磁性复合材料的合成 |
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| 申请号 | CN201180065984.6 | 申请日 | 2011-11-29 | 公开(公告)号 | CN103329221A | 公开(公告)日 | 2013-09-25 |
| 申请人 | 罗伯特·博世有限公司; | 发明人 | A.维尔德; K.克莱内哈肯坎普; J.根兹勒; J.里森; U.艾泽勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 磁性 复合材料 的制备方法，其包括将硬磁性颗粒和软磁性颗粒从悬浮液中通过 电泳 沉积到 电极 上，以及涉及使用该方法制备的复合材料和其在制备 永磁体 方面的应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 磁性复合材料的制备方法，其包括将硬磁性颗粒和软磁性颗粒通过电泳沉积到电极上。 |
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| 说明书全文 | 磁性复合材料的合成[0001] 具有高的能量密度的永磁体在许多工业领域具有重要的意义。永磁体是指由一块可磁化材料形成的磁体，该磁体在不需要电流的情况下保持着它的静磁场。永磁体可以由不同的材料制备，例如钢、铁素体、铋化锰（铋和锰）、铝-镍-钴(AlNiCo)、钐钴(SmCo)或钕-铁-硼（NdFeB）。目前商业上能够购得的最强永磁体是NdFeB磁体。 [0002] 进一步提高磁体的能量密度，即提高基于磁体体积的磁性能量可以提高电动机的效率、在相同的能量密度的情况下减小磁体的重量%和/或减小具有相同能量密度的磁体的空间需求。通过在直接相互接触的硬磁性和软磁性颗粒之间的所谓交换耦合可以提升磁体能量密度(Coehorn等人; J. Phys. Colloq. 49 (1988) C8-669; Skomski等人; Phys. Rev. B 48 (1993) 15812)。根据这些理论上的考虑，当硬磁性颗粒和软磁性颗粒在布洛赫壁厚度的数量级、即通常纳米尺寸时,效果特别强。 [0003] 交换耦合的磁体的作用原理尽管在约20年前描述过，但是至今仅能受限地应用在实践中。 [0004] 永磁体通常由晶体粉末制备，优选由单晶和单域的粉末制备。这些粉末在强磁场下压制成型。其中这些晶体优选的磁化轴指向磁场方向。然后将这些压制件烧结。在超过1000℃的烧结温度下向外有效的磁化消失，因为原子的热运动导致尽可能反平行的自旋取向。因为在烧结复合体中保持了颗粒的结晶取向和因此磁结晶优选方向，也可以在磁体冷却以后通过足够强的磁化脉冲再次制得磁性的平行取向。 [0005] 原则上，在常见的永磁体制备方法的范围内交换耦合所要求的样品纳米结构化可以通过压实纳米颗粒或者通过合适的体积材料(Volumenmaterial)加工工艺而实现。然而，在使用纳米颗粒时存在的困难在于，如何通过传统的方法，例如通过压制，将这些颗粒压实成有序的固体。有序的固体是指空间上规则地交替地布置所述两相，即硬磁性相和软磁性相，其中单相区域的特征长度仅仅略有变化。为了达到所希望的高的磁体能量密度，需要具有典型的在布洛赫壁厚度的数量级的相长度，例如1-100nm的固体。 [0006] 在现有技术中已知通过将体积材料纳米结构化而制备的样品。但是，迄今仅仅描述过各向同性的材料(Goll和Kronmüller; Naturwissenschaften 87 (2000) 423- 438)，因为基于大于居里温度的回火(Glueh)温度不可能诱导出优选方向。这些材料的能量密度尽管高于可比较的、非交换耦合的各向同性材料的能量密度，但低于各向异性的非交换耦合磁体（如市售的烧结过的NdFeB磁体）的能量密度。