台湾专利TW201301314A 稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法

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专利摘要:
本發明提供一種能提高淨成形性且簡化製造步驟及提高生產性的稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法。本發明係以如下方式構成：將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末，藉由使經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而生成混合物。並且，使所生成之混合物成形為片狀而製作生胚片材。其後，藉由使所製作之生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間而使黏合劑藉由解聚反應等而分解為單體並飛散而去除，藉由SPS燒結等加壓燒結對去除黏合劑之生胚片材進行燒結，藉此製造永久磁鐵1。
公开号:TW201301314A
申请号:TW101109748
申请日:2012-03-21
公开日:2013-01-01
发明作者:Izumi Ozeki；Katsuya Kume；Toshiaki Okuno；Tomohiro Omure；Takashi Ozaki；Keisuke Taihaku
申请人:Nitto Denko Corp；
IPC主号:H01F41-00

专利说明:
稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法
本發明係關於一種稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法。
近年來，關於油電混合車或硬碟驅動器等中所使用之永久磁鐵馬達，要求小型輕量化、高功率化、高效率化。因此，於實現上述永久磁鐵馬達之小型輕量化、高功率化、高效率化時，對於埋設於馬達中之永久磁鐵，要求薄膜化及磁特性之進一步提高。
此處，作為用於永久磁鐵馬達之永久磁鐵的製造方法，先前以來通常係使用粉末燒結法。此處，粉末燒結法係首先製造將原材料藉由噴射磨機(乾式粉碎)等粉碎之磁鐵粉末。其後，將該磁鐵粉末放入模具中，一面自外部施加磁場一面壓製成形為所期望之形狀。並且，藉由將成形為所期望之形狀的固體狀之磁鐵粉末於特定溫度(例如Nd-Fe-B系磁鐵為1100℃)下燒結而製造(例如，日本專利特開平2-266503號公報)。先前技術文獻專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平2-266503號公報(第5頁)
然而，若藉由上述粉末燒結法而製造永久磁鐵，則有以下問題方面。即，於粉末燒結法中，為了進行磁場配向而必需確保壓製成形之磁鐵粉末有一定之空隙率。並且，若將具有一定之空隙率之磁鐵粉末燒結，則難以使燒結時所產生之收縮均勻，而於燒結後產生翹曲或凹陷等變形。又，由於壓製磁鐵粉末時會產生壓力不均，因此燒結後之磁鐵會變疏密而於磁鐵表面產生應變。因此，先前必需預先假定磁鐵表面形成應變，並以大於所期望之形狀之尺寸將磁鐵粉末壓縮成形。並且，於燒結後進行金剛石切削研磨工作，並進行修正成所期望之形狀之加工。其結果為，有使製造步驟增加，並且所製造之永久磁鐵的品質降低之虞。
又，尤其是若藉由如上所述方式將薄膜磁鐵自較大尺寸之塊體切出而製造，則產生材料良率之顯著降低。又，亦產生加工工時大幅增加之問題。
另一方面，關於永久磁鐵之磁特性，已知由於磁鐵之磁特性係藉由單磁區微粒子理論引導，故而若使燒結體之結晶粒徑微小則磁性能基本上會提高。此處，為了使燒結體之結晶粒徑微小，必需使燒結前之磁鐵原料之粒徑亦微小。然而，即便使微粉碎成微小之粒徑之磁鐵原料成形並進行燒結，燒結時亦產生磁鐵粒子之晶粒生長，因此燒結後之燒結體之結晶粒徑亦變得大於燒結前，無法實現微小之結晶粒徑。並且，若結晶粒徑變大，則由於粒內所產生之磁壁容易移動，逆磁區之體積增大故而使保磁力顯著下降。
本發明係為了解決上述先前之問題方面而成者，其目的在於，提供一種藉由使磁鐵粉末生胚片材化並利用加壓燒結進行燒結，可抑制燒結時之晶粒生長，又，可防止燒結後之磁鐵中產生翹曲或凹陷等變形，並提高淨成形性而能簡化製造步驟及提高生產性的稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法。
