Nd－Fe－B层叠烧结磁体及其制造方法与流程

nd－fe－b层叠烧结磁体及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及nd-fe-b层叠烧结磁体，特别是涉及电动车的主电机等大型电机和发电机所使用的nd-fe-b层叠烧结磁体及其制造方法。


背景技术：

2.nd-fe-b烧结磁体，是由本技术发明人等在1982年发明的(日本特公昭61-3424)，不仅远远超越了在那以前的永久磁体材料的磁特性，而且，因为以钕(nd：稀土类元素的一种)、铁和硼等资源上丰富的原料为主要成分，所以廉价，作为理想的永久磁体材料而一直稳步地拓展市场。其用途广泛涵盖计算机hdd(硬盘驱动器)、磁头驱动用电机(vcm：音圈电机)、高端扬声器、头戴耳机、电助力型自行车、高尔夫球车、永久磁体式磁共振诊断装置(mri)等。此外近年来，在混合动力汽车或电动车的驱动用电机、节能
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低噪音型大型家电制品(空调或冰箱)
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电梯和其他工业用电机中，实用化也在快速推进。
3.但是，nd-fe-b烧结磁体虽具有高磁性，但却存在温度特性不良这样的缺点，特别是矫顽力的温度特性是重要的。用于家电和工业用电机时，无法避免线圈电流引起的温度上升。另外，因为退磁场从电机电枢起作用，若温度上升而矫顽力变小，则永久磁体发生不可逆去磁。因此，为了防止不可逆去磁，只能预先提高矫顽力。
4.nd-fe-b烧结磁体被发现后，因为矫顽力等特性改善，所以添加元素(日本专利第1606420号等)
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热处理(日本专利第1818977号等)
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晶粒直径控制(日本专利第1662257号等)等效果已明确，但对于矫顽力提高最有效的，是添加重稀土元素(dy,tb)(日本专利第1802487号)。但是，如果大量使用重稀土元素，则矫顽力确实增加，但饱和磁化降低，最大能量乘积降低。另外，因为dy、tb资源稀少，价格昂贵，所以很难覆盖有很大需求预期的电动车或工业用
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家庭用电机。
5.之后，发现一种方法，不在合金组成之中添加dy/tb等，而是通过制作烧结体，通过热处理从外部使dy/tb等的金属或化合物扩散到烧结体内部的结晶晶界的晶界扩散(grain boundary diffusion,gbd)法，几乎不会招致饱和磁化和最大能量乘积的降低而只会提高矫顽力(日本专利第4450239号等)。
6.另一方面，作为电动车用磁体，为了减少在运行中因发生涡流造成的损耗，抑制磁体中的放热而降低磁体的温度上升，而提出有将磁体分割而层叠的nd-fe-b烧结磁体。在此提案的一例中，在厚度5mm的nd-fe-b烧结磁体上涂布dy的氟化物粉末，在ar中，以900℃加热1小时而实施晶界扩散处理，其后，重叠18个这种分割磁体，插入到电机转子的磁体插入孔并以环氧树脂固定。装配着具有这样制作的转子的ipm电机，在日本特开2011-78268中提出。
7.作为另一个背景技术，阐述了关于重要的用于制造nd-fe-b烧结磁体的磁体粉末成形取向技术。世界上的磁体制造商，通过磁场中模压法来制造nd-fe-b烧结磁体。即，在外加磁场的金属模具中使磁体合金粉末取向，加压成形，对此取向压粉体进行烧结而制造烧结磁体，在此方法中，需要许多薄板状磁体，在制作一大块块状磁体后，经机械切割制成。
8.相对于此，本发明人等开发并提出“无压工艺：pressless process(plp)”(参照下述专利文献1等)。在此方法中，并非是将使用磁场中模压法制成的粉末压缩成形体运送到烧结炉中，而是对于填充容器(以下称为“模具”)内高密度填充的磁体合金微粉末实施磁场中取向，将模具直接搬送到烧结炉中。薄板磁体，是在底浅而面积大的盘状的有型腔的模具中填充磁体合金粉末，取向后经烧结而生产，薄板磁体的取向方向，是与薄板的主面垂直的方向。
9.在现有压制法中，为了搬送到下道工序的烧结工序中，需要制作具有足够强度的粉末压缩成形体，因此通过压制法，难以制造高取向的薄板状压粉体。相对于此，在plp法中，是将粉末取向成形体连同模具一起搬送，从而能够直接工业性制造薄板状磁体。
10.另外，上述“plp法”经过进一步改良的“new-plp法＝nplp法”，同样由本技术发明人等提出(参照下述专利文献2等)。在此nplp法中，制造以适度的密度填充在模具内并在磁场中取向的磁体合金微粉末的取向填充成形体，接着取下模具的外壁构件，使之移动至烧结用底板并搬入烧结炉。制造薄板磁体时，用多个隔板将模具内的型腔分割成窄腔，在由此隔板划分的窄腔中填充磁体合金粉末。
11.其后，用盖盖上模具，外加磁场，使磁体合金粉末取向。磁场外加方向，是与窄腔的主面垂直的方向。此后，将模具和粉末成形取向体转移至烧结用底板时移除模具的外壁，只将形成于模具内部的由多层的粉末
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隔板构成的粉末
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隔板层叠体留在烧结底板上。然后，在烧结炉之中加热留在此烧结底板上的粉末
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隔板层叠体，由此可制造多个薄板状烧结体。
12.烧结磁体的制造所使用的模具，由有着一定程度的精度要求的材质制作，但是，若多次曝露在1000℃以上的高温的烧结温度下，则模具消耗，因此在plp法中，存在模具的费用高这一问题，但nplp法的情况下，因为不用将模具放入烧结炉内，所以解决了模具成本的问题。
13.这样，通过上述的plp法和nplp法，无需机械加工而直接制造薄板状nd-fe-b烧结磁体的技术得以确立。在这些薄板磁体中，磁体的取向方向，即磁化方向，是相对于薄板的主面垂直的方向。
