一、粘结磁体概述
20世纪70年代。当时达到商品化的SmCo烧结永磁难于精密加工成特殊形状，应用受到限制。为解决这一问题，粘结磁体应运而生。粘结磁体是将具有一定永磁性能的永磁粉末与粘结剂(橡胶、塑料和树脂)和其他添加剂按一定比例均匀混合，然后用压制、挤出或注射成型等方法制成的复合永磁材料。由于磁体中有非磁性组分，粘结磁体的永磁性能相比与烧结磁体有一定的降低，但粘结磁体，特别是粘结NdFeB磁体具有许多烧结磁体无法比拟的优点： 1、具有较高的性价比，而且磁性能一致性较好。粘结NdFeB磁体的(BH)m相当于烧结铁氧体永磁体的5-12倍，矫顽力相当于铁氧体永磁的5-10倍；2、磁体可提供多种机械、物理和磁性的组合，3、易于批量生产。粘结永磁材料可采用模压成型、注射成型等工艺方法生产，产品质量分散性小，生产率高，生产费用较低；4、尺寸精度高。粘结磁体的收缩率仅为2‰3d智能打印机～5‰或更小，几乎没有变形。可以一次成型，成品尺寸比较精确，表面光洁，可不用二次加工便能得到高精度的产品。这是烧结铁氧体永磁和烧结钕铁硼永磁无法实现的。5、形态自由度大。可以制造长条形、薄形、片形、管状甚至瓦形和薄壁环形。磁体产品形状受限小，并可与其他组元复合实现一体化成型；磁体注射成型时，还能嵌入金属及其它部件一起成型。6、机械强度高，加工性好。粘结磁体不易破碎及生成碎片、掉边、掉角，可进行切削和钻孔。7、耐蚀性、热稳定性较好。粘结NdFeB永磁材料的含Nd量较低，只含有少量容易腐蚀的富钕相，在常温下耐蚀性优于烧结钕铁硼
永磁材料。8、可再生使用。生产次品等进行退磁处理、粉碎后，就可再生使用，磁粉利用率高。9、各向同性的粘结磁体，可以在任意方向充磁磁化，无涡流损耗，而且可以多极充磁，这是烧结磁体无法实现的。
粘结磁体由于具有以上特性，已经广泛应用于各领域，如计算机软、硬磁盘驱动器，消费类电子、办公自动化、汽车及器具、仪表等，如下表所示。目前，粘结NdFeB磁体的产量和销量都在不断增长。其年增长率达到35%，预计在2010年，世界粘结NdFeB磁体需求将在10000吨左右。
粘结NdFeB磁体的主要用途
成熟的 | 发展中的 | 研制中的 |
相机快门 | 主轴电机 | 汽车 |
纯露怎么提取电取景器 | HDDR | 大器具 |
钟表电压互感器柜 | CD-ROM | 小器具 |
步进电机 | CD放机 | 无绳器具 |
VCR | 拾音器电机 | 厨房用具 |
传真机 | CD-ROM音器电机 | 扬声器 |
针式打印机 | 寻呼机 | 移动电话 |
摄录一体机 | 步进电机 | 家用电器 |
传动器 | 激光打印机 | 耳机 |
FDD | 小型盘 | 光盘驱动器 |
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二、粘结磁体的分类
粘结磁体的主要由永磁粉末、粘结剂组成，因而其划分也可以根据粘结剂和永磁粉末的种类来进行。
2.1、粘结剂
粘结磁体中应用的粘结剂主要如下表所示，由此可把粘结磁体分为热固性磁体和热塑性磁体两大类。前者用于要求机械强度的产品制作，后者用于要求可挠性的产品制作。
热固性树脂在加热的过程中链状分子间形成桥架变成网状高分子而固化，粘结力强，成型固化后树脂形成三维交联结构，制品刚性大，硬度和强度高，尺寸稳定性好，耐热性和耐化学药品性也较高。因而广泛应用于模压粘结磁体中。但粘结剂属于非磁性相，对永磁特性，特别是对于至关重要的最大磁能积和磁化强度，会产生不利影响。因此热固性粘结磁体中的粘结剂质量比一般在1％-5％范围内变化。对于高性能永磁体来说，加入硬质热硬化性树脂(环氧树脂、酚醛树脂等)的量一般都小于2％，
热塑性树脂为线型分子结构，遇热软化或熔融，在模腔中流动性很好，而且在成形加工时，
粘结剂同时起润滑剂的作用，因而用热塑性粘结剂很容易得到形状复杂、结构致密的磁体，而且特别适合大批量产品的制作。为了达到良好的流动性，热塑性树脂在粘结磁体中的混合比必须达到一定值，一般在5~20%左右，这对磁体的磁性能产生较大的影响。
粘结NdFeB磁体所用的高分子粘结剂
