稀土合金球形单晶磁粉的制造方法及<111>取向稀土超磁致伸缩材料技术

本发明专利技术提供了<111>取向有稀土超磁致伸缩材料及合金球形单晶磁粉的制备方法,步骤包括：1)制备R‑Fe‑M合金球形磁粉；2)将R‑Fe‑M合金球形磁粉与惰性固体分散剂均匀混合后，在R‑Fe‑M合金熔点以下温度退火获得R‑Fe‑M立方Laves相单晶颗粒，退火温度在该立方Laves相熔点以下50℃到200℃的范围，优选退火时间在1～4小时；3)除掉固体分散剂，获得R‑Fe‑M立方Laves相球形单晶磁粉。本发明专利技术将R‑Fe‑M合金球形磁粉用惰性固体分散剂隔开，通过高温下R‑Fe‑M立方Laves相晶粒的异常长大能力制备球形单晶颗粒。制备具有高度<111>取向的粘结稀土超磁致伸缩材料和烧结稀土超磁致伸缩材料。

Manufacturing method of spherical single crystal magnetic powder of rare earth alloy and & lt; 111 & gt; oriented rare earth giant magnetostrictive material

【技术实现步骤摘要】
稀土合金球形单晶磁粉的制造方法及＜111＞取向稀土超磁致伸缩材料
本专利技术涉及适用于<111>取向的稀土超磁致伸缩材料及球形单晶磁粉的制备方法，尤其是粘结稀土超磁致伸缩材料和烧结稀土超磁致伸缩材料领域R-Fe-M合金球形单晶磁粉的制备方法。
技术介绍
稀土-铁立方Laves相单晶材料表现出大的磁致伸缩效应，在声呐、换能器等领域都有重要应用。但稀土-铁立方Laves相单晶材料的制备工艺复杂，生产成本高，难以制备大尺寸成分和性能均一的单晶材料。作为一种替代方法，可以通过制备稀土-铁立方Laves相单晶粉末，用单晶粉末为原料制备磁致伸缩块体材料。可以将单晶粉末在磁场下取向后压制成型，高温退火制备具有一定取向的烧结稀土超磁致伸缩材料。也可以将单晶粉末与其他材料，比如环氧树脂，制成粘结稀土超磁致伸缩材料，表现出与大块单晶材料类似的磁致伸缩性能。比如，将铁磁单晶磁粉与环氧树脂混合后在磁场下成型，磁性单晶磁粉可获得高的取向度，该粘结磁致伸缩材料会表现出与单晶材料类似的磁致伸缩性能。目前稀土-铁立方Laves相单晶粉末的制备方法采用的是破碎法。主要有两种方式：第一种，铸锭或速凝成晶片机械破碎(如专利CN200410037611.X)：将铸锭或速凝成晶片在高温退火，使晶粒长大，通过机械破碎的方法获得单晶颗粒，颗粒为不规则片状形貌；第二种是制备取向晶体或单晶，再破碎晶体获得单晶粉末(如美国专利US005792284A)。目前用这二种方式制备单晶颗粒仍存在不足，主要表现在粉末中单晶颗粒所占比例不够高和颗粒的形貌不规则。虽然脆性大的磁性金属间化合物在机械破碎时容易沿晶间断裂，但仍有部分颗粒会沿晶内断裂，要在粉末中获得高比例的单晶颗粒比较困难。另外，机械破碎后的粉末，颗粒形貌大多为片状，带有尖锐菱角，在与其他材料混合制备取向度高的超磁致伸缩粘结材料时难以获得高的密度。原因是，外加磁场取向时，片状颗粒受周围粉末和分散剂的阻碍作用比较大，不容易实现颗粒的转动取向，合金颗粒密度大时难以获得高的取向度。如果需要获得高得取向度，需要降低磁性颗粒的比例，如专利CN201210034284.7。降低磁性颗粒的比例会影响磁性颗粒间应变的传递，降低磁致伸缩的大小和能量转换效率。稀土-铁立方Laves相合金球形单晶颗粒，容易实现外加磁场时颗粒的转动取向，获得取向度好、磁性金属颗粒密度高的粘结稀土超磁致伸缩材料和烧结稀土超磁致伸缩材料。制备稀土-铁立方Laves相合金球形单晶磁粉，有望发展具有高磁致伸缩效应的粘结稀土超磁致伸缩材料和烧结稀土超磁致伸缩材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种立方Laves相R-Fe-M合金球形单晶磁粉的制备方法，尤其是<111>取向有稀土超磁致伸缩材料及合金球形单晶磁粉的制备方法，该方法是通过将R-Fe-M合金球形磁粉与惰性的固体分散剂混合，让R-Fe-M合金球形磁粉被惰性固体分散剂隔开，在低于R-Fe-M合金熔点以下某一温度退火，通过R-Fe-M合金与固体分散剂不反应、不扩散的特性，利用高温下R-Fe-M立方Laves相晶粒的异常长大能力制备R-Fe-M立方Laves相球形单晶颗粒。