14.现有技术文献
15.专利文献
16.专利文献1：日本专利第4391897号公报
17.专利文献2：日本专利第6280137号公报


技术实现要素：

18.发明所要解决的问题
19.今后，在汽车电动化的日益推进中，希望用于主电机的nd-fe-b烧结磁体，在维持最高磁特性的状态下，将成本压缩到极限，并将磁体所含的dy和tb的使用量，降低至资源允许的极限。但是现状是，ev(electric vehicle)和hev(hybrid electric vehicle)所使用的nd-fe-b磁体中，包含一定量的dy和tb，制造成本的削减还不充分。
20.上述ev和hev用nd-fe-b烧结磁体的节dy和节tb不充分，不能削减制造成本的理由在于，不能廉价地制造层叠nd-fe-b薄板状磁体的层叠磁体。为了制作nd-fe-b烧结磁体的
薄板状磁体，只能采取通过切割磨石或线锯等机械加工，从块状磁体上切下薄磁体的手段。这时，是以使薄板状磁体的易磁化方向处于薄板的主面内的方式裁切。为了从块状磁体切割出这样的薄板磁体，除了花费高昂的加工成本以外，还会生成大量的切屑，带来材料的巨大损失。
21.作为电机中所使用的铁芯材料的硅钢板，为了减少电机运转中发生的过电流损失，而使厚度为0.5mm以下，并冲压成规定形状，层叠使用。同样在电机之中使用的nd-fe-b烧结磁体，如果冲压得很薄使用，则希望涡流损耗降低至极限是不可能的。因此，电动车的主电机所使用的nd-fe-b烧结磁体，如上述的公知例(日本特开2011-78268)这样，作为厚度5mm左右的分割磁体供于使用。厚度5mm的磁体，因为是通过机械加工从大块磁体(称为块状磁体)上裁切出的，所以加工成本和材料产率降低，从而导致成本高昂。而且，厚度5mm左右的层叠体，其涡流损耗降低效果不充分。将形成层叠磁体的每1片薄板状磁体称为“单元磁体”。
22.若是单元磁体的厚度为5mm的层叠磁体，则涡流损耗比非层叠的块磁体有所降低，但尚未充分降低。如果使用将单元磁体的厚度加工得比5mm薄，例如薄至3mm以下而使之层叠的磁体，则可期待电机发生的涡流损耗大幅降低，但制作这样薄的单元磁体，由于巨大的加工成本、和作为切屑的材料损失，即材料产率的降低，会导致成本过高，无法实用化。
23.另一个不能使nd-fe-b磁体变薄导致的不利情况是，若对厚磁体实施晶界扩散处理，则tb和dy无法到达整个磁体，因此矫顽力在磁体内不均匀。如上述的公知例，分割成厚度5mm的磁体，即使对此分割的单元磁体实施晶界扩散处理，也很难达成直至磁体内部都均匀的晶界扩散效果。若将其层叠并安装到电机上，则磁体内将存在矫顽力的不均匀性。这将作为电机的弱点留在电动车内。
24.作为ev和hev主电机用磁体，因为没有使用由足够薄的单元磁体构成的层叠磁体，所以在汽车行驶中，电机的温度大幅上升。而且，因为单元磁体的厚度大，所以晶界扩散法带来的矫顽力提高效果不充分，不均匀。
25.基于这些理由，现状下的ev用主电机所使用的nd-fe-b烧结磁体，使用的是在基材中加入有2～3％以上tb和dy材质的nd-fe-b烧结磁体，但tb和dy在稀土类矿石中仅少量含有。
26.在ev、hev所使用的nd-fe-b磁体中，强烈希望tb和dy的使用量，可抑制在作为稀土类矿石可知较为丰富的独居石和氟碳铈矿中所含的成分限度内，此限度为nd-fe-b磁体重量的0.5％。
27.因此，本发明其课题在于，提供一种在磁力上均匀，具有高磁特性的nd-fe-b层叠烧结磁体。另外本发明的课题还在于，提供一种nd-fe-b烧结磁体经烧结后，无需切割工序，就可以制造由极薄(例如厚度3mm以下，优选为2.5mm以下)的单元磁体构成的层叠磁体的方法。
28.解决问题的手段
29.本发明人发现，根据以下的1)～7)，能够解决上述课题，从而完成了本发明，
30.1)为了将磁体内发生的涡流损耗降低至极限，形成使层叠磁体的单元磁体的厚度为3mm以下(优选为2.5mm以下)，形成层叠数为4层以上，优选为10层以上的层叠体，
31.2)为了将机械加工成本降低到极限，转换运用plp法或nplp法，不进行机械加工，
而直接制作nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向(易磁化方向)在nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内取向的nd-fe-b薄板烧结磁体，
32.3)利用粘接剂，将转换运用plp法或nplp法制作的厚度3mm以下的单元磁体加以粘接，或通过热压法压合，制作层叠磁体，
33.4)根据需要，为了高矫顽力化，对于单元磁体实施晶界扩散处。晶界扩散处理，无论在层叠单元磁体前或使之层叠后进行均可，
34.5)为了层叠磁体的低成本化，以及为了提高作为层叠磁体的性能，在单元磁体制作中生成的大量包含nd的表面层至少部分残留，而非全部去除的状态下，进行层叠化或晶界扩散处理，
35.6)为了针对整个磁体均匀强烈地发挥晶界扩散效果，使单元磁体的厚度处于3mm以下，
36.7)为了提高制造的磁体的矫顽力，在plp法或nplp法中，使用平均粒径3μm或在这一粒径左右的微细粉末。
37.即，本发明具有以下的构成。
38.〔1〕一种nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，是nd-fe-b薄板状烧结磁体经由高电阻层层叠而成的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，包括如下工序：
39.在具有由保留一定间隔排列的多个隔板进行分隔的结构的模具内，供给
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填充合金粉末后，在与被所述隔板划分的型腔的主面平行的方向上外加磁场，使所述合金粉末取向，其后进行烧结，由此不进行切割工序，而制造nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，并具有取向度90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体的工序；和
40.将经由所述工序得到的nd-fe-b薄板状烧结磁体多片层叠的工序。