為了達成上述目的，本發明之稀土類永久磁鐵之特徵在於藉由如下步驟製造：將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末之步驟，生成使上述經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而成之混合物的步驟，使上述混合物成形為片狀而製作生胚片材之步驟，藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由單軸加壓燒結而進行燒結。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由通電燒結而進行燒結。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之前，藉由將上述生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間，而使上述黏合劑飛散並去除。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之特徵在於：於使上述黏合劑飛散並去除之步驟中，使上述生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下以200℃~900℃保持一定時間。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法之特徵在於具有：將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末之步驟，生成使上述經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而成之混合物的步驟，生成上述混合物之步驟，使上述混合物成形為片狀而製作生胚片材之步驟，藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由單軸加壓燒結而進行燒結。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由通電燒結而進行燒結。
又，本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法之特徵在於：於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之前，藉由將上述生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間，而使上述黏合劑飛散並去除。
進而，本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法之特徵在於：於使上述黏合劑飛散並去除之步驟中，使上述生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下以200℃~900℃保持一定時間。
根據具有上述構成之本發明之稀土類永久磁鐵，由於使用加壓燒結進行燒結，因此可降低燒結溫度並抑制燒結時之晶粒生長。因此，可提高磁性能。又，使燒結引起之收縮變得均勻而不產生燒結後之翹曲或凹陷等變形，又，由於消除壓製時之壓力不均，故而無需先前進行之燒結後之修正加工，可使製造步驟簡化。藉此，可以較高尺寸精度使永久磁鐵成形。又，即便為使永久磁鐵薄膜化之情形時，亦不會降低材料良率而可防止加工工時增加。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵，於藉由加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，係藉由單軸加壓燒結而進行燒結，因此燒結引起之收縮變得均勻，故而可防止產生燒結後之翹曲或凹陷等變形。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵，於藉由加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，係藉由通電燒結而進行燒結，因此可急速升溫/冷卻，又，可實現較低溫度區域下之燒結。其結果為，可縮短燒結步驟中之升溫/保持時間，可製作抑制磁鐵粒子之晶粒生長的緻密之燒結體。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵，於藉由加壓燒結而燒結生胚片材前，藉由使生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間而使黏合劑飛散並去除，因此可預先降低磁鐵內含有之碳量。其結果為，可抑制燒結後之磁鐵的主相內析出αFe，可緻密地燒結磁鐵整體，並防止保磁力降低。