本专利技术的技术方案是，一种立方Laves相R-Fe-M合金球形单晶磁粉的制备方法，尤其是稀土超磁致伸缩材料及合金球形单晶磁粉的制备方法，所述R-Fe-M合金球形单晶磁粉制备方法的包括以下步骤：(1)制备R-Fe-M合金球形磁粉；(2)单晶化处理：将R-Fe-M合金球形磁粉与惰性固体分散剂均匀混合后，在R-Fe-M合金熔点以下温度退火处理后获得具有立方Laves相结构的R-Fe-M单晶颗粒，优选退火温度在R-Fe-M合金熔点以下50℃到200℃的范围，优选退火时间在1～4小时；(3)除掉固体分散剂，获得R-Fe-M立方Laves相球形单晶磁粉。本专利技术所述的R-Fe-M合金,R是指稀土元素，包括铽、镝、钐、镨、钕、铈、钬、铒等中的一种或几种，M是指过渡金属元素，如钴、锰、铝、镓、铬等中的一种或几种，其余为铁。R-Fe-M稀土合金由30～40％(原子百分比)的R，0～20％(原子百分比)的M和其余Fe所组成。所述制备R-Fe-M合金球形磁粉的步骤：先通过熔炼或化学还原的方法获得R-Fe-M合金，后通过雾化法、或液滴喷射法、或电火花法、或等离子体球化法、或用固体分散剂将R-Fe-M合金颗粒隔开后在高于R-Fe-M合金熔点以上温度退火球化的方法。所述R-Fe-M合金球形颗粒尺寸小于1mm，优选的尺寸范围在10μm～300μm。将R-Fe-M合金磁粉用惰性的固体分散剂隔开，固体分散剂包括陶瓷材料粉末(氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷以及它们的复合物和混合物)。混料的步骤是将所述的R-Fe-M合金磁粉与固体分散剂经过机械混合，或在有机液体中搅拌均匀混合，或通过分散剂辅助分散实现均匀混合。所述固体分散剂可以是小于R-Fe-M合金颗粒尺寸的任意大小的尺寸，优选的尺寸范围为1μ～10μm，形貌可以是片状、球状、线状、管状或其他形状。所述稀土超磁致伸缩合金球形磁粉与固体分散剂的质量比应满足稀土合金球形颗粒能被固体分散剂完全隔离开。退火处理实现R-Fe-M合金颗粒单晶化的要求包括：1)在高真空或惰性气体中退火R-Fe-M合金磁粉与固体分散剂的混合粉末；2)退火温度低于R-Fe-M合金的熔点，优选的退火温度是在低于R-Fe-M合金熔点的50～200℃范围，优选的退火时间在1～4小时。除掉固体分散剂获得R-Fe-M合金球形单晶磁粉的方法包括：1)在液体中浸泡后，超声清洗，除掉固体分散剂，获得R-Fe-M合金单晶磁粉；2)采用外加磁场的方法，分离铁磁性的R-Fe-M合金和非磁性的固体分散剂，获得R-Fe-M合金球形单晶磁粉；3)利用稀土合金磁粉与固体分散剂的密度的差异，通过风力分选的方法获得稀土合金立方Laves相球形单晶磁粉。所述稀土超磁致伸缩合金球形单晶颗粒的尺寸小于1mm。优选的R-Fe-M合金球形单晶磁粉的颗粒尺寸在10μm～300μm的范围。所述的<111>取向的稀土超磁致伸缩材料是以稀土超磁致伸缩合金球形单晶磁粉为原料加工而成(在取向磁场中真空熔炼，为常用技术)。稀土类元素(以下简称R)、铁(Fe)和过渡金属(M)为成分的R-Fe-M立方Laves相球形单晶磁粉的制备成粉未,利用R-Fe-M立方Laves相单晶的磁各向异性和球形粉末磁场下容易取向的特性，制备具有高度<111>取向的粘结稀土超磁致伸缩材料和烧结稀土超磁致伸缩材料。以此原料特别能形成<111>取向的稀土超磁致伸缩材料。有益效果：本专利技术将R-Fe-M合金球形磁粉用惰性的固体分散剂隔开，在低于R-Fe-M合金熔点以下某一温度退火，通过R-Fe-M合金与固体分散剂不反应、不扩散的特性，利用高温下R-Fe-M立方Laves相晶粒的异常长大能力制备单晶颗粒。根据本专利技术，制备R-Fe-M合金单晶磁粉的原理清晰，制备R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.稀土超磁致伸缩合金球形单晶磁粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备R-Fe-M合金球形磁粉；/n(2)将R-Fe-M合金球形磁粉与惰性固体分散剂均匀混合后，在R-Fe-M合金熔点以下温度退火处理获得具有立方Laves相结构的R-Fe-M合金单晶颗粒，优选退火温度在该立方Laves相熔点以下50℃到200℃的范围，退火时间在1～4小时；/n(3)除掉固体分散剂，获得R-Fe-M立方Laves相球形单晶磁粉。/n