41.〔2〕根据〔1〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使所述烧结中生成的大量含有nd的表面层，至少一分部留在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的表面，以此状态，层叠所述nd-fe-b薄板状烧结磁体。
42.〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体互相地粘接进行层叠。
43.〔4〕根据〔1〕或〔2〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，通过热压压合所述nd-fe-b薄板状烧结磁体。
44.〔5〕根据〔1〕或〔2〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的各个上，涂布含有dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末而实施晶界扩散处理后，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地进行粘接。
45.〔6〕根据〔1〕或〔2〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使含有dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末，介于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体之间，以此状态，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接或压合，其后，实施晶界扩散处理。
46.〔7〕根据〔3〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使用粘接剂，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接。
47.〔8〕根据〔3〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，以多个所述nd-fe-b薄板状烧结磁体层叠在注塑成形金属模具内的状态进行固定，其后，向该金属模具
内注入树脂进行粘接而成形。
48.〔9〕根据〔1〕～〔8〕中任一项所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体层叠10层以上。
49.〔10〕根据〔1〕～〔9〕中任一项所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使用以下任意一种方法制造所述nd-fe-b薄板状烧结磁体：
50.在由保留一定间隔排列的多个隔板进行了分隔的模具内，供给
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填充合金粉末后，在与所述隔板划分的型腔的主面平行的方向上，实施磁场中取向，其后，将模具直接搬送至烧结炉中进行烧结的方法，或者，
51.在具有如下结构的模具内供给
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填充合金粉末，制作填充成形体后，在所述填充成形体的主面内的方向外加磁场，使该填充成形体内的合金粉末取向，制作取向填充成形体，其后，从所述取向填充成形体上分离所述模具的侧壁，从所述模具中取出所述取向填充成形体，烧结取出的所述取向填充成形体的方法，其中，所述模具具有分割成两半以上的侧壁，并由保留一定间隔排列的多个隔板进行了分隔的结构。
52.〔11〕一种nd-fe-b层叠烧结磁体，其特征在于，是nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，并具有取向度90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体，通过粘接或热压压合，被层叠4层以上的层叠体。
53.〔12〕根据〔11〕所述的nd-fe-b层叠烧结磁体，其特征在于，对于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体实施晶界扩散处理，该nd-fe-b薄板状烧结磁体由粘接剂粘接、或通过热压压合而层叠。
54.发明的效果
55.本发明的效果如下。
56.(1)nd-fe-b烧结磁体经烧结后，无需切割工序，就能够制造由极薄的单元磁体构成的层叠磁体。因此，不会因切割工序生成大量的切屑，且无需高价的切割工序，能够工业化生产由极薄的单元磁体构成的层叠磁体。
57.(2)能够工业化生产在磁力上均匀，具有高磁特性的nd-fe-b层叠烧结磁体。
58.利用上述的效果，ev和hev的主电机内的金属性磁性材料都可实现降低涡流损耗所需要的层叠化。即，作为铁芯材料的硅钢板，虽然目前为止已达成用于减少涡流损耗的层叠化，但通过本发明的技术，首次在作为最高性能磁体的nd-fe-b烧结磁体中，也能够低成本、工业化实现降低涡流损耗所需要的层叠化。而且，根据电机设计者的要求，能够响应使薄板状单元磁体的厚度减少，降低涡流损耗。此外，借助均匀的晶界扩散效果，作为层叠磁体整体，不论该磁体整个的大小，都可以工业化生产矫顽力均匀的高矫顽力层叠磁体。
附图说明
59.图1是表示本发明的制造方法中使用的nplp法(new-pressless process法)各工序的示意图。
60.图2是表示本发明的制造方法中使用的模具(实施例1中使用)优选一例的图，显示模具内填充有合金粉末时的状态，上侧的图为俯视图，下侧的图面中，显示上侧的图中a－a截面的结构，并且取向工序时的磁场方向以箭头表示。
61.图3是表示本发明的实施例1所制造的单元磁体、和将其层叠通过热压而制作的层
叠体的外观的照片。
62.图4是表示实施例2中，在各单元磁体(无加工烧结基材)间涂布gbd(晶界扩散)膏并层叠加压时的方法的图。
具体实施方式
63.本发明是制造nd-fe-b薄板状烧结磁体经由高电阻层层叠而成的nd-fe-b层叠烧结磁体的方法，图1中显示，本发明的制造方法中使用的nplp法的示意图。
