓制成生坯，從而成型為一個期望的構型；燒結該生坯用于進一步 壓縮（高溫處理）；任選地退火（熱處理或低溫處理）以便使磁基體中的應力下降并且結構 穩定；進行機械后處理（切割、磨削）和在磁場中磁化。也部分地相互組合不同的工藝步驟 和改變順序。例如已知的是熱壓方法，其中在如下溫度下進行壓制，該溫度導致該磁性材料 的力學壓縮并由此使單獨的燒結過程是多余的。此外，通常在外部的磁場中進行壓制（其 中產生磁各向異性的磁體），以便省去后續的磁化。熱壓時，在壓制期間不使用磁場。而是 在壓制之后使這些部件磁化。
[0004] 在現有技術中使用的燒結工藝中，該粉末化的磁性材料經受高溫（略低于該磁性 材料的熔化溫度）。在所提及的稀土合金中，在l-3h的燒結時間下典型地使用在KKKTC和 1150°C之間的燒結溫度（在同時施用壓力的情況下對應較低的溫度）。在此導致顆粒的壓 縮和機械連接。此外，顆粒表面發生部分熔化，以便使這些顆粒表面在其顆粒界限處也材料 配合地彼此相連接（在液相中燒結）。燒結的不期望的伴隨現象是晶體生長，這即使在使用 非常精細的粉末（具有在爭取獲得的〈1μm的范圍內的顆粒直徑）時也導致在3至10μm 的數量級內的粒度。然而，這些粒度影響磁體的磁性性能。
[0005] 所提及的磁性材料的另一個問題在于：這些尤其為粉末形式的合金非常容易自 燃，即在存在氧氣和濕度的情況下容易燃燒。這在生產時需要特別的保護措施，例如在惰性 保護氣體下的加工及該磁體的后續的涂覆和嵌入。還有問題的是磁體合金的腐蝕傾向，該 腐蝕傾向同樣導致磁性性能的減弱。
[0006] 為了提高該磁體的耐熱性，在現有技術中已知另一種方法步驟為"晶界擴散工藝 (GrainBoundaryDiffusionProcess) "（GBDP)。在此，另一種材料（例如鏑、鋪或銅）通 過擴散進入該磁體中。該材料在這些晶體界限之間富集并且提高了這些顆粒的晶格的結構 強度并由此提高了耐熱性。GBDP的缺點在于，該方法步驟是高耗費且耗時間的。此外，擴散 工藝被限制到5mm之下的范圍內的材料厚度上并且形成了所使用的材料的有問題的濃度 梯度。因此在明顯較厚的磁體上的應用可能導致該磁體的不均勻的磁場強度。還必須保護 以此方式生產的磁體免受腐蝕。為此可以使用由鎳、環氧樹脂等等組成的涂層。
[0007] EP1 744 328B1描述了一種用于生產磁體的方法，其中生產SE-Fe-B類型的磁 性材料的粉末，并且首先用稀土氧化物粉末以及然后用聚乙烯醇溶液制成的玻璃粉末來浸 漬該粉末，以獲得經涂覆的磁性顆粒。這些顆粒在干燥后首先在提高的壓力（49MPa)下在 磁場中成形為生坯，并且這些生坯在熱壓方法（294MPa，730°C)中被熱壓縮或熱鍛造成磁 體。這導致如下結構，在該結構中這些磁性顆粒嵌入到基質中，該基質具有一個玻璃相和在 該玻璃相中分布的稀土氧化物顆粒。在這些磁性顆粒和該玻璃相之間的邊界面處形成一個 層，該層由該磁性材料和該稀土元素的一個合金相以及在該合金相中分布的稀土氧化物顆 粒組成。還公開了上述方法的一個變體，其中在噴涂工藝中才用稀土氧化物來涂覆該磁性 材料的粉末。接著再次進行前面所述的（用該稀土氧化物粉末和該玻璃粉末）濕浸漬和后 續的干燥、成形及熱壓。在這種情況下產生如下結構，該結構通過另一個層與前面的結構相 異，該層安排在該合金層與這些磁性顆粒之間并由該稀土氧化物組成。
