[发明专利]一种高稳定稀土-铁-永磁碳化物及其制备方法

说明书

本发明涉及用快淬冷凝方法制备高稳定高碳含量的稀土-铁基化合物，尤其是用快淬或快淬后晶化形成具有2∶17型或1∶12型结构的具有高矫顽力的稀土铁基永磁碳化物及其制备方法。

用铁替代高价的钴制备稀土永磁材料一直是人们追求的目标，第三代稀土永磁材料钕-铁-硼的发现是成功的一例，它已被广泛应用于电子、电工、冶金、航空航天及民用等领域。然而，钕-铁-硼永磁材料的稳定性较差影响了这一材料的更广泛的应用。因此，研究和寻找新一代永磁材料已是人们共同的奋斗目标。到目前为止，已发现了一些有希望成为永磁材料的化合物，例如钕铁钛氮（1∶12型）和钐铁氮（2∶17型）等，但至今尚未成为实用性磁体。

1990年，爱尔兰教授发现稀土铁（2∶17型）化合物通过低温渗氮不改变其结构，并具有良好的内禀磁性，尤其是钐铁氮（Sm₂Fe₁₇N₈）化物具有单轴各向异性、高饱和磁化强度和高居里温度，完全具备了制成稀土永磁材料的基础。这一发现引起了世界科技界和工业界的重视。随后中国教授又发现钕铁钛氮化物（NdFe₁₁TiN₉）也具备制成稀土永磁体的条件，而且使用低成本的钕而不用钐，因此更引起人们的注意。近几年来，已有许多科技人员投入了2∶17和1∶12型稀土-铁基永磁体的研究。继稀土铁氮化物（2∶17型）发现之后，人们也研究了气固相反应获得的稀土铁碳化物（2∶17型）。通过低温渗碳制备的稀土铁碳化物（2∶17型）具有稀土铁氮化物（2∶17型）类似的特征。

通过低温气固相反应得到稀土铁R₂Fe₁₇和R（FeM）₁₂氮化物和碳化物，是将熔炼后形成的2∶17和1∶12型结构的稀土铁基合金，研磨成很细的粉末，一般小于40μm，然后在低于600℃的温度下将氮或碳扩散进入合金的晶格中。由于这类氮化物或碳化物只能在低温下渗氮或碳才能获得，因此，它们是亚稳态的，在700℃时便完全分解成α-铁及稀土氮化物或碳化物，而不能再恢复到原有化合物的结构。目前使用的稀土铁基永磁体一般都是通过粉末冶金的方法把粉末压制成型后在大于1000℃的高温下烧结而成的。显然，粉末冶金工艺不能用于这类氮化物或碳化物的制备，这就给2∶17或1∶12型高永磁性能的氮化物或碳化物的制备带来了严重的困难。

为了获得高的内禀矫顽力，R₂Fe₁₇或R（FeM）₁₂的粉末氮化后还必须进一步研磨到1-5μm。这一过程将使其饱和磁化强度4πMs严重下降，退磁特性变差，因此不能获得应具有的高磁能积。

为了克服稀土铁R₂Fe₁₇、NdFe₁₀M₂氮化物或碳化物不能进行烧结的缺点，人们通过加入低熔点金属（如锌Zn，Sn等）在低于其分解温度下烧结，用熔化的低熔点金属把氮化或碳化的粉末粘结起来。另一方面，也可在氮化或碳化粉末中加入环氧树脂等一类的粘合剂来制成粘结磁体。但这些方法得到的磁体的磁性主要靠粉末本身的磁性，而不是象高温烧结材料那样通过磁体内部的组织调整来提高磁体性能，并且加入了这些非磁性的组分后，大大降低了磁体的有效填充率，使磁体的剩磁显著降低，因此不可能获得高性能磁体。

稀土铁R₂Fe17碳化物，当碳含量不高时，可通过冶炼的方法获得。对轻稀土的R₂Fe₁₇C_x，x一般小于1.0，对重稀土，x一般小于1.5。这样制备的Sm₂Fe₁₇C_x化合物虽然具有制备永磁体的基础，但于碳含量较低，使磁体的各向异性场不高，因而不能制成理想的实用磁体。

本发明的目的在于克服上述已有缺点和不足，从而提供一种完全不同于气固相反应的快淬冷凝方法制备高稳定高碳含量的稀土铁基化合物，经粉末冶金的烧结工艺，使磁体内部形成磁性颗粒间的磁相互作用，再经磁场取向改善退磁曲线的方形度，得到具有高居里温度，高饱和磁化强度和高磁能积的材料。

本发明的目的是这样实现的：其一通过调整组份，形成一种高稳定高碳含量的稀土铁基永磁材料，其组成为：

（R_1-xR′_x）_α（Fe_1-yM_y）_βC_γ