64.在本发明的制造方法的最初工序中，组装具有由保留一定间隔排列的多个隔板进行分隔的结构的模具，在该模具内供给
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填充合金粉末(磁体合金粉末)后，外加磁场而使所述合金粉末取向，其后，进行烧结，由此不用进行切割工序，制造nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，并具有取向度90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体。
65.在此工序中，准备具有如图1的1.所示这样的模具内的型腔被保留一定间隔(优选为1mm～5mm，更优选为1mm～3.5mm)而配置的多个隔板分割成窄腔的结构的模具，在由此隔板划分出的多个窄腔(cavity)内填充合金粉末(金属模具组装
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粉末填充)。这时，合金粉末的填充密度优选为3.4～3.8g/cc。
66.图2中显示本发明的制造方法所使用的具有如下结构的模具的一例：其具有被分割成两半以上的侧壁(外壁构件)，填充合金粉末之后，可以将模具的侧壁拆下，但本发明所使用的模具的结构不限于此，也可以使用侧壁不能拆卸的结构的模具。
67.图2中例示的模具，在由4块侧板1和底板2形成的模具内部，保留一定间隔配置有多个隔板3，由此形成多个内腔5，在模具的顶面侧与底面侧，分别与隔板3垂直地配置有磁极4。此磁极4由铁磁性体或亚铁磁性体物质构成，具有使施加于合金粉末的磁场均匀，使其取向方向一致的效果，如果由铁或硅钢等不会因烧结而变形的原材制成，则烧结时，不需要拆下。另外，该磁极4，虽然在使烧结体中的磁性粒子的取向方向一致，在提高烧结体品质方面有用而优选，但即使没有磁极，在能够无视取向混乱的情况下并非是必要的。
68.其后，如图1的2.所示这样用盖盖上模具，沿箭头的方向(从上向下的方向)外加磁场h，使填充在模具的内腔中的合金粉末取向，得到取向填充成形体。这时，磁场外加方向，是取向填充成形体的主面内的方向(即，垂直方向)，相比电磁体形成的静磁场，使用空心线圈的脉冲磁场的方式能够施加强的磁场。而且，外加强的磁场的情况，能够使构成粉末的粒子的结晶轴在一个方向上对齐，由此，烧结后的磁特性提高。
69.在本发明的制造方法中，制造nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向在nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，并具有取向度为90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体，但用于制造这样的薄板状烧结磁体的外加磁场的强度的期望范围是3特斯拉以上，为了得到剩余磁化对于饱和磁化的比率为93％以上的高取向，需要为3.5特斯拉以上，为了得到95％以上的更高取向，则需要4特斯拉以上。
70.在本发明中，通常，短时间内使储存在电容器组中的电荷放电，使大电流在普通导电空芯线圈流通而发生高磁场，1次脉冲磁场的幅度通常在1ms至1秒之间。作为脉冲电流的波形，可以是直流(一个方向)的脉冲波形，也可以交流衰减波形。在本发明中，也可以使直流脉冲与交流脉冲两者的波形的脉冲磁场加以组合，在高温超导空芯线圈流通大电流而发
生高磁场。这时，超导中，由于短时间内电流很难变化，所以也可以进行1秒以上的磁场外加。但是，考虑工序的效率，希望外加磁场的时间为10秒以下。
71.其后，如图1的3.所示，将模具和取向填充成形体转移到烧结用底板时，移除模具的外壁，只将形成于模具内部的粉末
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隔板层叠体留在烧结底板上(金属模具拆解)，搬送到烧结炉内。在本发明中，使用侧壁不能拆卸这种结构的模具时，将模具直接搬送到烧结炉内。
72.其后，如图1的4.所示，通过将烧结底板上的粉末
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隔板层叠体放入烧结炉进行烧结，不用进行机械加工，能够直接制造nd2fe
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b正方晶化合物的c轴方向在nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向的多个nd-fe-b薄板状烧结磁体。
73.在本发明中，进行烧结工序时的烧结温度和烧结时间，基于合金粉末的组成和粒径适宜确定，但nd-fe-b系烧结磁体的情况下，典型的烧结温度为900～1100℃左右，典型的烧结时间，包括升温时间在内为10～40小时左右。
74.此外，本发明的制造方法，包括将上述得到的nd-fe-b薄板状烧结磁体多枚(优选为4层以上)层叠的工序，这时，可以使用粘接剂将上述的所述nd-fe-b薄板状烧结磁体彼此粘接而层叠，或者，也可以通过热压压合而层叠。
75.这时，作为由热压进行压合时的方式，可列举以下两种方式。
76.(1)将至少堆叠4层以上(例如10层以上)的薄层单元磁体，通过热压，以700℃以上的高温，仅进行压合而制成层叠磁体。
77.(2)在热压装置内，将至少堆叠4层以上(例如10层以上)的薄层单元磁体配置金属模具内，以700℃以上的高温，通过上下冲头压缩堆叠的薄板状磁体，使薄层单元磁体沿着与压缩方向垂直的方向变形而压靠在金属模具内表面，调整层叠体的形状和尺寸。
78.本发明的制造方法中的上述的层叠工序中，层叠多枚(至少4层以上)nd-fe-b薄板烧结磁体而制造nd-fe-b层叠磁体时，可以使用仅在nd-fe-b薄板烧结磁体上涂布环氧树脂等粘接剂，粘接单元磁体而使之层叠的方法，或者，也可以使用注塑成形的方法，即，将多枚所述nd-fe-b薄板状烧结磁体以层叠状态固定在金属模具内，其后，向该金属模具内注入树脂而进行粘接。
