[发明专利]磁性材料、其制备方法和具有磁性材料的电机

说明书

本发明涉及磁性材料，其包含硬磁相(2)和晶界相(3)。所述硬磁相(2)含有至少一种元素Z，所述元素Z选自：一种或多种稀土金属(RE)和/或钇；且此外还含有铁和钛，并且可通过下式来表征：Z_aTM_bFe_c‑eTi_d‑fX_e+f，其中TM表示至少一种过渡金属，a=7‑9原子％,b≤41原子%，c≥41原子%，d=7‑9原子%，X选自：Mo,V,Ta,Nb,Cr,Si,Zr,Al,W,Pd和P，e+f=0‑4.5原子％，所述稀土金属(RE)含有至少3.5原子%的铈，且a+b+(c‑e)+(d‑f)+(e+f)=100原子％。所述晶界相(3)含有至少一种金属，并具有低于所述硬磁相(2)的包晶温度的熔融温度。

现有技术

本发明涉及具有高能量乘积的磁性材料及其可容易转化且成本降低的制备方法。此外，本发明涉及具有高功率密度的电机。

具有高的能量乘积(BH)max的磁性材料常常由Nd₂Fe₁₄B-硬磁相和富钕晶界相构成。晶界相使得液相烧结成为可能，从而实现高的烧结密度。在此液相烧结基于，液相在烧结期间对硬磁相元素表现出高的溶解性，由此通过溶解-和再析出过程，牺牲小晶粒，生长出大的磁性晶粒并产生倒角的、球状晶粒结构。这改善了该磁性材料的矫顽磁场强度。但是，缺点是，元素钕的成本高。成本结构的改善通过基于CeFe₁₁Ti的硬磁体来实现。但是，类似于基于Nd₂Fe₁₄B的硬磁体，如果使用由Ce以及Fe和Ti的成分构成的熔体来进行液相烧结，则由于液相与CeFe₁₁Ti的反应导致形成CeFe₂。由于析出的CeFe₂的高含量，该硬磁相具有差的磁性性质，因为硬磁相的晶粒被侵蚀，并且对于磁性性质而言重要的倒角的晶粒结构的形成受到限制。

发明内容

相比之下，根据主权利要求的本发明的磁性材料的特征在于具有倒角的、球状硬磁晶粒的稳定硬磁相。该硬磁相的晶粒通过形成晶界相而磁去耦，由此该磁性材料具有高的矫顽磁场强度并因此也具有高的能量乘积(BH)max。根据本发明，该硬磁相含有至少一种元素Z，其选自一种或多种稀土金属(RE)和/或钇。铁、钛和至少一种另外的元素X作为另外的元素含于该硬磁相中。该硬磁相具有下式：

Z_aTM_bFe_c-eTi_d-fX_e+f

其中，TM是至少一种过渡金属，a = 7-9原子%，b ≤ 41原子%，c ≥ 41原子%且d =7-9原子%。另外的元素X选自：Mo、V、Ta、Nb、Cr、Si、Zr、Al、W、Pd和P，其中e+f = 0-4.5原子%。元素X或前述X下列举的元素的混合物尤其可取代Fe或Ti。因此，将元素X的原子%含量（e+f的总和）从Fe或Ti的原子%含量中减去。在此，应将Z_a理解为可包含一种或多种稀土金属(RE)和/或钇，其中指数“a”被视作元素Z，即稀土金属份额和钇份额一起的总和。只要该硬磁相含有RE，其含有至少3.5原子%的铈。根据以下由指数的总和共计得出100原子%：a + b+ (c–e) + (d–f) + (e+f) = 100原子%。有利地，根据本发明的硬磁相是基于CeFe₁₁Ti的硬磁相。相较于富钕硬磁相，由前述本发明所提及的元素形成的硬磁相的成本明显降低，但其特征仍然在于高的矫顽磁场强度。这受到下述支持，即硬磁晶粒被本发明的晶界相非常好地磁去耦。为此，该晶界相包含至少一种金属，并具有低于该硬磁相的包晶温度的熔融温度。换言之，这表示，在例如磁性材料的液相烧结中使用的用于形成晶界相的富铈合金被其熔融温度为最高约1100℃的一种金属或合金代替。由此抑制了CeFe₂和Fe₂Ti的形成，这将减少硬磁相成分的再析出。所形成的硬磁晶粒具有球状的倒角的结构，由此促进了高的能量乘积。因此，该磁性材料是一种高强力的、成本有利的磁性材料。