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵，藉由將混練黏合劑而成之生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下預燒，可更確實地降低磁鐵內含有之碳量。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法，由於使用加壓燒結而燒結永久磁鐵，因此可降低燒結溫度並抑制燒結時之晶粒生長。因此，可使所製造之永久磁鐵之磁性能提高。又，因此使製造之永久磁鐵中，燒結引起之收縮變得均勻而不產生燒結後之翹曲或凹陷等變形，又，由於消除壓製時之壓力不均，故而無需先前進行之燒結後之修正加工，可使製造步驟簡化。藉此，可以較高尺寸精度使永久磁鐵成形。又，即便為使永久磁鐵薄膜化之情形時，亦不會降低材料良率而可防止加工工時增加。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法，由於加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，藉由單軸加壓燒結而進行燒結，因此燒結導致之永久磁鐵之收縮變得均勻，故而可防止燒結後之永久磁鐵中產生翹曲或凹陷等變形。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法，由於藉由加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，藉由通電燒結而進行燒結，因此可急速升溫/冷卻，又，可實現較低溫度區域下之燒結。其結果為，可縮短燒結步驟中之升溫/保持時間，可製作抑制磁鐵粒子之晶粒生長的緻密之燒結體。
又，根據本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法，由於藉由加壓燒結而燒結生胚片材前，藉由使生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間而使黏合劑飛散並去除，因此可預先降低磁鐵內含有之碳量。其結果為，可抑制燒結後之磁鐵的主相內析出αFe，可緻密地燒結磁鐵整體，並防止保磁力降低。
進而，根據本發明之稀土類永久磁鐵之製造方法，藉由將混練黏合劑而成之生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下預燒，可更確實地降低磁鐵內含有之碳量。
以下，一面參照圖式，一面對將本發明之稀土類永久磁鐵及稀土類永久磁鐵之製造方法具體化的一實施形態進行詳細說明。 [永久磁鐵之構成]
首先，對本發明之永久磁鐵1之構成進行說明。圖1為表示本發明之永久磁鐵1的整體圖。再者，雖然圖1所示之永久磁鐵1具備扇型形狀，但永久磁鐵1之形狀係根據衝壓形狀而發生變化。
本發明之永久磁鐵1為Nd-Fe-B系磁鐵。再者，將各成分之含量設為Nd：27~40 wt%、B：1~2 wt%、Fe(電解鐵)：60~70 wt%。又，亦可為了提高磁特性而少量含有Dy、Tb、Co、Cu、Al、Si、Ga、Nb、V、Pr、Mo、Zr、Ta、Ti、W、Ag、Bi、Zn、Mg等其他元素。圖1為表示本實施形態之永久磁鐵1的整體圖。
此處，永久磁鐵1為具備例如0.05 mm~10 mm(例如4 mm)之厚度之薄膜狀永久磁鐵。並且，如下所述藉由對將磁鐵粉末與黏合劑混合而成之混合物(漿料或複合物)成形為片狀之成形體(生胚片材)進行加壓燒結而製作。
此處，作為燒結生胚片材之加壓燒結，例如有：熱壓燒結、熱均壓(HIP，Hot Isostatic Pressing)燒結、超高壓合成燒結、氣體加壓燒結、放電電漿(SPS，Spark Plasma Sintering)燒結等。其中，為了抑制燒結時磁鐵粒子之晶粒生長，較理想為使用以相對較短時間且更低溫進行燒結之燒結方法。又，較理想為使用可減少燒結後之磁鐵所產生之翹曲的燒結方法。因此，尤其於本發明中，於上述燒結方法中，較理想為使用對單軸方向加壓之單軸加壓燒結且係藉由通電燒結進行燒結之SPS燒結。
此處，SPS燒結係對於內部配置有燒結對象物之石墨製燒結模具一面對單軸方向加壓一面加熱之燒結方法。又，於SPS燒結中，藉由脈衝通電加熱與機械加壓，除了通常之燒結所使用之熱能及機械能以外，亦將脈衝通電之電磁能或被加工物之自身發熱及粒子間產生之放電電漿能等複合地作為燒結之驅動力。因此，亦可比電爐等之環境加熱更急速升溫/冷卻，又，可實現較低溫度區域下之燒結。其結果為，可縮短燒結步驟中之升溫/保持時間，可製作抑制磁鐵粒子之晶粒生長的緻密之燒結體。又，由於燒結對象物係以對單軸方向加壓之狀態而燒結，故而可減少燒結後產生之翹曲。