79.通过粘接使nd-fe-b薄板烧结磁体层叠的方式，粘接剂造成层间的电阻增大。另外，以热压使所述nd-fe-b薄板烧结磁体层叠的方式中，除了薄板磁体表面的氧化膜以外，在热压前，在薄板磁体上涂布钕的氧化物也有效。此外，若在薄板磁体表面涂布tb和dy的氧化物、或氟化物的粉末而进行热压，则确认到这些粉末不仅对磁体的晶界扩散效果起作用，而且对薄板磁体间的高电阻化起作用。另外还确认到，若在薄板磁体上涂布硅油和硅脂，则这些树脂所含的氧、碳、硅与磁体成分反应，形成高电阻层。
80.本说明书中的所谓“高电阻层”，由形成于薄板磁体表面的氧化物膜、或涂布的粘接剂和上述的化合物构成，此外以热压法粘接时，由形成于薄板表面的氧化物、tb和dy的氟化物和氧化物、或热压前涂布的树脂和硅脂的混合物或反应生成物构成。这些被涂布的物质和热压中所形成的反应生成物作为高电阻层起作用。希望这样的高电阻层尽可能薄而拥有高电阻率。高电阻层的厚度优选为0.1mm以下，更优选为0.05mm以下。然后通过这些高电阻层，将电极附着在层叠磁体两端面而测量的电阻值，优选为相同大小的未层叠的块状磁体中在两端面附着电极而测量的电阻值的5倍以上，更优选为10倍以上，最优选为100倍以
上。
81.在本发明中，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互粘接时，优选在nd-fe-b薄板状烧结磁体的各个上涂布含dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末而实施晶界扩散处理后，再将nd-fe-b薄板状烧结磁体之间彼此粘接。
82.另外，在本发明中，优选使含有dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末介于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体之间，在此状态下，将nd-fe-b薄板状烧结磁体相互粘接或压合，其后，再实施晶界扩散处理。
83.这时，使含有dy和tb的化合物粉末或合金粉末，悬浮在乙醇等有机溶剂中，涂布于单元磁体。从资源性的观点出发，涂布量优选为，所涂布的粉末中包含的重稀土类金属成分为单元磁体的重量的0.5％以下。另外，上述的晶界扩散处理通过如下方式进行：将这些涂布有含dy和tb的化合物粉末的单元磁体重叠，在真空中或非活性气体中，以800～900℃加热5～20小时，其后，将这些单元磁体粘接或由热压进行压合，由此制作层叠磁体。
84.将涂布有含dy和tb的化合物粉末的单元磁体通过热压压合而制作层叠磁体时，为了提高晶界扩散效果，优选在热压后，以800～900℃进行5～20小时的长时间加热。
85.作为本发明中优选的上述含dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末，将dy和tb表示为r，可列举r2o3、r4o7、rf3或rf3和lif(氟化锂)的混合物等。另外dy和/或tb与fe、ni、al等金属元素的合金氢化而粉碎的氢化物粉末，或以rh
δ
表示的稀土类氢化物的粉末也是优选例。若这些金属氢化物加热到800℃以上的高温，则成为脱氢的金属和合金粉末。作为层叠磁体，优选接合层的电阻高的，因此金属粉末或金属氢化物粉末，作为上述的与稀土类氧化物和稀土类氟化物的粉末的混合粉末，用于接合层形成。
86.本发明人确认到，通过使用上述的nd-fe-b薄板状烧结磁体的制造方法，能够制作厚度为3mm以下，优选为2.5mm以下，直至更薄的厚度达0.8mm的极薄烧结磁体。然后，确认到通过层叠像这样制成的薄板烧结磁体，不用进行机械加工，就能够制作层叠磁体。
87.在至今的技术中，nd-fe-b磁体，通过切割加工、或使用磨石的磨削加工进行机械加工，来制造薄板状磁体。切割加工和磨削加工除了巨大的成本花费以外，还会发生大量的切屑，有材料产率降低的问题。在本发明的制造方法中，不施加切割或磨削加工就能够制成单元磁体，层叠这样制造的单元磁体，能够制成层叠磁体。
88.将使用上述的制造方法制造的nd-fe-b薄板烧结磁体层叠4层以上而得到的层叠烧结磁体，例如，能够用于电动车主电机等。
89.本发明的层叠烧结磁体，具有同质的nd-fe-b薄板烧结磁体多个层叠的结构，本发明为了取得涡流降低的目标效果，需要层叠多枚nd-fe-b薄板烧结磁体，但从将磁体装填到电机时的利便性出发，层叠枚数优选为4层以上，作为电动车的主电机用，实用的层叠枚数是10层以上。
90.这时，为了减少电机运转中的涡流损耗，需要经由高电阻层将薄板烧结磁体彼此层叠。可知高电阻层的电阻值，不需要是接近电绝缘的高电阻。
91.在本发明的制造方法中，制造所述的nd-fe-b薄板烧结磁体时，能够使用以下任意一种方法：
92.a)在具有由保留一定间隔排列的多个隔板进行分隔的结构的模具内，供给
·
填充合金粉末后，在与所述隔板所划分的型腔的主面平行的方向上实施磁场中取向，其后，将模
具直接搬送到烧结炉中进行烧结的无压工艺法(plp法)，或，
93.b)向具有如下结构的模具内供给
·
填充合金粉末，制作填充成形体后，沿所述填充成形体的主面内的方向外加磁场，制造使该填充成形体内的合金粉末进行了取向的取向填充成形体，其后，从所述取向填充成形体分离所述模具的侧壁，从所述模具取出所述取向填充成形体，烧结取出的所述取向填充成形体的新无压工艺法(nplp法)，其中，所述模具具有分割成两半以上的侧壁，由保留一定间隔排列的多个隔板进行了分隔的结构。
94.在本发明中，因为nd-fe-b薄板烧结磁体使用plp法或nplp法制造，所以制造块状的烧结磁体后，与切割成一定厚度的现有方法不同，不用经过切割工序就能够直接得到薄板状磁体。因此，使用本发明的制造方法制造的nd-fe-b薄板烧结磁体的情况，不存在历来广为人知的因机械加工造成的磁特性劣化。
95.本发明所述的plp法，如日本专利第4391897号等所示，nplp法如日本专利第6280137号所示，但在此工序中，磁化方向是与磁体的主面(板面)垂直的、磁体的厚度方向。在本发明中，作为构成层叠磁体的单元磁体的薄板磁体的制造工序，与上述的plp法和nplp法的工序的大体相同，但用于本发明的层叠磁体的薄板状磁体的制造方法，其工序中的磁化方向是磁体的主面内的方向(与主面平行的方向)。