热固性树脂 | 环氧树脂（EP）、酚醛树脂、尿素树脂、钛酸二烯丙酯（DAP） |
热塑性树脂 | 聚酰胺（尼龙、PA）、聚苯撑硫（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、芳香族聚酯、聚醚砜（PES）、聚苯撑砜、乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）、氯化聚乙烯（CPE）、聚酰胺合成橡胶、软质聚气温乙烯（PVC）、聚胺酯合成橡胶 |
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2.2、永磁粉末
若按所用磁粉的类别可将粘结永磁材料分为铁氧体粘结永磁材料，A1NiCo粘结永磁材料，稀土粘结永磁材料等，如图所示。
几种主要的粘结永磁材料的磁性能如下表所示。NdFeB粘结永磁体的(BH)m接近SmCo5各向异性粘结磁体性能；各向异性的NdFeB粘结永磁体的性能与2：17型SmCo粘结各向异性永磁的性能相当，而实验室水平已远超过2：17SmCo各向异性粘结永磁体的性能。所以，NdFeB系粘结永磁材料是目前性价比最好的粘结永磁材料。
粘结永磁材料性能的比较
材料 | I蓄电池模拟器或A | Br/T | Hcj/(kA/m) | (BH)m(kJ/m3) | αBr(%℃) |
NdFeB | I | 0.69-0.74 | 640-1080 | 64-80 | -0.1 |
I | 0.66 | 726 | 77 | -0.09 |
A | 0.85 | 927 | 133 | -0.09 |
A | 0.87 | 848 | 178 | -0.09 |
SmCo | A 生产防锈纸生产线 | 0.67 | 796 | 79.6 | -0.04 |
2:17SmCo | A | 0.867 | 875 | 135.0 | -0.04 |
铁氧体 | A | 0.26-0.30 | 222.8 | 12.7-15.9 | -0.2 |
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三、粘结钕铁硼磁体的磁粉制备方法
3.1.1、快淬法
快淬法由美国GM公司发明，目前已经成为粘结NdFeB磁体用磁粉的主要生产方法。这种方法是将坩埚内的合金加热熔化成熔体，然后通过调节气阀压力或者倾斜坩埚，将合金熔体从坩埚窄缝里直接喷射到高速旋转的辊轮上。一方面利用辊轮自身良好的导热特性，另一方面在辊内通以冷却水进行冷却，使喷射到铜辊表面的合金以105-106℃/s的速度冷却得到非晶薄带，如图所示。得到的非晶薄带厚度一般为30-80μm，长度为1-30mm。 组成一定的合金熔体凝固时，所获得的晶粒数N与熔体中晶核的形核速度I和长大速度R之间一般具有下列关系：
I和R除了与合金的固液相结构和热力学性能有关外，还与过冷度T密切相关。提高冷却速度，过冷度T增大。对于组成一定的合金，过冷度T越大，冷却凝固时的晶核的形核速度I和长大速度R就越大，但形核速度I通过形核势垒Gc与过冷度T2标本夹呈指数函数变化，而长大速度R与过冷度T呈线性函数变化，因而过冷度T的增大对形核速度I的影响比对长大速度R的影响更大，随着冷却速度的增加，合金熔体在冷却中的形核速度大大高于晶核长大速度，获得的合金晶粒就很细小；继续提高冷却速度到某一临界冷却速度时，熔体的形核时间进一步缩短，由于过冷度的继续增大造成过冷熔体温度很低，熔体中的原子扩散速度降低，满足形核条件所需要的能量起伏和结构起伏的原子数目明显减少，形核率I就显著减小。当I趋
近于零的时候，熔体中原子的组态将基本上保持不变，即在整个凝固过程中被“冻结”而形成长程无序的金属玻璃，抑制了晶态相的形成。当进一步提高冷却速度，合金熔体在冷却过程中的晶核的形成完全被抑制，非晶化的程度进一步提高。
