注塑铁氧体

1.4 注射成型粘结磁体概况

注射成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注塑成型[36]，是将聚合物组分的粒料或粉料放入注射机的料筒中，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料均匀化和熔融，然后借助于柱塞或螺杆向熔化好的聚合物熔体施加压力，将高温熔体通过喷嘴和模具的浇道系统射入预先闭合好的低温模腔中，最后冷却定型、开启模具就得到具有一定几何形状和精度的制品。

随着工业化进程的加快，注射成型技术已经应用到各个领域。

1980年诞生的第一块注射成型铁氧体磁体[37]，掀开了磁体的注射成型技术的新纪元。随后铁氧体的注射技术迅速发展，现已经大规模产业化。

60年代开发出了第一代稀土磁性材料SmCo5合金，人们将该磁性材料用于注射成型，制备出比铁氧体磁性能优异得多的注射成型稀土SmCo5磁体，其最大磁能积达到10MGOe，但热稳定性能差[38]；随后人们将第二代稀土永磁材料Sm2Co17类磁粉与注射成型技术结合，制备出的粘结磁体的热稳定性和磁性能均有较大的提高，其最大磁能积达到11MGOe[39]。但是，由于它们的主要成分是Sm和Co，这两种材料的价格昂贵，且又是战略物资，因此，注射成型的第一和二代稀土永磁的工业化大生产和市场开发受到了限制。

80年代人们结合美国GM公司研究开发的MQ快淬NdFeB磁粉研制了各向同性的注射粘结NdFeB磁体[40]，特别是1999年日本Mate Co.Ltd用MQ等快淬NdFeB磁粉制成了各向同性的注射成型RIN-90的粘结钕铁硼磁体，其磁能积(BH)m达到72.5KJ/m3[41]；日本爱知制钢公司采用d-HDDR工艺生产出不含Co，价格低廉的HDDR-NdFeB磁粉，其典型的磁性能：Br=13.8kG，Hcj=14.0kOe，

(BH)m=38~42MGOe[42]，采用这种高度各向异性HDDR钕铁硼粉，获得了(BH)m 达130KJ/m3的注射成型各向异性磁体[43]。

1987年，Sm2Fe17N3磁性材料被人们发现后[44]，日本住友金属矿山公司用还原扩散法批量生产出了平均粒径2~3μm的Sm2Fe17N x磁粉，其磁特性为Br=1.35T，Hc=850kA/m，(BH)m=290kJ/m3；采用这种磁粉与PA12树脂混合料，已批量生产出磁能积为111kJ/m3的各向异性注射成型磁体Wellmax-S3A，而实验室样品的磁性能为141kJ/m3，是当今注射磁体的最高水平。

1999年，S Yoshizawa et al.采用Sm2Fe17Nx同不饱和聚酯系树脂混合制得了磁能

积高于120 kJ/m3的注射磁体，这比采用热可塑性聚酰胺树脂的粘结磁体的耐热性高,特别是可制造薄型磁体[45]。

随着电子信息技术的飞速发展，市场对磁性材料及磁性元件在形状复杂度、尺寸精度、小型化、轻型化、智能化、整体成型化等方面提出了更高的要求，传统的制造技术已无法经济地满足上述要求，这为粉末注射成型技术在永磁行业的应用提供了巨大的机会，可以预见注射成型磁体制备技术将会越来越成熟，注射成型粘结稀土永磁体的市场将会越来越大。

1.5注塑永磁体的研究国内外研究现状及趋势

1.5.1注塑永磁体的国内外研究现状

随着注塑磁体市场的进一步扩大，更多的专业人员开始研究如何制备高性能注塑磁体。2004年，颜冲[46]等人发现铁氧体磁粉在粘结剂中的填充率和取向度与其平均颗粒尺寸和压缩密度有密切关系，而各种添加剂的用量和添加次序及磁体制备时工艺参数的有效控制对提高磁体的性能都有重要影响。并应用注射成型技术，通过优化材料配方和制备工艺，制备出了最大磁能积为17.66kJ/m3 （2.21 MGOe)的各向异性粘结铁氧体磁体。目前，国外注射成型粘结铁氧体永磁材料的最大磁能积已高达18.4kJ/m3(2.3MGOe)，而我国相应产业化产品的最高水平只有15.2kJ/m3 (1.9MGOe)左右，存在较大的差距。