96.还有，在本发明中，由plp法或nplp法制作的薄板磁体的表面形成有氧化膜，确认到这种自然形成的氧化膜，对于薄板磁体间的高电阻化有效。此外，本发明人发现，此大量含有nd的表面层，具有薄板磁体的磁特性降低抑制效果，若剥落表面层，则确认到磁体的矫顽力降低。
97.因此，在本发明中，优选不全部剥落烧结工序中生成的大量含有nd的表面层而是有效利用，在nd-fe-b薄板状烧结磁体的表面，至少保留一部分在此烧结工序中生成的大量含有nd的表面层，以此状态层叠nd-fe-b薄板状烧结磁体。
98.这里所谓“烧结工序中”，包括在烧结炉内升温
·
烧结温度维持
·
冷却过程。形成于单元磁体表面的大量含有nd的表面层，推测为在此烧结工序中生成。在现有方法中，为了制造薄板而制造较大块的烧结磁体，其后，主要通过切割得到薄板状磁体，但在本发明的制造方法中不需要切割工序。在本说明书中表现为“无切割工序”的，意思是不切断块状烧结体，而直接得到薄板状烧结磁体。
99.本发明的nd-fe-b烧结磁体虽然一般采用众所周知的“nd-fe-b”的表述，但并不只以nd、fe、b元素作为构成元素。nd表示含有y和sc的稀土类元素，具体来说可列举y、sc、la、ce、pr、nd、eu、gd、tb、dy、ho、yb和lu，表示其一种或两种以上。优选以nd、pr、dy、tb为主体。这些含y和sc的稀土类元素优选为合金总体的10～15原子％，特别为12～15原子％。优选含有b为3～15原子％，特别是含有4～8原子％。另外，也可以含有0～11原子％，特别是含有0.1～5原子％的从al、cu、zn、in、si、p、s、ti、v、cr、mn、ni、ga、ge、zr、nb、mo、pd、ag、cd、sn、sb、hf、ta、w之中选择的一种或两种以上。余量是fe和c、n、o等不可避免的杂质，但优选含有fe为50原子％以上，特别是65原子％以上。另外，fe的一部分，例如fe的0～40原子％，特别是0～15原子％也可以由co置换。
100.由所述plp法或nplp法制作的nd-fe-b薄板状烧结磁体彼此，通过粘接或由热压压合(焊合)而层叠的本发明的nd-fe-b层叠烧结磁体，其特征在于，nd2fe
14
b正方晶化合物的c轴方向在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，并具有取向度(根据用剩余磁通密
度br除以饱和磁化js的值评价)90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体经多枚，优选为4枚以上，特别优选为10枚以上层叠的层叠体。
101.在本发明中，优选对于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体实施晶界扩散处理，该nd-fe-b薄板状烧结磁体通过粘接剂被粘接而层叠。
102.另外，在本发明中，优选在nd-fe-b薄板状烧结磁体之间存在含有dy和/或tb的化合物(例如氧化物)粉末或合金粉末经热压压合而形成的粘接层，借助此粘接层，nd-fe-b薄板状烧结磁体被相互粘接层叠，这样的粘接层作为高电阻层发挥功能。
103.在此，从资源上的观点出发，在nd-fe-b薄板状烧结磁体(单元磁体)中，优选使dy和tb含量处于最小限度。作为上述的高电阻层，薄板状磁体间的空隙和粘接剂的层、在单元磁体制造中形成的氧化膜或高氧膜、为了晶界扩散处理而涂布的dy和tb的氧化物或氟化物、或者其改性物质所构成的层发挥作用。
104.通过使用本发明的制造方法，不用进行切割工序，能够制造由极薄的单元磁体构成的nd-fe-b层叠烧结磁体，此层叠烧结磁体，磁力上均匀并具有高磁特性，不仅作为电动车用的磁体有用，耐用可用作各种工业用
·
家庭用电机的磁体。
105.实施例
106.〔实施例1〕
107.制作图2所示的模具。此模具的材质为不锈钢(sus304)，图2中的符号1是侧板，2是底板，3是隔板，4是磁极，5是内腔，6是盖。
108.然后，作为用于制作nd-fe-b烧结磁体的起始合金(条铸合金＝sc合金)，准备具有以下表1所述组成的合金粉末。
109.【表1】
110.ndprcocualbfe26.55.00.90.10.20.96bal.
111.(重量百分比)
112.将具有上述组成的sc合金进行氢破碎，通过利用氮的喷射式粉碎机，将平均粒径d50粉碎至3μm。其后，将此喷射式粉碎粉末，以3.5g/cm3的填充密度填充到图2所示的模具中。接着，连模具一起插入取向线圈，沿图2中的箭头方向外加4特斯拉的脉冲磁场，使合金粉末取向。
113.还有，本次使用的塑金属模具有28个内腔，各内腔的尺寸为，宽(称为a)18,2mm，高(称为b)10.8mm，隙宽(称为c)2.35mm。还有，各内腔由隔板分隔，隔板为不锈钢制，厚度均为0.5mm。
114.供给上述的合金粉末时，针对各个内腔进行称量，向各内腔供给，使供给到各内腔的合金粉末的重量均匀。
115.具体来说，合金粉末总量为45.27g，精密称量并向各内腔分别供给1.616g粉末。其后，在模具之中，依次拆下磁极、盖、侧板，再将包括隔板在内的合金粉末成形体转移到碳板上，之后装到真空烧结炉中。
116.这样制作面内取向的薄板磁体。此薄板磁体是构成层叠磁体的单元。
117.烧结条件如下。进行真空排气，直至达到1
×
10
－3
pa以下，而后，在真空中，以1℃/分钟的升温速度升温至400℃后，以400℃保持9小时。再以2℃/分钟的升温速度升温至1000
℃后，以1000℃保持3小时后，进行炉冷，得到nd-fe-b薄板状烧结磁体。烧结后的烧结磁体的尺寸，概略为a＝15.5mm，b＝7mm，c(厚度)＝2mm。以下将此烧结磁体称为“单元磁体”。
118.确认到经过上述烧结得到的单元磁体的取向度(br/js)为95％以上，具有高取向度。
119.在此烧结之后的单元磁体的上下表面涂布平均粒径5μm的tb2o3粉末。涂布量为单元磁体重量的0.5％，使粉末悬浮在液体石蜡中，将此悬浮液涂布于单元磁体。重叠这样涂布有tb2o3粉末的单元磁体15枚，通过热压制作层叠磁体。
120.层叠此单元磁体15枚并装填在石墨制的组合模中，进行热压，制造本发明的nd-fe-b层叠烧结磁体。还有，组合模的内部尺寸假设为制品尺寸，a＝16.0mm，b＝7.2mm。热压条件为，在真空中，以750℃，在40mpa的加压下，保持10分钟。
121.评价这样制作的nd-fe-b层叠烧结磁体的强度时，确认到具有烧结磁体同样的强度。