又，進行SPS燒結時，係使將生胚片材衝壓成所期望之製品形狀(例如，圖1所示之扇形形狀)而成的成形體配置於SPS燒結裝置之燒結模具內而進行。並且，於本發明中，為了提高生產性，係如圖2所示使複數(例如10個)個成形體2同時配置於燒結模具3內而進行。此處，於本發明中，如下所述將生胚片材之厚度精度設為相對於設計值±5%以內，更佳為±3%以內，進而較佳為±1%以內。其結果為，本發明中如圖2所示，即便為使複數(例如10個)個成形體2同時配置於燒結模具3內進行燒結之情形時，各成形體2之厚度d亦均勻，因此關於各成形體2，可不產生加壓值或燒結溫度之偏差而適當地燒結。另一方面，若生胚片材之厚度精度較低(例如相對於設計值為±5%以上)，則如圖3所示，於使複數(例如10個)個成形體2同時配置於燒結模具3內進行燒結之情形時，各成形體2之厚度d存在偏差，因此產生各成形體2之脈衝電流之通電的不均衡，又，關於各成形體2，加壓值或燒結溫度產生偏差而無法適當地燒結。再者，於同時燒結複數個成形體2之情形時，亦可使用具備複數個燒結模具之SPS燒結裝置。並且，亦可以如下方式構成：分別對SPS燒結裝置所具備之複數個燒結模具配置成形體，同時進行燒結。
又，本發明中製作生胚片材時磁鐵粉末中所混合之黏合劑可使用樹脂、長鏈烴、脂肪酸甲酯或該等之混合物等。
進而，於黏合劑中使用樹脂之情形時，例如使用聚異丁烯(PIB，polyisobutene)、丁基橡膠(IIR，isobutylene isoprene rubber)、聚異戊二烯(IR，isoprene rubber)、聚丁二烯、聚苯乙烯、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物(SIS，Styrene-isoprene-styrene)、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS，Styrene-Butadiene-Styrene)、2-甲基-1-戊烯聚合樹脂、2-甲基-1-丁烯聚合樹脂、α-甲基苯乙烯聚合樹脂、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。再者，較理想為對於α-甲基苯乙烯聚合樹脂添加低分子量之聚異丁烯以賦予柔軟性。又，作為用於黏合劑之樹脂，為了降低磁鐵內含有之氧量，較理想為使用結構中不含有氧原子且具有解聚性之聚合物(例如，聚異丁烯等)。
再者，於藉由漿料成形而使生胚片材成形之情形時，為了使黏合劑適當地溶解於甲苯等通用溶劑中，作為用於黏合劑之樹脂，較理想為使用聚乙烯、聚丙烯以外之樹脂。另一方面，於藉由熱熔成形使生胚片材成形之情形時，為了於將成形之生胚片材加熱軟化的狀態下進行磁場配向，較理想為使用熱塑性樹脂。
另一方面，於黏合劑中使用長鏈烴之情形時，較佳為使用室溫下為固體、室溫以上為液體之長鏈飽和烴(長鏈烷烴)。具體而言，較佳為使用碳數18以上之長鏈飽和烴。並且，於藉由熱熔成形使生胚片材成形之情形時，於對生胚片材磁場配向時，係於將生胚片材加熱至長鏈烴之熔點以上而使其軟化之狀態下進行磁場配向。
又，於黏合劑中使用脂肪酸甲酯之情形時亦同樣地，較佳為使用於室溫下為固體且室溫以上為液體之硬脂酸甲酯或二十二烷酸甲酯等。並且，於藉由熱熔成形使生胚片材成形之情形時，對生胚片材磁場配向時，係於將生胚片材加熱至脂肪酸甲酯之熔點以上而軟化之狀態下進行磁場配向。
又，關於黏合劑之添加量，於使磁鐵粉末與黏合劑之混合物成形為片狀時，為了提高片材之厚度精度，將其設為適當地填充有磁鐵粒子間之空隙之量。例如，將黏合劑添加後之混合物中之黏合劑相對於磁鐵粉末與黏合劑的合計量之比率設為1 wt%~40 wt%，更佳為2 wt%~30 wt%，進而較佳為3 wt%~20 wt%。 [永久磁鐵之製造方法]
其次，使用圖4說明本發明之永久磁鐵1之製造方法。圖4係表示本實施形態之永久磁鐵1之製造步驟的說明圖。
首先，製造包含特定分率之Nd-Fe-B(例如Nd：32.7 wt%、Fe(電解鐵)：65.96 wt%、B：1.34 wt%)之鑄錠。其後，藉由搗碎機或破碎機等將鑄錠粗粉碎成200 μm左右之大小。或，將鑄錠熔解，利用薄帶連鑄(Strip Casting)法製作片材，並利用氫氣壓碎法使其粗粉化。
