mile米乐中国官方网站 无镝高性能各向同性烧结磁体

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）可持续材料研究部[研究部主任 Mamoru Nakamura] 相控材料研究组 Kimihiro Ozaki，研究组组长，Kenta Takagi，研究员重稀土元素不含镝 (Dy)各向同性钐铁氮 (Sm-Fe-N) 磁铁相对密度90%以上的高粉体烧结我们开发了一项技术来8501_8513|

　Sm-Fe-N磁粉是继钕铁硼（Nd-Fe-B）磁体之后磁性能第二高的材料，有望成为不使用Dy的高性能磁体材料。然而，由于烧结性差，磁体粉末需要用树脂等进行硬化。粘结磁铁已经商业化。

　此次，通过将伺服压力机的负载控制与通入脉冲电流进行烧结的脉冲电流烧结法相结合，对各向同性Sm-Fe-N磁铁粉末进行烧结，在400℃以下的烧结温度下，能够制作出相对密度超过90%的致密烧结体。是磁铁性能的指标最大能量积是 129 kJ/m³(162 MGOe)，各向同性磁体的最高水平。这种高性能各向同性磁体是不使用树脂的烧结体，比Nd-Fe-B磁体具有更好的耐热性和抗氧化性，因此有望在高温和潮湿的环境中使用。

　这项研究是作为独立行政机构新能源和产业技术综合开发机构（NEDO）“稀有金属替代材料开发项目——替代Nd-Fe-B磁体的新型永磁体的研究”（2009-2012财年）的一部分而进行的。

不含重稀土元素的高性能烧结磁体（Sm-Fe-N系） 30个铁球磁性附着在两层高性能烧结磁铁上

　高性能磁铁用于高科技设备，例如硬盘的音圈、手机的扬声器和振动电机以及DVD的光学拾音器。由于它还可以应用于混合动力汽车和电动汽车的电机，因此预计未来其使用量将会增加。

目前性能最高的磁体材料Nd-Fe-B磁体是通过添加Dy制成的矫顽力镝是一种重稀土元素，由于地壳储量很少，可开采区域有限，其进口价格不断飙升。国内生产的Nd-Fe-B磁体中所含的Dy全部依赖进口，因此价格的飙升造成了很大的影响。因此，需要开发不使用Dy的高性能磁体。

　Sm-Fe-N磁粉是继Nd-Fe-B磁体之后磁性能第二高的材料，有望成为不使用Dy的高性能磁体材料。然而，虽然它具有作为磁粉的高性能，但当在500℃或更高的高温下烧结时，它会失去其磁性能，因此使用普通的烧结方法不可能生产出具有高性能的烧结磁体。因此，只有由树脂硬化磁粉制成的粘结磁体才被商业化。

　开发不使用 Dy 的高性能磁体有两种可能的方法：开发减少或消除 Nd-Fe-B 磁体中 Dy 使用的技术，以及开发非 Nd-Fe-B 基磁体。利用后一种方法，AIST一直致力于开发Sm-Fe-N磁体粉末的烧结技术，以开发不使用Dy的高性能磁体材料。到目前为止非晶态我们开发了一种低温烧结高密度合金粉末的技术，我们已经用该技术烧结了Sm-Fe-N磁体粉末，但我们无法提高密度，最大磁能积为100 kJ/m³此次，我们通过进一步改进该烧结技术，开发出了Sm-Fe-N烧结磁体。

　这次，为了防止Sm-Fe-N磁体粉末在400℃左右的低温下烧结而导致其磁性能劣化，并生产具有高相对密度的烧结磁体，我们采用了将通过脉冲电流进行烧结的脉冲电流烧结法与用于负载控制的伺服压力机相结合的烧结方法。图1表示作为烧结方法使用的脉冲电流烧结法的概要。

图1脉冲电流烧结法示意图

　脉冲电流烧结法通过使电流脉冲通过含有粉末的模具来进行烧结。通常，模具和粉末具有电阻，因此当电流流过它们时，模具和粉末本身会发热。即，由于是直接加热的方法，因此能够在短时间内升温，并且能够防止晶体结构的变化。此外，通过使用脉冲电流，可以在不升高粉末温度的情况下促进粉末界面处的结合。这些特征使得可以在不损害其原始粉末特性的情况下烧结粉末。