[0008]JP01272101A公開了 ：用一種堿金屬硅酸鹽，例如所謂的水玻璃（Na20/Si02)、硅 酸鉀或硅酸鋰來處理SE-TM-B類型磁性材料粉末的表面。
[0009] 根據JP03295204A，使稀土合金粉末化，并將該粉末與水性的水玻璃溶液（Na20/ Si02)混合。將這些由此用水玻璃涂覆的粉末顆粒干燥、成型并且熱壓成緊湊的磁體。
[0010] 從EP0 255 816A2已知一種用于生產基于SE-Fe-B-合金的磁體的方法，其中首 先將該初始材料粉碎并加工成粉末。然后該粉末在300°C至1000°C下經受熱處理并且接著 用陶瓷的或金屬的腐蝕保護層進行涂覆，其中該金屬層以電解的方式實現。這些以此方式 生產的、經涂覆的顆粒在具有或不具有磁場的情況下被壓制成磁體，其中金屬粉末、陶瓷粉 末或塑料粉末的添加劑能夠添加到待壓縮的粉末以便改善強度。
[0011] 根據US2011/0037548A1，在一種濕磨方法中在獲得〈3μm的顆粒大小的情況下 將一種磁性材料（例如Nd-Fe-B)粉末化，并借助一種高熔點的金屬的有機化合物或一種 高熔點的陶瓷的前體將該磁性材料加工成漿料，其中用該有機金屬化合物或該陶瓷前體來 涂覆這些磁性顆粒。提及Ta、Mo、W和Nb作為高熔點的金屬并且提及BN和A1N作為陶瓷。 在添加一種熱塑性或熱固性的聚合物粘合劑之后，將漿料澆鑄成期望的形狀并在ll〇〇°C和 1150°C之間的溫度下燒結。在此，該有機金屬化合物或該陶瓷前體形成一個包圍該磁性顆 粒的層，該層應在燒結期間阻止晶體生長。在US2011/0267160A1中公開的方法與前述方 法的不同之處實質在于：使用溶解在一種防腐蝕的、礦物的或合成的油中的形式的有機金 屬化合物或陶瓷前體來代替粘合劑。
[0012] EP0 452 580B1(DE690 33 178T2)描述了一種用于生產與聚合物結合的、圓 柱形的磁體的方法。為此從至少90質量％的金屬粉末、熱塑性的聚合物顆粒和由硬脂酸或 蠟組成的潤滑劑添加劑生產出一種混合物。該混合物填料到加熱的擠出機中并熔化并通過 加載有磁場的噴嘴擠出成多個圓柱體，這些圓柱體在凝固后被切割。
[0013] 本發明所基于的目的在于，提供一種用于生產結構精細的永磁體的方法，借助于 該方法能夠更簡單地或更成本有效地生產磁體，這些磁體是耐熱且耐腐蝕的并且具有高的 磁性性能。該目的還在于，提供一種改善的、耐熱且耐腐蝕的磁體。
[0014] 這些目的通過具有獨立權利要求的特征的一種用于生產永磁體的方法、能夠用該 方法生產的一種對應的永磁體以及一種包括此類永磁體的電動機器實現。
[0015] 根據本發明的用于生產永磁體的方法包括以下步驟：
[0016] (a)生產混合物（原料），該混合物包括
[0017] -磁性材料的粉末，以及
[0018] -粘合劑組合物，該粘合劑組合物包括用于二氧化硅的至少一種前體化合物和至 少一種另外的氧化物的至少一種前體化合物，
[0019] (b)使該混合物成型為生坯；
[0020] (c)對該生坯進行熱處理，以便將該粘合劑組合物（14)的至少部分轉化為這些氧 化物，以及
[0021] (d)與步驟（c)彼此前后相繼地或同時地，燒結該生坯從而形成玻璃基質、陶瓷基 質或玻璃陶瓷基質，該磁性材料的顆粒嵌入該基質。
[0022] 通過根據本發明的方法獲得一種磁體，該磁體具有該磁性材料的芯，所述芯嵌入 到由玻璃、玻璃陶瓷組成的基質中。該基質由該粘合劑組合物形成，尤其由該二氧化硅和該 至少一種另外的氧化物形成。在此，