（凝聚态物理专业论文）fe基稀土永磁合金的微结构与磁性能.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丝垒 日期：兰! 三：璺兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：i 啦导师签名：盍! 笪畦日 期：! ：三：墨竺= 山东大学博士学位论文 摘要 永磁材料已成为现代科学技术，如计算机技术、信息技术、航空航天 技术、通讯技术、交通运输( 汽车) 技术、办公自动化技术、家电技术与 人体健康和保健等的重要物质基础。现在常用的永磁材料主要有铁氧体、 铝镍钴及稀土永磁。稀土永磁包括钐钴及敛铁硼等。其中敛铁硼具有创记 录的高剩磁、高矫顽力和高磁能积，因此被称为“磁王”。 敛铁硼永磁材料包括烧结和粘结永磁，目前烧结敛铁硼的生产技术已 基本趋于成熟，磁能积已达到理论值的7 0 8 0 ，而粘结永磁材料的发展相 对滞后。h d d r 方法和熔体快淬法是制各粘结敛铁硼永磁材料磁粉的主要 方法，本文的主要工作就是采用h d d r 方法和熔体快淬法制备永磁材料并 对它们的微结构和磁性能特别是矫顽力进行了较为详细的研究。我们的工 作主要包括： 1 高矫顽力h d d rn d - f e - b 磁体的制备、微结构与磁性能 在传统的h d d r 工艺基础上改进工艺过程并添加微量元素d y 和c o ， 制备出了不同d y 和c o 含量的( n d y d y y ) 1 3 ( f e ，# 仉) g l b 6 ( x = o o 1 5 ；，；0 o 4 ) 磁粉和粘结磁体。利用x 射线衍射分析( x r d ) 研究了h d d r 磁粉的相 组成，用扫描电镜( s e m ) 和透射电镜( t e m ) 观察磁粉和粘结磁体的微 结构并估算样品的平均颗粒尺寸。采用振动样品磁强计( v s m ) 和永磁性 能测量仪测量样品的磁性能。 实验结果表明，( n d o8 d y o ：) 1 3f r e t 。c o ，) 8 1 8 6 材料的剩磁、内禀矫顽力和 磁能积随c o 含量的变化均存在峰值，其中磁能积在o 0 8 工 0 1 3 的范围 内基本保持恒定。( n d ，d y y ) 1 30 ：e o 8 7 5 c o o1 2 5 ) 8 1 8 6 材料的剩磁随d y 含量的 增加线形下降，矫顽力在y 0 2 时随d y 含量的增加急剧增大，进一步增 加d y 含量矫顽力变化不大，磁能积在y = 0 a 时出现峰值而后随d y 含量 的增加急剧减小。研究发现，适量的d y 和c o 的联合添加可大大改善磁体 4 山东大学博士学位论文 的综合磁性能，其中( n 电8 d y o 2 ) 1 3 f i e 0 8 7 5 c 0 0 1 2 s ) 8 l b 6 磁体的剩磁为o 4 9 t 够，9 k g s ) ，建寨绥颓力寇达1 5 9 0k a m ( 1 9 ，9k o e ) ，磁能积为4 3k j t m s ( s 4 m g o e ) ，居里温度达到了6 8 8 k ，剩磁的平均可逆温度系数仅为0 0 5 6 伥 f 湛度蕊毽2 9 8 k 一4 2 8 k ) 。逶_ i 霆髯重襻燕徽结憨瓣分援秽遴疆夔线及蘩矮力 磁场关系的研究，指出该样品中犬部分颗粒具有单畴结构，其殿磁化过程 主要是磁矩的转动遥稷，致使磁俸兵有缀高鲍矫矮力。 2 ( n d , r h f e l 4 b a f e ( r = d y s i n ) 纳米复合材料的交换耦合作糟、有效 冬起蒡性岛绥顽力 采蠲熔落捩滓+ 燕纯处理工艺麓务彳不羁器粒足寸豹( n d ，r ) 2 f e v , a n f e ( r = d y , s m ) 纳米复合材料，用麓动( 扫描) 分析( d s c ) 研究了样 品的晶亿行为，零j 用射线衍射分析( x r d ) 磷究了榉晶酶穰缝成并掰 s c h e r r e r 公式计算样品的平均晶粒尺寸。用透射电镜f r e m ) 和选区电子 衍射( s a d ) 观察样品的微结构并信算平均晶被尺寸。采用振动样品磁强 计( v s m ) 测量榉显匏磁性能。褥到的燕要结聚细下： ( i ) 在理论上对s k o m s k i 和c o e y 提出的计算纳米复合永磁材料有效各 蠢异建鬣数群豹理论公式送行了骖委，簿裂? 蘧鑫载尺寸交纯斡纳米复 合材料的有效备向异性常数公式。计算结果表明：当纳米复合材料的平均 箍粒尺寸太子旗莽尺寸( 1 5 n m ) 眩蠢效各寓辩往常数蘧磊粒必才懿躐小 稍有下降，当晶粒尺寸小于该临界尺寸时有效器向异性常数随鼎粒尺寸的 减小急蒯减小。 ( 2 ) 实验研究表暖，绒米复合糙料n d s - x r x f e g z s b 4 _ 5 ( r - - d y , s m ) 豹娇颓 力随晶粒尺寸的变化均存在极假，n d s f e s 7 5 8 4 5 和n d 7 4 d y o f i e 8 7 s b 4 5 的矫 颓力在器粒尺寸凳2 3 r i m 跨达裂最大蕊，瑟n d ；, t s m o 3 f e s t 5 b 钳熬矮霰力拦 晶粒尺寸为2 9 r i m 时达到最大慎。