【技术特征摘要】
1.稀土超磁致伸缩合金球形单晶磁粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备R-Fe-M合金球形磁粉；
(2)将R-Fe-M合金球形磁粉与惰性固体分散剂均匀混合后，在R-Fe-M合金熔点以下温度退火处理获得具有立方Laves相结构的R-Fe-M合金单晶颗粒，优选退火温度在该立方Laves相熔点以下50℃到200℃的范围，退火时间在1～4小时；
(3)除掉固体分散剂，获得R-Fe-M立方Laves相球形单晶磁粉。


2.根据权利要求1所述的稀土超磁致伸缩球形单晶磁粉的制备方法，其特征在于，所述的R-Fe-M稀土合金,R是指稀土元素，包括铽、镝、钐、镨、钕、铈、钬、铒中的一种或几种，M是指过渡金属元素，如钴、锰、铝、镓、铬等中的一种或几种，其余为铁；R-Fe-M稀土合金，由30～40％(原子百分比)的R，0～20％(原子百分比)的M和其余Fe所组成。


3.根据权利要求1或2所述的稀土超磁致伸缩球形单晶磁粉的制备方法，其特征在于：
准备所述制备R-Fe-M合金球形磁粉的步骤：先通过熔炼或化学还原的方法获得R-Fe-M合金，后通过雾化法、或液滴喷射法、或电火花法、或等离子体球化法、或用固体分散剂将R-Fe-M合金颗粒隔开后在高于R-Fe-M合金熔点以上温度退火球化的方法。


4.根据权利要求2所述的制备R-Fe-M合金球形磁粉，其特征在于：所述R-Fe-M合金球形颗粒尺寸小于1mm，范围尤其在10μm～300μm。


5.根据权利要求3中所述的稀土超磁致伸缩球形单晶磁粉的制备方法，其特征在于：将R-Fe-M合金磁粉用惰性的固体分散剂隔开，固体分散剂包括陶瓷材料粉末，包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷以及它们的复合物和混合物；混料的步骤是将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少龙，董大舜，钱进，黄业，都有为，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32