[发明专利]用于高性能永磁体的纳米级复合磁体

说明书

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的纳米颗粒，尤其是 用于永磁体、如电动机或发电机中的永磁体的纳米颗粒。

永磁激励的电动机和发电机对于所使用的永磁体的磁性具有较高的要 求。这在通常的结构中仅由在钕-铁-硼或钐-钴基础上的各向异性的烧结的稀 土-磁性材料实现。获取稀土元素的渠道的稀少促使人们努力寻找新的永磁 性的、尤其无稀土元素的磁性材料。这尤其通过纳米技术实现了较大的好转。 在此，永磁性除了取决于基于适合的原子和晶体结构的高磁化强度(磁性极 化强度)以外，还很大程度上取决于介观尺度上的磁化过程。通过形成纳米 级单磁畴颗粒的微结构设计，有益于永磁特性，如在快速固化技术中已知的。

但是，由具有较高自发磁化强度的纳米颗粒(或称为纳米粒子)构成的永 磁材料的合成结构受到纳米颗粒内的升高的易氧化性阻碍。由此本身最适合 的由Co和Fe构成的过渡金属合金较容易被氧化。

同时通过所谓的形状各向异性可实现的矫顽磁场强度在现实中无法达 到。

虽然在目前的以稀土元素为基础的永磁体(例如SmCo或NdFeB)中通过 在微晶体的冶金生成的微结构中的较高的磁晶各向异性产生对于目前几乎 所有应用中足够高的矫顽磁场强度，但是在该系统中剩余磁化强度仍限于硬 磁性相的自发磁化强度(例如Nd₂Fe₁₄B为1.61T)。

通过纳米技术的合成工艺，能够凭借成型可行性制造单磁畴的纳米颗 粒。纳米颗粒同样可以构造为长形延伸的椭圆体、纳米线或纳米棒并且布置 成定向的组装体。原本作为软磁性金属和合金已知的铁磁材料、如NiFe或 CoFe，由于形状各向异性而成为具有增大的反复磁化稳定性的永磁性材料。 各向异性场作为用于矫顽磁场的上限在此对于无限长形延伸的颗粒几何结 构限制在2Pi*Ms(饱和磁化强度)。由于组装体的影响以及因纳米颗粒表面上 的缺陷以及边角而对矫顽磁场的降低作用(μH＝alpha*μHa-Neff*Js)，使得目 前仍不明确，是否在由颗粒组装体中可以实现该极值，或者是否出现其他的 同样造成较低矫顽磁场的反复磁化方式(卷曲、展开)。

在FeCo纳米线中的矫顽磁场的通常最大值是大约5.5kOe并且由此对 于高的能量密度是过低的。这可以又以传统的方式借助所谓的核壳方法被消 除，核壳方法也就是第二硬磁性的材料在形状各向异性的纳米颗粒的外表面 上的沉积。硬磁性的外壳在此可以面状地布置在纳米颗粒上并且完全地覆盖 纳米颗粒。DE102012204083.8公开了这种布置方式。

DE102012204083.8公开了一种具有至少一个伸长的核心的纳米颗 粒，核心由至少一种可磁化和/或被磁化的第一材料构成，并且具有围绕核心 的壳体，该壳体由至少一种磁晶各向异性的第二材料构成。

两相的、所谓交互耦连(exchangespring)的磁体的上述构思虽然在冶金 工艺中、尤其所谓的快速淬火工艺中被研究。但是，在此在两相成型和分布 方面的受限的控制技术造成矫顽磁场强度的较大的下降并由此导致永磁性 的降低。

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的纳米颗粒，借此可 以克服上述现有技术的缺点。尤其通过按照本发明的纳米颗粒可以获得改进 的永磁性的磁体材料。本发明所要解决的技术问题还在于，提供改进的永磁 体以及改进的电动机和改进的发电机。应提供合成永磁体的新的构思。应实 现能量密度的有效的增大。应减低易氧化性并且增大可实现的矫顽磁场强 度。

所述技术问题通过按照独立权利要求的纳米颗粒解决。所述技术问题还 通过按照并列权利要求的方法解决。按照本发明的永磁体、电动机和发电机 能够得以制造和应用。

根据第一方面，要求保护一种纳米颗粒，具有从第一端部沿着纵轴线延 伸至第二端部的伸长的核心，所述核心由至少一种可被磁化和/或被磁化的第 一材料构成，其中，在所述核心上在所述第一端部上构造有第一覆盖部并且 在所述第二端部上构造有第二覆盖部，所述第一覆盖部和第二覆盖部具有磁 晶各向异性的第二材料，其中，所述核心沿着纵轴线在所述第一覆盖部和第 二覆盖部之间具有未被所述第一覆盖部和第二覆盖部覆盖的大于零的间距。

在此，在本发明中的纳米颗粒应理解为一种直径小于1000nm的颗粒。 纳米颗粒尤其具有小于300nm的直径。