【知識】稀土金屬-粘結永磁體及其應用

一、粘結永磁體的製造工藝

粘結永磁體是指用永磁粉末混入一定比例的粘結劑，按一定的工藝製成的一種磁體。按其最終的形態可分為柔性磁體和剛性磁體，按其生產工藝可分為4種：壓延成型(又稱輥軋成型)、注射成型、擠壓成型和模壓成型。

1．壓延成型(Calendering) 壓延成型是出現較早的一種粘結方法，其工藝過程大致為：將磁粉和粘結劑按大約7：3(體積比)的比例混合均勻，在柔軟狀態下通過兩個對軋的軋輥軋製成所需的厚度，然後經過團化處理製成產品。所使用的粘結劑為丁睛橡膠和乙烯類樹脂，製成的產品是柔性的磁板，厚度為O.3—6mm，寬度約lm，長度幾十米，一般使用鐵氧體磁粉，為了提高磁性能，可加入少量的釹鐵硼磁粉。磁板表面不需要塗層保護，一般進行表面貼膜作為裝 飾。

2．注射成型(1njection Moulding) 注射成型是從製造注射塑膠製品演變而來的。首先將磁粉和粘結劑混合均勻，經過混煉和造粒，製成乾燥的粒料，然後把粒料用螺旋式導料杆送到加熱室加熱，注射進模具成型，冷卻後即得產品。所用粘結劑一般為尼龍6、聚醯胺、聚脂和PVC等，加入量為20％~30％(體積百分數)。這種工藝可製成各種複雜形狀的粘結磁體，且磁體是剛性的。所用磁粉一般為鐵氧體、釹鐵硼及釤鈷磁粉，用後兩種磁粉由於硬度較大對導料杆和模腔磨損嚴重，是目前較為關注的問題之一。由於磁體表面已有一層粘結劑薄膜，不需進行表面塗層保護。

3．擠壓成型(Extrusion) 其工藝過程和注射成型基本相同，唯一區別是這種工藝是將加熱後的粒料通過一個孔洞擠入模具中成型，所得產品也是剛性的，所用粘結劑與注射成型相同，加入量為20％(體積)左右。這種工藝一般用來生產其他粘 結工藝較難實現的薄片狀或薄壁環狀磁體。

4．模壓成型(Compression) 模壓成型是借鑒粉末冶金工藝的一種粘結方法，首先將磁粉和粘結劑按比例混合，使得粘結劑均勻地塗覆在每一個磁粉顆粒表面，經過簡單造粒並加入一定量的添加劑，把混合粉放入模具中在壓機上成型，成型壓力 一般為7—10t／cm2，最後將壓坯放入烘箱中在120—150 ℃下固化得到最終產品。所用粘結劑一般是熱固型環氧類樹脂或酚醛類樹脂，加入量為10％~20％(體積)。由於加入的粘結劑量少，這種工藝製成的粘結磁體的 磁性能最好，是目前發展最快的一種工藝。特別是釹鐵硼永磁材料出現以後，粘結釹鐵硼永磁體幾乎全部採用這種工藝，已逐漸形成了產業化。粘結磁體表面需進行塗層保護，一般採用陰極電泳、噴塗或其他表面防護方法。

二、粘結永磁體的磁性能及應用

壓延工藝製成的粘結磁體為保持其柔韌性，一般使用粉末粒度為1—1．5μ m的磁粉，加入的粘結劑量也較多，因此這種工藝大部分使用鐵氧體磁粉，產品全部是各種厚度的板狀物，然後再用刀具切割成其他形狀。由於易於彎曲，可很容易地製成多極磁環，原材料和製造成本較低，用途很廣泛，可用於微型電機、印表機壓板、大型看板和兒童玩具等。這種工藝製成的粘結磁體的最大磁能積 (BH)max＝4—6．4kJ／m3(各向同性)，為提高磁性能，可加入適量的釹鐵硼磁粉，獲得實用的粘結磁體(BH)max＝9．6—11．2kJ／m3，與該工藝製成的各向異性粘結磁體的磁性能相同。

 對於注射成型工藝，為保證磁粉的流動性和磁體的強度，也需加入較多的粘結劑，因此，其粘結磁體的磁性能與壓延工藝的基本一樣。注射成型工藝可生產各向異性磁體，即在將粒料注入模具時加一定的恒磁場或脈衝磁場，以提高粘結磁體的磁性能。產品主要用於儀器儀錶中，如汽車、輪船、飛機的速度表、燃油表和電流電壓表等。

 擠壓工藝適於製造很薄的片狀或高度較高的薄壁環狀粘結磁體。加入的粘結劑用量較壓延和注射工藝的少，磁性能一般為(BH)max＝3．2—4．8kJ／m3(各向同性)，產品主要用於墊圈、小型廣告標牌以及電機中。 由於工藝和生產設備的限制，壓延、注射和擠壓成型工藝大多用於鐵氧體磁粉，產品磁性能均比較低。模壓成型是目前應用最廣泛的一種工藝，特別是快淬釹鐵硼永磁粉出現以後，得到了飛速發展。由於加入粘結劑量很少，對於同一種材料來說，用模壓成型獲得的磁體的磁性能最好。粘結鈷鐵硼永磁體幾乎全部使用快淬磁粉作為原材料(少量用HDDR工藝生產的磁粉)，工藝基本上採用模壓成型，磁性能最高。(BH)max＝64—96kJ／m3(各向同性)，應用市場十分廣闊。

三、粘結磁體的市場及發展前景

 據有關統計，1995年全球永磁體市場為36億美元，其中粘結磁體為10億美元，約占28％，工業用粘結磁體74％是鐵氧體，22％是釹鐵硼，其餘為粘結釤鈷永磁體。從1990年至1995年，粘結釹鐵硼永磁體的市場發展 很快，逐漸佔據了主導地位，平均年增長率為35％，1996年和l997年增長率為20％左右，儘管受亞洲金融危機的影響，l998年和l999年仍將保持15％的增長率。如上所述，粘結釹鐵硼永磁體主要使用快淬磁粉，1995年和1997年生產這類磁粉分別為1400噸、2050 噸。相應的粘結釹鐵硼永磁體分別為l 300噸和1800噸，總銷售額為2．04億美元和1．87億美元。可以看到，儘管市場每年都在增加，粘結釹鐵硼永磁體的價格卻在下降。

 PC機(個人電腦)行業是粘結釹鐵硼永磁體的最大市場，l997年HDD(硬碟驅動器)主軸電機、CD—ROM、FDD(軟碟驅動器)主軸電機和FDD步進電機所用粘結磁體中，56％用的是粘結鑽鐵硼永磁體，預計2000年將生產2億台HDD主軸電機。另外，汽車行業是粘結永磁體一個最大的潛在市場。

 用快淬磁粉只能生產各向同性粘結磁體，近幾年逐漸研製出各向異性磁體、主要使用HDDR氫裂釹鐵硼磁粉或Sm2Fe17Nx磁粉。但要進行工業化規模生產，還需在工藝設備方面進行深入的研究工作。值得注意的是 近年來開發的低放雙相藕合(又稱交換彈簧作用)磁粉，用於做粘結磁體，這類磁體的特點是剩磁很高，Br＝O.7～O.9T，內稟矯頑力較低， jHc ＝ 160 ～ 280kA／m ，適於做細長的磁體或多極充磁磁體，成本較快淬釹鐵硼磁 粉便宜很多，是一種廉價實用的稀土快淬磁粉。


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