表1-1 现阶段国内外注射成型粘结铁氧体永磁材料的磁性能

Table 1-2 Magnetic properties of injection bonded ferrite magnets produced by

domestic and aborad major enterprises

牌号Br/Gs H cb/Oe H ci/Oe (BH)max/MGOe 户田TP368 2897 2323 2727 2.072 大日本油墨FPA-212 3050 2574 2889 2.314 北矿BMP-1.9 2800 2386 2800 1.942

江门ZF1117 2680 2250 2550 1.740

近年来，注塑NdFeB研究主要集中在粘结剂和偶联剂的选择（以将NdFeB的氧化降低到最小）、选择合适的磁粉粒度分布、或是通过粒度级配来提高NdFeB 磁粉的填充量等方面。由于对耐高温粘结磁体需求的增加，耐热性好Nylon6/P6，PPS 和LCP 粘结剂用得越来越多。Nylon6P6 比Nylon6 的吸湿性更小，而且在

200℃时强度不变。PPS吸湿性也很小，强度较高，但是很脆[47]。日本住友金属矿山公司最近开发了一种非饱和高聚合树脂。此种树脂由于熔点较低, 可以使注射在较低的温度(30～50℃) 下进行，有效防止粉末氧化。NdFeB 粘结磁体中常用的偶联剂有两类: 钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂。钛酸酯偶联剂的分散效果较好、用量少、效率高；而硅烷偶联剂疏水基团中含有能与粘结剂发生交联作用的官能团,与树脂的相容较好，用它处理过的磁体抗压强度较高，但其用量相对较多[48]。段柏华[49]等人研究了磁粉粒度对注塑NdFeB磁体性能的影响，发现NdFeB 磁粉粒度太粗或太细均不利于磁体性能的提高，其最佳粒径范围是80~100 μm，并通过粒度级配可以降低喂料粘度值或提高临界装载量，在此基础上制备高性能的各向异性粘结NdFeB 磁体，其Br、jHc、(BH)max 及 bb分别为878mT、1212.3 kA/m、128 kJ/m3 及73 MPa。目前商业化的注塑NdFeB磁体是由日本大同制钢的生产的FM8系产品，磁性能高达63.2kJ/m3(7.9MGOe)。国内注塑NdFeB产品的性能大多数集中在41.5kJ/m3(5.2MGOe)左右。

近年来注塑磁体的发展趋势主要有：

1.开发高性能注塑NdFeB磁体、高温粘结NdFeB磁体[50]。NdFeB磁体的固有缺点是居里温度低, 矫顽力温度系数大,导致使用温度不高, 使其无法在功率较大的电机中使用。所以开发高性能、耐高温注塑磁体有利于进一步扩大其应用。

2. 开发铁氧体/NdFe复合注塑磁体[51,52]：以填补各相异性注塑铁氧体（BHm在2.3MGOe以下）和各相同性注塑NdFeB磁体（BHm在5.0MGOe以上）之间存在的注塑磁体空白，满足各种电子元器件的需求。

3. 开发高性能永磁材料-纳米复相永磁材料. 通常软磁材料的饱和磁化强度高于永磁材料,而永磁材料的磁晶各向异性又高于软磁材料,如将软磁相与永磁相在纳米尺度范围内进行复合,颗粒间将会产生强烈的交换耦合作用,而导致剩磁增强,这种以”交换弹性偶合”组成的纳米复合材料是获得高磁能积的新途径,从而获得同时具有两者优点的高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料. 它的理论磁能积高达960kJ/m3 (120MGOe) ,远高于目前磁能积最高的NdFeB 磁体,而它的稀土含量仅占5wt%左右,从而大大降低了成本. 这种材料由于具有高剩磁、高磁能积、高矫顽力和相对低的稀土含量以及相对成本较低,因此有望成为新一代永磁材料,是目前研究的热点之一[53-55]