由于这些原因，迄今通过纳米结构化能够得到的磁体从技术和经济的角度看仅仅具有有限的重要性。 [0008] 在CN-101013628 A中公开了保护多孔磁体和借助阴极电泳进行密封的方法。在CN-1619718 A中也描述了使用结合(gebunden)的NdFeB磁体进行阴极电泳的方法。发明内容 [0009] 在电泳过程中，表面带电的颗粒在电场中在介电液体中沉积到电极上。在颗粒完美分散的情况下，其直到沉积时一直保持着分散的状态。由此，它们可以在沉积时找到能量上有利的位置，即在已经沉积的颗粒的缝隙中。在电泳过程中（与大多数其他成型方法相反），颗粒的整合加固(Konsolidierung)不是由局部摩擦来决定的，局部摩擦将导致不好地和无序地堆积的物体。 [0010] 在电泳过程中，沉积的速度不依赖于颗粒的大小。因此，电泳是唯一的其中整合加固速度不取决于颗粒大小的粉末冶金成型方法。因此，电泳非常适合用于纳米尺寸粉末的加工。通过颗粒从悬浮液中的电泳沉积可以有序地排列这些颗粒。特别地，在纳米尺寸颗粒从悬浮液中电泳沉积的过程中，有序地排列这些纳米尺寸颗粒可以通过随后的烧结压实制备纳米尺寸的有序体。 [0011] 对于使用本发明方法可以制备的有序体，将分别以颗粒形式存在的硬磁性相和软磁性相结合成固体，即复合材料，其包含具有特征长度的空间上规则排列的相。当将纳米尺寸颗粒用于硬磁性相和软磁性相时，使用本发明方法可以制备纳米尺寸的有序体。 [0012] 通过适当的方法改良也可以实现所述固体的纹理化或各向异性，例如通过施加外部磁场、通过使用各向异性颗粒或具有特别形状的颗粒和/或电泳室中特别的流量比例和/或通过特定布置电极。 [0013] 本发明的主题是磁性复合材料的制备方法，其包括将硬磁性颗粒和软磁性颗粒从悬浮液中通过电泳沉积到电极上。该沉积过程借助适当的电场在通常两个电极之间进行，其中颗粒的沉积优选发生在电极上。使用这种方法可以制备特别均匀有序的复合材料。 [0014] 在本发明的一个特别优选的实施方式中，所述硬磁性颗粒和所述软磁性颗粒是纳米尺寸的。 [0015] 使用纳米尺寸颗粒可以制备特别均匀有序的纳米复合材料，该纳米复合材料可以进一步加工成永磁体、优选具有高的能量密度的永磁体。 [0016] 所述硬磁性颗粒和软磁性颗粒优选选自金属材料、金属间化合物和氧化物材料。氧化物材料例如是铁素体。铁素体是不良导电的或不导电的亚铁磁性陶瓷材料，其由来自氧化铁，镍-、锌-、锰-、钡-、锶-和/或其它金属氧化物的化合物组成，其中该化合物通过通式AB204表示，其中A = Fe(II), Ni, Zn, Mn, Ba, Sr等，而B = Fe(III)。软磁性铁素体和硬磁性铁素体要进行区分。硬磁性铁素体除了氧化铁还含有钡和/或锶，并通过煅烧从氧化铁（III）和碳酸钡或者碳酸锶而制备。软磁性铁素体通过添加镍、锌和/或锰化合物而制备。 [0017] 在本发明方法的另一或额外的实施方式中，所述硬磁性颗粒和所述软磁性颗粒具有各向异性。各向异性是指性能或者过程的方向依赖性。通过使用具有各向异性的颗粒，可以实现这些颗粒在复合材料中定向的排列。 [0018] 作为本发明方法的原料使用悬浮液，该悬浮液以所想要的量比例和以合适的固体含量在合适的悬浮剂中包含所想要的颗粒。 [0019] 所述用于软磁性颗粒的合适材料可以选自包括铁、铁基合金、碳化铁、镍和钴、软铁素体，例如NiZn或者MnZn的组。 [0020] 所述用于硬磁性颗粒的合适材料可以选自钴-钐(SmCo5、Sm2Co17、Sm(Co、Cu、Fe、Zr)z)、钕-铁-硼(NdFeB)、AlNiCo合金、基于钡的硬铁素体、基于锶的硬铁素体，PtCo合 |
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