其次，於(a)氧含量實質上為0%且包含氮氣、Ar氣、He氣等惰性氣體之環境中，或(b)氧含量為0.0001~0.5%且包含氮氣、Ar氣、He氣等惰性氣體之環境中，藉由噴射磨機11將粗粉碎之磁鐵粉末微粉碎，形成具有特定尺寸以下(例如1.0 μm~5.0 μm)之平均粒徑之微粉末。再者，所謂氧濃度實質上為0%，意指並不限定於氧濃度完全為0%之情形，亦可含有於微粉之表面形成極少量氧化覆膜之程度之量的氧。再者，亦可使用濕式粉碎作為磁鐵原料之粉碎方法。例如於利用珠磨機之濕式粉碎中，對粗粉碎之磁鐵粉末使用甲苯作為溶劑，並進行微粉碎直至平均粒徑為特定尺寸以下(例如0.1 μm~5.0 μm)。其後，利用真空乾燥等使濕式粉碎後之有機溶劑中所含有之磁鐵粉末乾燥，取出乾燥之磁鐵粉末。又，亦可設為如下構成，於不自有機溶劑取出磁鐵粉末之情況下進而將黏合劑添加於有機溶劑中進行混練，而獲得下述漿料12。
藉由使用上述濕式粉碎，與乾式粉碎相比可將磁鐵原料粉碎至更微小之粒徑。但，若進行濕式粉碎，則存在即便於其後藉由進行真空乾燥等而使有機溶劑揮發，有機溶劑等有機化合物亦會殘留於磁鐵內之問題。然而，藉由進行下述預燒處理，可使黏合劑與殘留之有機化合物一同熱分解，並自磁鐵內除去碳。
其次，製作向利用噴射磨機11等微粉碎之微粉末中添加之黏合劑溶液。此處，作為黏合劑，可如上所述使用樹脂、長鏈烴、脂肪酸甲酯或該等之混合物等。並且，藉由使黏合劑稀釋於溶劑中而製作黏合劑溶液。作為用於稀釋之溶劑，並無特別限制，可使用異丙醇、乙醇、甲醇等醇類，戊烷、己烷等低級烴類，苯、甲苯、二甲苯等芳香族類，乙酸乙酯等酯類、酮類、該等之混合物等，此處使用甲苯或乙酸乙酯。
繼而，對利用噴射磨機11等而分級之微粉末添加上述黏合劑溶液。藉此，生成使磁鐵原料之微粉末、黏合劑及有機溶劑混合而成之漿料12。此處，關於黏合劑溶液之添加量，添加後之漿料中之黏合劑相對於磁鐵粉末與黏合劑的合計量之比率較佳為成為1 wt%~40 wt%之量，更佳為成為2 wt%~30 wt%之量，進而較佳為成為3 wt%~20 wt%之量。例如，藉由對100 g之磁鐵粉末添加20 wt%之黏合劑溶液100 g而生成漿料12。再者，黏合劑溶液之添加係於包含氮氣、Ar氣、He氣等惰性氣體之環境下進行。
繼而，自生成之漿料12形成生胚片材13。作為形成生胚片材13之方法，例如，可藉由根據需要以適當方式將生成之漿料12塗敷於分隔件等支持基材14上並乾燥之方法等而進行。再者，塗敷方式較佳為刮刀方式、充模方式或缺角輪塗敷方式等層厚控制性優異之方式。又，為了實現較高厚度精度，尤其理想為使用層厚控制性優異(即，可於基材上高精度進行之方式)之充模方式或缺角輪塗敷方式。例如，以下實施例中係使用充模方式。又，作為支持基材14，例如使用聚矽氧處理聚酯膜。又，生胚片材13之乾燥係藉由以90℃保持10分鐘後，以130℃保持30分鐘而進行。進而，較佳為併用消泡劑等而充分進行脫泡處理以使展開層中不殘留氣泡。
以下，使用圖5更詳細地說明藉由充模方式之生胚片材13之形成步驟。圖5為表示藉由充模方式之生胚片材13之形成步驟的示意圖。
如圖5所示，充模方式所使用之充模15係藉由模塊16、17互相重合而形成，藉由模塊16、17之間的間隙形成狹縫18及模腔(儲液腔)19。模腔19與設置於模塊17上之供給口20連通。並且，供給口20與由定量泵(未圖示)等所構成之漿料供給系統連接，經計量之漿料12係藉由定量泵等而經由供給口20供給至模腔19。進而，供給至模腔19之漿料12被輸送至狹縫18，並以單位時間一定量且以寬度方向上均勻之壓力自狹縫18之噴出口21以預先設定之塗佈寬度噴出。另一方面，係隨著塗佈輥22之旋轉而以預先設定之速度輸送支持基材14。其結果為，所噴出之漿料12以特定厚度塗佈於支持基材14上。
又，於藉由充模方式之生胚片材13之形成步驟中，較理想為實測塗敷後之生胚片材13之片材厚度，並基於實測值對充模15與支持基材14間之間距D進行反饋控制。又，較理想為極力降低供給至充模15之漿料量之變動(例如將變動抑制為±0.1%以下)，進而較理想為亦極力降低塗敷速度之變動(例如將變動抑制為±0.1%以下)。藉此，可進一步提高生胚片材13之厚度精度。再者，將所形成之生胚片材13之厚度精度設為相對於設計值(例如4 mm)±5%以內，更佳為±3%以內，進而較佳為±1%以內。
再者，較理想為將生胚片材13之設定厚度設定為0.05 mm~10 mm之範圍。若厚度比0.05 mm薄，則必需進行多層積層故而使生產性降低。另一方面，若厚度比10 mm厚，則為了抑制乾燥時之發泡而需要降低乾燥速度，使生產性顯著降低。
又，於使磁鐵粉末與黏合劑混合時，亦可不使混合物形成漿料12，而於不添加有機溶劑之情況下形成包含磁鐵粉末與黏合劑之粉末狀混合物(以下稱作複合物)。並且，亦可進行藉由加熱複合物而使複合物熔融，於成為流體狀後塗敷於分隔件等支持基材14上之熱熔塗敷。藉由使利用熱熔塗敷而塗敷之複合物散熱而凝固，可於支持基材上形成長條片狀之生胚片材13。再者，加熱熔融複合物時之溫度根據所使用之黏合劑之種類或量而不同地設為50~300℃。但，必需設為高於所使用之黏合劑之熔點的溫度。再者，磁鐵粉末與黏合劑之混合，例如係藉由於有機溶劑中分別投入磁鐵粉末與黏合劑，並利用攪拌機進行攪拌而進行。並且，於攪拌後加熱含有磁鐵粉末與黏合劑之有機溶劑而使有機溶劑汽化，藉此提取複合物。又，尤其於利用濕式法粉碎磁鐵粉末之情形時，亦可設為如下構成：於不自用於粉碎之有機溶劑中取出磁鐵粉末之情況下將黏合劑添加於有機溶劑中並進行混練，其後使有機溶劑揮發而獲得複合物。