122.接着，评价此层叠磁体的尺寸，a＝16.0mm，b＝7.2mm，c'(层叠厚度)＝28.1mm，a和b的尺寸与组合模的内部尺寸相同，由此层叠的单元磁体，在热压中进行接合的同时，朝向金属模具内壁变形，到达内壁后可认为变形停止，可判明不进行任何加工，能够实现具有如设计尺寸的层叠一体化磁体。
123.在图3中显示表示由此实施例1制作的单元磁体、和将其层叠并通过热压而制作的层叠体的外观的照片。
124.将如此制作的热压层叠体，以800℃进行1小时热处理，以500℃进行1小时热处理之后，切下7mm见方的立方体而进行磁性测量。其结果显示在表2中。
125.【表2】
[0126][0127]
对于上述的热压层叠体的截面进行sem观察的结果，确认到在层叠体截面，形成有由tb的氧化物、nd的氧化物和nd-fe-b合金混合在一起的物质构成的高电阻层。
[0128]
〔实施例2〕
[0129]
准备5枚由所述实施例1的方法制作的单元磁体，如图4所示，在单元磁体(无加工烧结基材)间，将tbf3粉末(gbd膏)涂布在单元磁体上下表面，使tb重量相对于单元磁体5枚的全体重量为0.3％。将重量5kg的不锈钢制块放在这5枚层叠体之上，配置在真空炉内，对此层叠体在真空中以900℃进行10小时热处理。其后，以500℃进行1小时热处理。
[0130]
从1枚进行了上述的热处理的单元磁体上切下7mm见方的薄板，进行磁特性的测量。其结果显示在表3中。
[0131]
【表3】
[0132][0133]
根据上述表3的结果可知，在单元磁体间配置tbf3粉末，以只将砝码放于其上的单
纯层叠状态直接进行晶界扩散处理时，也能够得到高矫顽力。另外确认到，通过用粘接剂将5枚经此晶界扩散处理的单元磁体粘接而层叠，能够得到具有表3所示的磁特性，层间的绝缘性高，高性能nd-fe-b层叠磁体。
[0134]
〔实施例3〕
[0135]
准备5枚所述实施例1所制作的单元磁体，进行用于去毛刺的倒角加工之后，在各单元磁体的两面均等地用抹刀涂布长时间固化型的双液性环氧树脂，之后使5枚重合，放上500g左右的荷重使之固化。这时，为了缩短固化时间而放入90℃的烘箱保持1小时后取出，制造本发明的nd-fe-b层叠烧结磁体。
[0136]
测量如以上这样制作的层叠磁体两端的电阻率，结果可知大于6.5mω
·
cm。
[0137]
另外，测量上述制作的层叠磁体的涡流损耗。为了比较，一并制作与上述层叠磁体相同尺寸的一体型磁体(块状磁体)同样供于测量。
[0138]
此外，将供试磁体放置在空芯线圈中央，测量在频率100至50khz的范围外加20ma的交流磁场时的线圈的交流电阻rs。另外，相同尺寸的一体型磁体也在相同条件下测量线圈的交流电阻rs，对两者进行比较。
[0139]
其结果判明，所制作的层叠磁体相对于一体型磁体，线圈的交流电阻rs为24.7％，确认到显示出大的涡流降低效果。
[0140]
〔实施例4〕
[0141]
使用与所述实施例1相同的合金、相同的粉末，以相同方法制作单元磁体。此单元磁体的一部分用砂纸全面研磨0.1mm。然后，对于全部的磁体，施加如下热处理，以800℃保持1小时之后急冷，再以500℃保持1小时后急冷。使用这两种单元磁体(经研磨，未研磨)，通过用环氧树脂进行粘接，制作分别层叠各5枚的层叠磁体。
[0142]
对于这样制作的两种层叠磁体，分别各切下3个7mm见方的立方体试料，用b-h示踪器进行磁特性分析。
[0143]
其结果是，磁特性的平均值，在进行了全面研磨的单元磁体层叠所得到的层叠磁体(比较品)中，剩余磁通密度br＝14.1kg，矫顽力hcj＝14.8koe。另一方面，在没有进行机械加工的单元磁体层叠所得取的层叠磁体(本发明品)中，br＝14.4kg
で
，hcj＝16.1koe。双层叠磁体的br的差不大，但关于矫顽力hcj，与经过全面研磨的单元磁体所制作的层叠磁体(比较品)相比，可判明没有施加任何发机械加工的单元磁体所制作的层叠磁体(本发明品)一方大1koe以上。
[0144]
由这样的实验结果可推定，以nplp法制作的nd-fe-b薄板磁体中存在富含nd的表面层，利用该表面层，抑制磁体表面附近的晶粒的磁性劣化。即，基于通常压制法的nd-fe-b烧结磁体的制法，因为是从大的块状磁体上进行切割而制作薄板磁体，所以在此薄板磁体的表面，完全不存在富含nd的表面层，因此，由切割块状磁体而得到的薄板磁体制作的层叠磁体一方，认为矫顽力低1koe左右。
[0145]
根据此实施例4可证实，通过本发明的制造方法制作的nd-fe-b层叠磁体，与现有方法所制作的层叠磁体相比，在磁特性方面也有利。
[0146]
〔实施例5〕
[0147]
使用与实施例1相同的nd-fe-b合金粉末，图2的模具中宽度a与高度b与实施例1相同，只改变隙宽c，制作烧结后的烧结体厚度为2mm、3mm、5mm的3种厚度的单元磁体。使用这
些单元磁体，在与实施例1相同的条件下，制作单元磁体5枚重叠的热压层叠体。再对于相同的单元磁体，在与实施例2相同的条件下，制作由tbf3实施了晶界扩散处理的单元磁体，利用树脂将其5枚粘接，制作层叠磁体。
[0148]
在表4中显示这些热压层叠磁体、和树脂粘接层叠磁体的交流电阻值的测量结果。交流电阻值，是通过在各磁体的周围缠绕线圈50匝，用hioki制im3536lcr测试仪，一边使交变磁场的频率变化一边进行测量。测量电流1ma，频率30khz的结果显示在表4中。
[0149]
【表4】
[0150][0151]
由表4可知，单元磁体的厚度为3mm以下，交流电阻降低显示，且磁体的方形度为90％以上，优选作为ev用磁体。
[0152]
〔实施例6〕
[0153]
由表5所示组成的sc合金，按实施例1的方法，制作单元磁体。在此单元磁体的表面，通过烧结形成氧化膜(高电阻层)，使用此单元磁体，以实施例1的方法制作24层的单元磁体重叠的层叠磁体。但是，这里是对于单元磁体间什么都没有夹隔的24层层叠体进行热压，由此制作层叠磁体。热压条件为，最高温度850℃，最大加压力65mpa，保持时间20分钟。将得到的层叠磁体在真空中实施800℃
×
30min.，接着520℃
×
1小时时效处理。
[0154]
【表5】
[0155]
ndprdycocualbfe22.44.93.90.90.10.20.96bal.