快淬NdFeB薄带的磁化与反磁化过程是通过布洛赫壁的运动来实现的。在快淬NdFeB薄带中，矫顽力起源于晶界对畴壁的钉扎。当晶界面积与晶粒体积比达到最大值时，可获得最高的矫顽力。非晶态材料内畴壁的运动十分容易，因此矫顽力很低。因此需进行晶化处理，将非晶态组织转化成晶态组织。在晶化过程中，淬态薄带中的微晶组织中的晶态相开始长大，同时晶态相促进非晶相的形核，使其转变成Nd2Fe14B和-Fe相。非晶的晶化过程和凝固过程类似，也是一个形核和长大的过程。由于晶化主要受原子在固相中的扩散控制，所以晶化速度没有凝固结晶那样快，需要一定的晶化时间；另一方面，非晶态比金属熔体在结构上更接近于晶态结构，所以晶化形核时形核势垒中作为主要阻力项的界面能要比凝固结晶时固液界面能小，因而形核率比较高。
3.1.2、HDDR法
在一定的温度和氢气压力的条件下，氢与许多金属或金属间化合物反应生成金属氢化物。Nd2Fe14B和Sm2Fe17化合物与氢可能发生下列化学反应，其特点是在特定温度和氢压下反应是可逆的，反应向右方进行称为氢化反应，或叫吸氢反应，是放热反应；向左方向进行称为脱氢反应，脱氢反应是吸热反应，
将具有新鲜表面NdFeB系合金铸锭装入不锈钢容器，抽真空到10-2Pa以下，然后充入高纯氢气(—殷为99.99％)，使氢气压达到105Pa左右，在一定温度下，就会听到合金锭的爆裂声和容器的温度升高。前者是NdFeB合金锭吸氢后形成氢化物而使合金锭爆裂，称为氢爆(Hydrogen decrepitation)，后者是由于NdFeB磁粉发生氢化反应时的放热效应，导致容器温度升高。NdFeB合金的HD现象与稀土化合物的氢化物体积膨胀有关。NdFeB与氢反成生成氢化物时，体积膨胀2.8％-4.8％。由于Nd2Fe14B化合物是脆性材料，伸长率几乎为零，断裂强度很低，氢化时形成氢化物的局部区域产生体积膨胀和内应力，当内应力超过NdFeB化合物的断裂强度时，就产生爆裂，称为氢爆。
使合金锭发生HD反应后，加热到650-900℃保温一段时间，使合金锭进一步发生并完成歧化(Disproportionation)反应，如下式所示：
歧化反应完成后，然后再抽真空到2-10Pa，在650-900℃保温一段时间，由于NdHx中的氢已被抽出(Desorption，称为脱氢反应)，歧化产物(2Nd+12Fe+B)是不稳定的，在高温(>650℃)通过形核长大的方式，再化合(Recombination)形成新的具有纳米晶尺寸的Nd2Fe14B相，即
上述整个处理过程称为HDDR反应处理，或称HDDR反应，其工艺原理和结构演变如下图所示。
3.1.3、气体喷雾法
这种方法是由日本神户制钢所和美国坩埚应用磁学公司试验的。工作过程是，当NdFeB熔液流经一个高速喷嘴时，被高速氩气流雾化成细小的金属液滴，气流自身同时还起到淬火作用。金属液滴射向旋转粉碎盘，最终凝固成极细的非晶和微晶粉末，原理如下图。神户制钢制得的气体喷雾磁粉表面光滑，呈球状，粒径为4-10μm，这种磁粉经热处理就出现NdFeB相。美国GM公司用这种方法生产出牌号为MQP-S-9-8的磁粉，其形貌如图所示。
这种方法省掉中间破碎环节，而且更重要的是球形磁粉在注射成形时的流动性比鳞片状的快淬磁粉好的多，可制得形状复杂，磁粉填充率较高的粘结磁体。
3.1.4．机械合金化法
机械合金化法是利用固相反应来实现合金化，原理如图所示。按合金的设计(或计划)成分所需的金属原料，破碎成粉，混合后故人高能球磨机进行球磨合金化。图a是初始原料粉末。在高能球磨机中的初期，由于钢球对粉末的撞击，钢球高速运动的动能转化为粉末颗粒的形变能、表面能和热能。塑性好的粉末颗粒扁平化，脆性粉末颗粒将破碎。使初始原料粉末形成新鲜的洁净表面，如图b所示，这一阶段称为粉末的活化阶段。球磨继续进行，
扁平粉末加工硬化，并与脆性粉末颗粒的新鲜表面接触，经过复合、折叠、扁平化，从而形成层状结，如图c所示。这一阶段称为冷焊合阶段。接着是层状结构粉末颗粒相互穿插和焊合，形成等轴层状结构的粉末颗粒，称为层状结构颗粒等轴化过程，如图d和e所示。随后是等轴化层状结构粉末颗粒内部的结构层进一步薄化，达到纳米级尺寸的水平，从而形成具有超精细层状结构的粉末颗粒，如图f所示。
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