　此次使用的脉冲电流烧结法中，通过使用伺服压力机控制程序负载来促进致密化。此外，通过使用硬质合金作为模具，伺服压力机的负载增加，导致相对密度增加。由此，可以在低温下制造致密的烧结体。

使用各向同性Sm-Fe-N磁体粉末（大同特殊钢株式会社制造），在烧结温度400℃、保温时间1分钟的条件下，制作出相对密度超过90%的各向同性烧结磁体。所生产的各向同性Sm-Fe-N烧结磁体的特点是残余磁通密度091 T (91 kG)，矫顽力 770 kA/m (968 kOe)，最大磁能积 129 kJ/m³（162 MGOe）。磁粉除最大磁能积外，保留了原磁粉90%以上的性能，最大磁能积也保持了88%左右的性能。如图 2 所示，我们能够制造直径为 6 至 15 毫米的磁体。 （开头的照片是两层堆叠的直径为15毫米、厚度为6毫米的烧结磁铁，并通过磁性附着了30个每颗重约4克的铁球。）

图2 新开发的Sm-Fe-N烧结磁体的示例

　预计本次打造的各向同性Sm-Fe-N烧结磁体的性能将通过改善材料性能和晶体控制而进一步提高。此外，在磁性材料的选择中添加不使用Dy的磁性材料预计将有助于缓解资源寡头垄断。

　今后，我们将开发使用各向异性Sm-Fe-N磁体粉末的各向异性烧结磁体，不仅研究和开发烧结技术，还研究和开发磁体粉末本身，目标是开发出更高性能的Sm-Fe-N磁体。

◆重稀土元素

镧系15种元素加上钇、钪这17种元素称为稀土元素。轻稀土元素的原子序数相对较小，从镧到铕；重稀土元素的原子序数相对较大，从钆到镥。镝包含在钕铁硼 (Nd-Fe-B) 磁体中，是一种重稀土元素，仅在中国的一些离子吸附矿床中开采。物价飞涨，亟待采取对策。钕（Nd）和钐（Sm）是世界范围内分布比较广泛的轻稀土元素，通过资源开发获得的可能性很大。[返回来源]

◆各向同性钐铁氮（Sm-Fe-N）磁铁

Sm-Fe-N磁粉，Sm₂铁₁₇N₃结构和SM₁铁₇N_x已经开发了两种类型的结构，每种都被制造为粘结磁体。由于制造方法的不同，Sm₂铁₁₇N₃粉末具有各向异性磁性，Sm₁铁₇N_x粉末具有各向同性磁性。[返回来源]

◆各向同性磁铁、各向异性磁铁

各向同性磁铁没有各向异性磁铁那么高的磁性，但它们在各个方向上具有均匀的磁性，因此它们不选择磁化方向。各向异性磁铁在一个方向上磁性较强，而在其他方向上磁性较低，因此在需要高磁性时非常有效。各向异性粉末也可以制成各向同性磁体，但各向同性粉末不能制成各向异性磁体。[返回来源]

◆烧结

当接触的粒子保持在低于其熔点的温度时，物质沿降低整个粒子系统表面能的方向移动的现象。烧结粘合并强化了颗粒的接触区域，从而导致致密化。[返回来源]

◆粘结磁铁

由树脂硬化磁粉制成的磁铁。其特点是形状自由度高。成型性和磁力由树脂的体积比决定，一般来说，树脂量越大，成型性越高，磁力越低。[返回来源]

◆最大能量积

同时考虑矫顽力和剩余磁通密度的值。它是高性能磁铁的指标。单位：J/m³（SI 单位制）或 GOe（CGS 单位制）。[返回来源]

◆矫顽力

磁铁的强度，使得当从外部向磁铁施加反向磁场时，原始磁场不会反转。[返回来源]

◆非晶态

非晶体结构的东西。原子排列不规则的物质。无定形。无定形。[返回来源]

◆残余磁通密度

当外部磁场移除时，磁铁中残留的磁力强度。[返回来源]