又，針對塗敷於支持基材14上之生胚片材13，於乾燥前於相對於輸送方向交差之方向上施加脈衝磁場。施加之磁場之強度設為5000[Oe]~150000[Oe]，較佳係設為10000[Oe]~120000[Oe]。再者，雖然磁場配向之方向需要考慮自生胚片材13成形之永久磁鐵1所要求之磁場方向而決定，但較佳為面內方向。再者，於藉由熱熔成形使生胚片材成形之情形時，係於加熱生胚片材至黏合劑之玻璃轉移點或熔點以上而軟化之狀態下進行磁場配向。又，亦可於成形之生胚片材凝固前進行磁場配向。
其次，將由漿料12形成之生胚片材13衝壓成所期望之製品形狀(例如，圖1所示之扇形形狀)而使成形體25成形。
其後，藉由使成形之成形體25於非氧化性環境(本發明中尤其為氫氣環境或氫與惰性氣體之混合氣體環境)中以黏合劑分解溫度保持數小時(例如5小時)而進行氫氣中預燒處理。於氫氣環境下進行之情形時，例如將預燒中之氫氣之供給量設為5 L/min。藉由進行氫氣中預燒處理，可使黏合劑藉由解聚反應等而分解為單體並飛散而去除。即，進行降低成形體25中之碳量之所謂脫碳。又，氫氣中預燒處理係以使成形體25中之碳量為1500 ppm以下，更佳為1000 ppm以下之條件而進行。藉此，可利用其後之燒結處理將永久磁鐵1整體緻密地燒結，並且不會降低剩餘磁通密度或保磁力。
再者，黏合劑分解溫度係基於黏合劑分解生成物及分解殘渣之分析結果而決定。具體而言，係收集黏合劑之分解生成物，可選擇不生成單體以外之分解生成物，且於殘渣之分析中亦未檢測出由殘留之黏合劑成分之副反應所形成的生成物之溫度範圍。根據黏合劑之種類而不同地設為200℃~900℃，更佳為400℃~600℃(例如600℃)。
又，尤其於藉由濕式粉碎使磁鐵原料於有機溶劑中粉碎之情形時，係於構成有機溶劑之有機化合物之熱分解溫度且黏合劑分解溫度下進行預燒處理。藉此，亦可去除殘留之有機溶劑。關於有機化合物之熱分解溫度，雖然根據所使用之有機溶劑之種類而決定，但只要為上述黏合劑分解溫度則基本上亦可進行有機化合物之熱分解。
繼而，進行燒結藉由氫氣中預燒處理而預燒之成形體25的燒結處理。本發明中係藉由加壓燒結而進行燒結。作為加壓燒結，例如有：熱壓燒結、熱均壓(HIP)燒結、超高壓合成燒結、氣體加壓燒結、放電電漿(SPS)燒結等。其中，本發明中為了如上所述抑制燒結時之磁鐵粒子之晶粒生長，並且抑制燒結後之磁鐵產生之翹曲，較理想為使用對單軸方向加壓之單軸加壓燒結且藉由通電燒結進行燒結之SPS燒結。
以下，使用圖6更詳細說明藉由SPS燒結之成形體25之加壓燒結步驟。圖6為表示藉由SPS燒結之成形體25之加壓燒結步驟的示意圖。
於如圖6所示進行SPS燒結之情形時，首先，於石墨製之燒結模具31中設置成形體25。再者，關於上述氫氣中預燒處理，亦可於將成形體25設置於燒結模具31中之狀態下進行。並且，使設置於燒結模具31中之成形體25於真空反應室32內保持，並安置同為石墨製之上部衝頭33及下部衝頭34。並且，使用與上部衝頭33連接之上部衝頭電極35及與下部衝頭34連接之下部衝頭電極36，施加低電壓且高電流之直流脈衝電壓/電流。與此同時，使用加壓機構(未圖示)分別自上下方向對上部衝頭33及下部衝頭34負荷荷重。其結果為，對設置於燒結模具31內之成形體25一面進行加壓一面進行燒結。又，為了提高生產性，較佳為對複數個(例如10個)成形體同時進行SPS燒結。再者，於對複數個成形體25同時進行SPS燒結之情形時，可於一個燒結模具31中配置複數個成形體25，亦可設為將各成形體25配置於不同之燒結模具31中之方式。再者，於將各成形體25配置於不同之燒結模具31中之情形時，使用具備複數個燒結模具31之SPS燒結裝置進行燒結。並且，對成形體25加壓之上部衝頭33或下部衝頭34係以將複數個燒結模具31之間作為一體(即，可同時加壓)之方式構成。
再者，具體之燒結條件如下所示。
加壓值：30 MPa
燒結溫度：以10℃/分鐘上升至940℃，保持5分鐘
環境：數Pa以下之真空環境
於進行上述SPS燒結後冷卻，並再次於600℃~1000℃下進行熱處理2小時。並且，燒結之結果為製造永久磁鐵1。實施例
以下，一面與比較例進行比較，一面說明本發明之實施例。 (實施例)