采用交换耦龠作用和各向异性常数的变 纯解释了绣米篾台稀释黼g _ 丞e 杵s b 4 , 5 r 司啦s m ) 煞辫顽力熬鑫粒尺寸 的变化存在峰慎的原因，即有两个主要因素影响着纳米复合材料的矫顽力 随晶粒尺寸的焚化关系：其一，随晶粒尺寸的减小，晶粒闻静交换耩会稽 山东犬学博士学位论文 瓦作用的影响增加，硬磁性相晶粒通过交换耦裔作用控制软磁性相晶j 唆的 爰磁亿稃为壤强，使磁俸静轿籁力随磊麓尺寸静减，j 、瑟瑶熬，繇较、磺磁 性相晶糙的交换耦合相赢作用导致磁硬化其= ，在纳米复合材料中，当 醅粒尺寸小于晒界尺寸时材料的有效各向异往常数疋盯随晶粒必寸的减小 急到下降，导致了矮顽力豹降低。两个因素共网作用的结果必然使 ：导娇顽 力在某一晶粒尺寸处出现峰值。 8 ) 媛过对榉鑫魏磁蛙戆_ 秘徽结穆懿戮究，分辑了纳涨复会拱瓣孛添麓 微量元索r ( r = d y , s m ) 对材料的各向异性和交换耦合作用以及矫顽力的影 响。实验表臻，脚静添麓瑟n d s 。d y x f e 8 7 5 8 4 5 缡米复会榜辩静交换藕念律 用没有明显的影响，当d y 含量较低( l a t ) 时，矫顽力髓d y 含擞的增加而 增大，其主要原闲是由予d y 的添加导致了材辩的饱和磁矩的降低和各离异 性场鸵增大。当d y 含蛩超过l a f f a 对，n d 8 圆h f 铅7 ，s b 4 j 纳米复仑材料黝矫 颁力随d y 含量的增加艇而下降，其原因是由于硬磁性相的晶化温度随d y 窘量懿瓣麴夏势舞，嚣较滋性摆熬鑫纯滋度蔻乎苓受d y 含量躯影镌，嚣提 晶化温度差值的增加导致样品程晶化完全后软磁性相晶粒的长大，硬磁性 程晶薇j c 重较磁穗稽晶粒爱磁纯行隽酶控簇髓力减弱。兔了得翻较高貔矫矮 力，该材料中b y 的含量应控制在l a t 以内。n d s m x f c s 75 8 45 纳米复龠材 料中s m 的添加使材料的各向舜性常数和各向髯侄场减小，而交换藕合长 度增加。n d s 。s m x f e s 7 ，5 8 4 s 纳米复合材料的矫顽力在s m 禽量较小( o 3 a t ) 时随s m 含量的增加稍肖增大撼由于交换耦合长度的增加使软磁性相中较 多熬磁簸逶过交接藕合嚣薅被硬磁牲摆较裂导致戆。当s m 含量越过0 。3 a t 时s m 的添加弓l 起的材料的各向异性炀的降低占据主导地位，使矫顽力随 s m 含量觞增翻搿减，j 、。少量懿s m 静添燕对n d s 。s m x f e s - t 涵5 纳米复会榜 料的矫顽力是有刹的。 关键诿；h d d r ，蘩米瓮台嚣瓣，镦结构，绣矮为，交换藕台髂建 6 出东大学博士学捩论文 a b s t r a c 零 p e r m a n e n t m a g n e t i c m a t e r i a l sh a v eb e c o m et h em o s t i m p o r t a n t s u b s t a n c ef o u n d a t i o n so fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys u c ha sc o m p u t e r t e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a v i a t i o n a n d s p a c e f l i g h tt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o na n dt r a n s p o r t a t i o nt e c h n o l o g y , o 届z z c ea u t o m a t i o nt e c h n o l o g y , h o u s e h o l d a p p l i a n c e s a n dh e a l t hc a r e t e c h n o l o g y t h ec o m m o n l y u s e d p e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l si n c l u df e r r i t e ，a l n i c oa n dr a r e e a r t hm a g n e t s 。 s m c oa n dn d f e ba l et y p i c a lm a t e r i a l so ft h er a r e - e a r t hm a g n e t s t h en d f e b m a g n e ti ss o - c a l l e d t h ek i n go fm a g n e t s ”d u et oi t so u t s t a n d i n gm a g n e t i c p r o p e r t i e so f h i g hd c m a l l e n c e ，h i g l lc o e r c i v i t ya n dh i 曲e n e r g yp r o d u c t n d f e b p e r m a n e n tm a g n e t i c m a t e r i a l si n c l u d es i n t e r e da n db o n d e dm a g n e t i c m a t e r t i a l s 。