[发明专利]铁氧体磁性材料和铁氧体烧结磁体

说明书

本发明通过同时添加Co和Zn以取代一些Fe并且调节Zn/Co的含量比来诱导高的饱和磁化强度和高的各向异性磁场而制备与常规铁氧体磁性材料相比具有显著更高的最大磁能积((BH)_max)的铁氧体磁性材料。此外，本发明通过与Co一起使用Zn(其比Co相对便宜至少7倍)可以以与仅用Co进行取代的常规的基于CaLaCo的铁氧体磁性材料相比更低的成本来制备期望的磁性材料。

技术领域

本发明涉及能够提供高的最大磁能积((BH)_max)的铁氧体磁性材料和使用其的烧结铁氧体磁体。

背景技术

铁氧体在AO·nFe₂O₃(其中A是二价金属离子、Sr或Ba)组成中具有磁铅石型(或M型)晶体结构。由于铁氧体是其磁特性不容易被磁场的方向和大小改变的材料，因此其通常用作永磁体(待用于汽车电动机、电子装置用转子等)用材料。同时，由于环境问题和根据其涉及节能的多种法律法规，最近已需要尺寸变得更小和更高效的马达，并且也需要永磁体具有更高的性能。

M型铁氧体的特征在于磁体材料基本要求中的单轴磁晶各向异性，以及如由其化学式SrFe₁₂O₁₉或BaFe₁₂O₁₉表示的每个分子中包含十二(12)个铁离子。M型铁氧体的磁特性基于Fe离子的磁矩。在十二(12)个Fe离子中存在八(8)个向上自旋方向和四(4)个向下自旋方向，并且M型铁氧体每分子净自旋总和为四(4)。通常，M型铁氧体中的铁离子是三价的(Fe³⁺)并且具有五(5)个3d电子(即，自旋磁矩)。因此，二十(20)个自旋磁矩(即，5个自旋矩×净自旋总和)用作M型铁氧体磁体的磁性(即，饱和磁化强度)来源。也就是说，在为了提高饱和磁化强度(其为磁性来源)值的目的，一些铁离子被非磁性元素或在铁离子的向下自旋方向自旋磁矩低于铁离子的自旋磁矩的元素取代的情况下，总自旋磁矩增大，致使饱和磁化强度提高。通常，自旋磁矩低于铁离子的自旋磁矩的元素的实例包括Co²⁺(自旋矩＝3)、Ni²⁺(自旋矩＝2)、Cu²⁺(自旋矩＝1)等。非磁性元素为，例如Zn²⁺(自旋矩＝0)。众所周知，如果铁离子(Fe³⁺)被Zn²⁺取代则总自旋磁矩在理论上增加至最大，从而产生高的饱和磁化强度。尽管Zn能够产生高的饱和磁化强度，然而，其具有低的各向异性磁场。因此，由于Zn具有低矫顽力值，因此Zn难以在永磁体中使用。

此外，为了提高作为永磁体的重要磁特性之一的磁晶各向异性，M型铁氧体中的一些铁离子被具有高的磁晶各向异性的元素取代，从而产生高的各向异性磁场。

永磁体的代表性磁特性包括剩余磁通密度(Br)、本征矫顽力(iHc)、最大磁能积((BH)_max)和矩形比(Hknie/iHc)。本征矫顽力(iHc)和剩余磁通密度(Br)满足以下关系：

Br＝4πIs×ρ×f(Is：饱和磁化强度；ρ：密度；以及f：取向度)

iHc＝H_A×fc(H_A：各向异性磁场；以及fc：单磁畴体积比)

剩余磁通密度(Br)与饱和磁化强度成比例，其为组成的自旋磁矩、密度和取向度的总和。密度和取向度是在用于制备铁氧体的过程中在细粉碎之后实现的物理特性。通过工艺优化剩余磁通密度可以达到理论值(约4500G)的最高至约95％。锶铁氧体(下文中被称为“Sr铁氧体”)在室温下的饱和磁化强度的理论值已知是74emu/g(当密度和取向度分别为100％时，4πIs＝4760G)。通过取代的铁氧体组成中自旋磁矩的增加来增加饱和磁化强度。