實施例為Nd-Fe-B系磁鐵，合金組成以wt%計設為Nd/Fe/B=32.7/65.96/1.34。又，使用聚異丁烯作為黏合劑，使用甲苯作為溶劑，對100 g之磁鐵粉末添加黏合劑溶液，藉此生成添加後之漿料中之黏合劑相對於磁鐵粉末與黏合劑的合計量之比率成為16.7 wt%之漿料。又，使用充模方式自生成之漿料使設定值4 mm之厚度之生胚片材成形，進而，衝壓成所期望之製品形狀。其後，於對經衝壓之生胚片材進行預燒處理後，藉由SPS燒結(加壓值：30 MPa，燒結溫度：以10℃/分鐘上升至940℃並保持5分鐘)進行燒結。再者，其他步驟設為與上述[永久磁鐵之製造方法]相同之步驟。 (比較例)
不使用SPS燒結，而於He環境下利用電爐進行生胚片材之燒結。具體而言，係藉由以特定之升溫速度升溫至800℃~1200℃左右(例如1000℃)，並保持2小時左右而進行。其他條件與實施例相同。 (實施例與比較例之比較)
圖7為拍攝燒結前之成形體之一部分的SEM(SCANNING ELECTRON MICROSCOPY，掃描電子顯微法)照片，圖8為拍攝藉由上述實施例所製造之永久磁鐵之一部分的SEM照片，圖9為拍攝藉由上述比較例製造之永久磁鐵之一部分的SEM照片。若將各SEM照片進行比較，則可知實施例之永久磁鐵未如比較例之永久磁鐵般產生粒徑與燒結前相比顯著變大之晶粒生長。可知實施例之永久磁鐵與燒結前相比粒徑未顯著變化，可抑制燒結時之磁鐵粒子之晶粒生長。即，SPS燒結等加壓燒結時，與真空燒結相比，可於較低溫度區域下燒結，其結果為，可縮短燒結步驟中之升溫/保持時間，可製作抑制磁鐵粒子之晶粒生長的緻密之燒結體。
又，若比較實施例及比較例之永久磁鐵之形狀，則實施例之永久磁鐵與比較例之永久磁鐵相比，磁鐵產生之翹曲變小。即，SPS燒結等加壓燒結與真空燒結相比，可抑制磁鐵產生之翹曲。
如以上說明，於本實施形態之永久磁鐵1及永久磁鐵1之製造方法中，係藉由將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末，並使經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而生成混合物(漿料或複合物等)。並且，使所生成之混合物成形為片狀而製作生胚片材。其後，藉由使所製作之生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間而使黏合劑藉由解聚反應等而分解為單體並飛散而去除，藉由SPS燒結等加壓燒結對去除黏合劑之生胚片材進行燒結，藉此製造永久磁鐵1。其結果為，由於使用加壓燒結而燒結永久磁鐵1，因此可降低燒結溫度並抑制燒結時之晶粒生長。因此，可使所製造之永久磁鐵之磁性能提高。又，因此使製造之永久磁鐵中，燒結引起之收縮變得均勻而不產生燒結後之翹曲或凹陷等變形，又，由於消除壓製時之壓力不均，故而無需先前進行之燒結後之修正加工，可使製造步驟簡化。藉此，可以較高尺寸精度使永久磁鐵成形。又，即便為使永久磁鐵薄膜化之情形時，亦不會降低材料良率而可防止加工工時增加。
又，由於於藉由加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，係藉由SPS燒結等單軸加壓燒結而進行燒結，因此燒結導致之永久磁鐵之收縮變得均勻，故而可防止燒結後之永久磁鐵中產生翹曲或凹陷等變形。
又，由於於藉由加壓燒結而燒結生胚片材之步驟中，係藉由SPS燒結等通電燒結而進行燒結，因此可急速升溫/冷卻，又，可實現較低溫度區域下之燒結。其結果為，可縮短燒結步驟中之升溫/保持時間，可製作抑制磁鐵粒子之晶粒生長的緻密之燒結體。
又，由於於藉由加壓燒結而燒結生胚片材前，藉由使生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間而進行預燒處理而使黏合劑飛散並去除，因此可預先降低磁鐵內含有之碳量。其結果為，可抑制燒結後之磁鐵的主相內析出αFe，可緻密地燒結磁鐵整體，並防止保磁力降低。
進而，於預燒處理中，使混練黏合劑而成之生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下以200℃~900℃、更佳為400℃~600℃保持一定時間，因此可更確實地降低磁鐵內含有之碳量。
再者，本發明並不限定於上述實施例，當然可於不脫離本發明之要旨之範圍內進行各種改良、變形。
例如，磁鐵粉末之粉碎條件、混練條件、預燒條件、燒結條件等並不限於上述實施例所記載之條件。例如，上述實施例中係藉由使用噴射磨機之乾式粉碎而粉碎磁鐵原料，但亦可藉由利用珠磨機之濕式粉碎進行粉碎。又，雖然上述實施例中，係藉由狹縫式模具方式形成生胚片材，但亦可使用其他方式(例如軋輥方式、缺角輪塗敷方式、擠出成型、射出成型、模具成型、刮刀方式等)形成生胚片材。其中，較理想為使用可使漿料或流體狀之複合物於基材上高精度地成形之方式。又，雖然於上述實施例中係藉由SPS燒結而燒結磁鐵，但亦可使用其他加壓燒結方法(例如熱壓燒結等)而燒結磁鐵。
