粘结NdFeB磁粉的制备工艺

1.8 粘结磁粉的制备工艺

1.铁氧体磁粉

常用于粘结磁体的永磁铁氧体磁粉为磁铅石结构。根据在成型过程中是否取向可分为各向同性铁氧体磁粉和各向异性铁氧体磁粉。各向同性铁氧体磁粉由多畴颗粒组成，在成型过程中不需要取向；各向异性铁氧体磁粉由单畴顺粒组成，在成型过程中为了获得高的磁性能，需要进行取向.取向又分为压力取向和磁场取向两种方法。根据铁氧体磁粉的组成不同又可以分为钡铁氧体磁粉和锶铁氧体磁粉。目前，工业上锶铁氧体主要以SrCO3和Fe2O3为主要原料通过传统陶瓷工艺制备，图1-2为永磁铁氧体磁粉的主要制备工艺步骤。

图1-2传统固相合成工艺流程图

Fig.1-1 The conventional solid phase synthesis process process 在最优的基本配方及适宜的工艺条件已确定的情况下,加入适量的添加剂可以显著影响材料的显微结构、晶界组成、离子价态,从而达到人为地控制磁性能。近年来,为了提高铁氧体的磁性能，添加剂的研究已成为铁氧体制备中的关键技术。

在铁氧体材料中加入添加剂的主要作用可分为三类：第一类添加剂在晶界处偏析，影响晶界电阻率，如CaO、SiO2等[70-72]；第二类影响铁氧体烧结时的微结构变化，降低材料的损耗P cv , 提高材料的起始磁导率μi , 如V2O5、P2O5、MoO、Bi2O3、K2CO3 等[72-75]；第三类添加剂不仅可以富集于晶界，而且可以固溶于尖晶石结构中，影响材料磁性能，如TiO2、ZrO2、SnO2、Nb2O5、Co2O3、NiO、

CuO、Al2O3、MgO等[75-80]。制备铁氧体的常用添加剂及其作用如表1-3所示。

表1-3. 各种常见添加剂的作用[81-87]

Table1-3：The effect of different addictives

添加剂作用机理过量加入负面影响

CaCO3加速烧结的致密

化，又不至于使晶

粒长大，从而获得

高的磁性能

少数Ca2+进入晶格取代

Sr2+，多数Ca2+起助熔作用，

即在烧结过程中形成低熔

点产物，降低反应温度，利

于固相反应，提高剩磁。

会引起晶粒长大且

不均匀，结果导致磁

性能恶化。

SiO2细化晶粒，提高矫

顽力

与Fe2O3生成低熔点物质

（FeSiO3），从而降低固相

反应温度，提高烧结体致密

度。

造成磁性相纯度的

下降，容易使晶粒长

得过大，超过单畴尺

寸，导致性能下降。

V2O5细化晶粒，降低气

孔率，增大起始的

磁导率。

形成液相烧结促进固相反

应的进行，提高烧结密度，

降低晶界和晶粒内气孔率。

气孔进入晶粒内，对

畴壁位移产生阻滞，

降低起始磁导率。

Bi2O3提高剩磁和矫顽力形成低熔点的玻璃相，使氧

的迁移率增大，促进固相反

应进行和晶粒长大。

致晶粒分布不均，起

始磁导率下降，恶化

磁性能。

A l2O3可以增大单畴临界

尺寸Rc，提高内禀

矫顽力，还可以抑

制晶粒长大。Al3+替换Fe3+,优先进入八面

体的2a晶位，后进入12k晶

位，使得12k和2b晶位与邻

格点的交换作用减弱。

导致剩磁和磁能积

下降，而矫顽力逐渐

增加

SrSO4阻止晶粒增大并提

高矫顽力固溶于铁氧体，显著提高各

项异性的取向度

导致剩磁和磁能积

显著下降。

2 钕铁硼磁粉

用于粘结磁体的钕铁硼磁粉也分为各向同性NdFeB磁粉和各向异性NdFeB磁粉。

目前广泛使用的是各向同性磁粉。这是因为成型时不需要取向磁场，意味着不需要昂贵的生产设备，更快的生产周期，更低的生产成本。小型的、复杂的、高精度的产品就能被快速容易的生产。表3-2是Magnequench公司生产的各向同性NdFeB磁粉的性能指标。除了MQP-S-11-9是球状磁粉外，其余都是片状磁粉。目前粘结磁体用的钱铁硼磁粉的制备方法主要有快淬法、氢爆法、雾化法、机械合金化法等。

1. 快淬法[88,89]按设计的性能要求称取钕铁硼磁粉的主要成分Nd、Fe和B（单质或合金）以及添加元素，在真空感应炉中炼制母合金，然后将该母合金在惰性气氛中用快淬炉熔化并甩成非晶薄带急冷凝固，在进行晶化处理以提高矫顽力。制得的快淬磁粉晶粒非常小，一般为数百埃。晶粒的方位是随机的。属各向同性粉末。用此磁粉可制成各向同性的粘结磁体。将快淬的各向同性钕铁硼磁粉压缩成高密度磁体，再将其在高温下进行鐓煅加工，产生热塑形变，晶粒排列在加工方向，可得到快淬各向异性NdFeB磁体。

2. HDDR法[90,91]HDDR（即氢化-歧化-脱氢-再结晶）就是将铸态NdFeB合金室温吸

氢产生破碎，形成氢化产物Nd

2Fe

。在高温下，发生歧化，分解成非常小的NdH

、

-Fe和FeB三相，而后由氢气气氛变为真空气氛进行脱氢处理，在脱氢过程中再

结合形成Nd

2Fe

晶粒，HDDR过程使Nd-Fe-B铸态粗大晶粒变成极细小的晶粒，将

经HDDR法处理后得到的磁粉经微破碎即可得到各相同性的NdFeB磁粉，当添加小量合金元素如Ga、Zr、Hf、Nb等即可制成各向异性的NdFeB磁粉。

3. 气体雾化法[92]气体雾化法使用高压氦气气流击碎Nd-Fe-B合金熔液流，形成的细小液滴射向旋转盘，快速凝固成极细小的非晶和微晶粉末。这种粉末表面光滑，呈球状，流动性好，特别适合注塑成型工艺，但是目前用该法生产的NdFeB 磁粉的磁性能还比较低。

4. 机械合金化法[93,94]机械合金化就是用Nd-Fe-B合金粉或Nd、Fe、B等金属粉末为原料，在充氩气的球磨机中将原料进行球磨，利用球磨过程产生的高温让其发生固相反应，制得NdFeB磁粉；也可以在氩气气氛中磨碎的同时，让粉末吸氢使晶粒细化，然后对合金粉末进行热处理，释放出氢而制成超细的各向异性NdFeB 粉末。机械合金化法不仅工艺简单、成本低，而且制得的磁粉一般矫顽力高。

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