[0156]
(重量百分比)
[0157]
所得到的层叠磁体的磁特性为，br＝13890g，hcj＝20210oe，(bh)max＝47.0mgoe，机械的强度韧性试验都完全没有问题。因此，针对耐热温度较低的用途，能够利用这样的层间无任何夹隔而制作的层叠磁体。
[0158]
符号説明
[0159]
1 侧板
[0160]
2 底板
[0161]
3 隔板
[0162]
4 磁极
[0163]
5 内腔
[0164]
6 盖

技术特征：
1.一种nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，是制造nd-fe-b薄板状烧结磁体经由高电阻层层叠而成的nd-fe-b层叠烧结磁体的方法，其中，包括：在具有由保留一定间隔排列的多个隔板分隔而成的结构的模具内，供给、填充合金粉末后，在与被所述隔板分隔而成的型腔的主面平行的方向上外加磁场，使所述合金粉末取向，其后进行烧结，由此不进行切割工序，制造nd2fe
14
b正方晶化合物的c轴方向在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，具有取向度为90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体的工序；将多枚经由所述工序而得到的nd-fe-b薄板状烧结磁体进行层叠的工序。2.根据权利要求1所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使所述烧结中生成的大量含有nd的表面层，至少一分部残留在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的表面，以此状态下，层叠所述nd-fe-b薄板状烧结磁体。3.根据权利要求1或2所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接而层叠。4.根据权利要求1或2所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体，通过热压压合。5.根据权利要求1或2所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，在所述nd-fe-b薄板状烧结磁体的各个上，涂布含有dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末而实施晶界扩散处理后，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接。6.根据权利要求1或2所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使含有dy和/或tb的化合物粉末或合金粉末介于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体之间，以此状态下，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接或压合，其后，实施晶界扩散处理。7.根据权利要求3所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使用粘接剂，将所述nd-fe-b薄板状烧结磁体相互地粘接。8.根据权利要求3所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，将多个所述nd-fe-b薄板状烧结磁体层叠在注塑成形金属模具内，以此状态下进行固定，其后，向该金属模具内注入树脂进行粘接而成形。9.根据权利要求1～8中任一项所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，层叠10层以上的所述nd-fe-b薄板状烧结磁体。10.根据权利要求1～9中任一项所述的nd-fe-b层叠烧结磁体的制造方法，其特征在于，使用以下任意一种方法制造所述nd-fe-b薄板状烧结磁体：a)在由保留一定间隔排列的多个隔板进行了分隔的模具内，供给、填充合金粉末后，在与由所述隔板分隔的型腔的主面平行的方向上，实施磁场中取向，其后，将模具直接搬送至烧结炉中进行烧结的方法，或者，b)向具有如下结构的模具内供给、填充合金粉末，制作填充成形体后，沿所述填充成形体的主面内的方向外加磁场，使该填充成形体内的合金粉末取向制造取向填充成形体，其后，从所述取向填充成形体分离所述模具的侧壁，从所述模具取出所述取向填充成形体，烧结取出的所述取向填充成形体的方法，其中，所述模具具有分割成两半以上的侧壁，由保留一定间隔排列的多个隔板进行了分隔的结构。11.一种nd-fe-b层叠烧结磁体，其特征在于，是nd2fe
14
b正方晶化合物的c轴方向在所
述nd-fe-b薄板状烧结磁体的主面内被取向，有取向度为90％以上的高取向度，且厚度为3mm以下的nd-fe-b薄板状烧结磁体，通过粘接或热压压合，被层叠4层以上的层叠体。12.根据权利要求11所述的nd-fe-b层叠烧结磁体，其特征在于，对于所述nd-fe-b薄板状烧结磁体实施晶界扩散处理，该nd-fe-b薄板状烧结磁体由粘接剂粘接，或通过热压压合而层叠。

技术总结
提供Nd-Fe-B层叠烧结磁体和无需进行切割工序制造所述Nd-Fe-B烧结磁体的方法，其磁力上均匀，并具有高磁特性。包括如下工序：在具有由保留一定间隔排列的多个隔板进行分隔的结构的模具内，供给


技术研发人员：佐川真人
受保护的技术使用者：钕铁硼株式会社
技术研发日：2022.01.17
技术公布日：2023/9/16