又，亦可省略預燒處理。即便於該情形時，黏合劑亦會於燒結中熱分解，可期待一定之脫碳效果。又，預燒處理亦可於氫氣以外之環境下進行。
又，雖然於上述實施例中使用樹脂、長鏈烴或脂肪酸甲酯作為黏合劑，但亦可使用其他材料。
又，本發明中係舉出Nd-Fe-B系磁鐵為例進行說明，亦可使用其他磁鐵(例如鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵等)。又，關於磁鐵之合金組成，本發明中係將Nd成分設為多於計量組成，亦可設為計量組成。
1‧‧‧永久磁鐵
11‧‧‧噴射磨機
12‧‧‧漿料
13‧‧‧生胚片材
14‧‧‧支持基材
15‧‧‧充模
25‧‧‧成形體
31‧‧‧燒結模具
圖1係表示本發明之永久磁鐵的整體圖。
圖2係說明基於提高本發明之生胚片材之厚度精度之燒結時之效果的圖。
圖3係表示本發明之生胚片材之厚度精度較低的情形時之問題的圖。
圖4係表示本發明之永久磁鐵之製造步驟的說明圖。
圖5係表示於本發明之永久磁鐵之製造步驟中，尤其生胚片材之形成步驟的說明圖。
圖6係表示於本發明之永久磁鐵之製造步驟中，尤其生胚片材之加壓燒結步驟的說明圖。
圖7係拍攝燒結前之成形體之一部分之SEM照片。
圖8係拍攝藉由實施例所製造之永久磁鐵之一部分的SEM照片。
圖9係拍攝藉由比較例製造之永久磁鐵之一部分的SEM照片。
1‧‧‧永久磁鐵
11‧‧‧噴射磨機
12‧‧‧漿料
13‧‧‧生胚片材
14‧‧‧支持基材
25‧‧‧成形體

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種稀土類永久磁鐵，其特徵在於藉由如下步驟製造：將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末之步驟，生成將上述經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而成之混合物的步驟，使上述混合物成形為片狀而製作生胚片材之步驟，及藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟。
[2] 如請求項1之稀土類永久磁鐵，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由單軸加壓燒結而進行燒結。
[3] 如請求項1之稀土類永久磁鐵，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由通電燒結而進行燒結。
[4] 如請求項1至3中任一項之稀土類永久磁鐵，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之前，藉由將上述生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間，而使上述黏合劑飛散並去除。
[5] 如請求項4之稀土類永久磁鐵，其中於使上述黏合劑飛散並去除之步驟中，使上述生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下以200℃~900℃保持一定時間。
[6] 一種稀土類永久磁鐵之製造方法，其特徵在於包括：將磁鐵原料粉碎成磁鐵粉末之步驟，生成將上述經粉碎之磁鐵粉末與黏合劑加以混合而成之混合物的步驟，使上述混合物成形為片狀而製作生胚片材之步驟，及藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟。
[7] 如請求項6之稀土類永久磁鐵之製造方法，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由單軸加壓燒結而進行燒結。
[8] 如請求項6之稀土類永久磁鐵之製造方法，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之步驟中，藉由通電燒結而進行燒結。
[9] 如請求項6至8中任一項之稀土類永久磁鐵之製造方法，其中於藉由加壓燒結而燒結上述生胚片材之前，藉由將上述生胚片材於非氧化性環境下以黏合劑分解溫度保持一定時間，而使上述黏合劑飛散並去除。
[10] 如請求項9之稀土類永久磁鐵之製造方法，其中於使上述黏合劑飛散並去除之步驟中，使上述生胚片材於氫氣環境下或氫與惰性氣體之混合氣體環境下以200℃~900℃保持一定時間。

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