[发明专利]氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术

说明书

本发明涉及氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术，该永磁体可以包括Fe₁₆N₂相结构。在一些实例中，该永磁体可以通过包括以下步骤的技术形成：在基本平行于铁晶体的001晶轴的方向上拉紧包含至少一种铁晶体的铁丝或铁板；氮化铁丝或铁板以形成氮化的铁丝或铁板；退火氮化的铁丝或铁板以在至少一部分氮化的铁丝或铁板中形成Fe₁₆N₂相结构；和压制氮化的铁丝或铁板以形成块体永磁体。

本申请是于2012年8月17日提交的发明名称为“氮化铁永磁体和用于形成氮化铁永磁体的技术”的中国专利申请号201280047372.9的分案申请。

技术领域

本公开涉及永磁体和用于形成永磁体的技术。

背景技术

永磁体在许多机电系统，包括，例如，替代能源系统中发挥着作用。例如，永磁体用于电动马达或发电机，这些马达或发电机可以用于车辆、风力涡轮机和其它可替代的能源机构。目前使用的许多永磁体包含稀土元素，如钕。这些稀土元素的供应相对短缺，并且未来可能面临价格上升和/或供应短缺。此外，一些包含稀土元素的永磁体生产成本高昂。例如，NdFeB磁体的制作一般包括压碎物料，压制所述物料和在超过1000℃的温度下烧结。

发明内容

通常，本公开涉及包含Fe₁₆N₂的块体永磁体和用于形成包含Fe₁₆N₂的块体永磁体的技术。块体Fe₁₆N₂永磁体可以提供包含稀土元素的永磁体的替代永磁体。铁和氮是丰富的元素，因而相对便宜并容易获得。此外，从薄膜Fe₁₆N₂永磁体收集的实验证据表明块体Fe₁₆N₂永磁体可以具有所需的磁性能，包括高达约134MegaGauss*Oerstads(MGOe)的能量积，这是NdFeB能量积(约60MGOe)的约2倍。高能量积的Fe₁₆N₂磁体可以为电动机、发电机和磁共振成像(MRI)磁铁等应用中提供高效率。

在一些方面中，本公开描述了用于形成块体Fe₁₆N₂永磁体的技术。该技术一般可以包括，沿着基本平行于至少一种bcc铁晶体的001晶轴的方向，拉紧包含至少一种体心立方(bcc)铁晶体的铁丝或铁板。在一些实例中，该至少一种铁丝或铁板的001晶轴可以基本平行于铁丝或铁板的长轴。该技术则包括将铁丝或铁板暴露于氮环境以将氮引入铁丝或铁板中。该技术进一步包括退火氮化的铁丝或铁板以对铁和氮原子的排布定序并在至少一部分的铁丝或铁板中形成Fe₁₆N₂相结构(phase constitution)。在一些实例中，多个Fe₁₆N₂丝或板能够基本平行于001轴进行组装，且多个Fe₁₆N₂丝或板可一起压制以形成包含Fe₁₆N₂相结构的永磁体。

在一些方面，本公开描述了用于形成单晶氮化铁丝和板的技术。在一些实例中，如本文中所述的坩埚技术用于形成单晶氮化铁丝和板。除了此类坩埚技术，此类单晶铁丝或铁可以通过从微塑型器浮动或拉动的微熔融区而形成。另外，还描述了用于形成结晶纹理化(例如，具有沿着丝和板的某个方向的所需结晶取向)的氮化铁丝和板的技术。

在一个实例中，本公开涉及包括以下步骤的方法：在基本平行于铁晶体的001晶轴的方向上拉紧包含至少一种铁晶体的铁丝或铁板；氮化该铁丝或铁板以形成氮化的铁丝或铁板；和退火该氮化的铁丝或铁板以在至少一部分氮化的铁丝或铁板中形成Fe₁₆N₂相结构。