a t p r e s e n t ，t h ep r o d u c t i o nt e c h n i q u e o fn d f e bb y s i n t e r i n g p r o c e d u r ei sn e a r l ym a t u r e d ，t h ee n e r g yp r o d u c to f s i n t e r e dn d f e bm a g n e t s h a sr e a c h e d7 0 - - 8 0 o fi t st h e o r e t i cv a l u e h o w e v e r , t h ed e v e l o p m e n to f b o n d e d m a g n e t s s e e m sr a t h e rs l o w h d d ra n d m e l t s p i r t i n gt e c h n i q u e sa r et h e m a i nm e t h o d so f p r o d u c i n gm a g n e t i cp o w d e r su s e dt om a k eb o n d e dn d f e b m a g n e t s t h em a i nw o r ko f t h i ss t u d yi sf o c u s e do nt h em i c r o s t r u c t u r e sa n d m a g n e t i cp r o p e r t i e s ( e s p e c i a l l yt h ec o e r c i v i t y ) o fm a g n e t i cm a t e r i a l sm a d eb y h d d ra n d m e l t - s p i r t i n gt e c h n i q u e o u r m a i nw o r ki n c l u d e s ： 1 。p r e p a r a t i o n ，m i c r o s t r u e t u r e a n dm a g n e t i c p r o p e r t i e s o fi - i d d r n d - f e - bm a g n e t sw i t hh i g hc o e r c i v i t y ( n d ，棚妫1 3 ( f e ，# 嘞8 t b 6 ( x = 0 - - 0 15 ；尸0 0 4 ) b o n d e dm a g n e t s w i t h d i f f e r e n td ya n dc oc o n t e n tw e r ep r e p a r e db ym o d i f i e dh d d r t e c h n i q u e t h e p h a s ec o n s t i t u t i o no fh d d rp o w d e r sw a sa n a l y z e dw i t hx - m yd i f f r a c t i o n p 浓d ) t h em i c r o s t r u c m r e s o ft h e m a g n e t sw e r eo b s e r v e db ys c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) a n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) a n d 7 山东大学博士学位论文 t h e nt h em e a n g r a i ns i z e sw e r ee s t i m a t e d t h em a g n e t i cp r o p e r t i e so fb o n d e d m a g n e t s 粥辖m e a s u r e d 辞v s b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) a n d h y s t e r e s i g r a p h 强e e x p e r i m e n t a lr e s u r ss h o w t h a ta l lo ft h er e m a l l e n c - 霉：。c o e r c i v i t ya n d e n e r g yp r o d u c th a v et h ep e a kv a l u e sf o r 斟d o 8 斑趣2 ) 1 3 ( f e c 瞄g t b f im a g n e t s a n dt h ee n e r g yp r o d u c ta l m o s tk e e p sac o n s t a n ti nt h er a n g eo 0 8 x o 1 3 t h er e m a n e n tm a g n e t i ci n d u c t i o nd e c r e a s e s m o n o t o n o u s l yw i t ht h ei n c r e a s eo f d y c o n t e n ti n0 州妒劝1 3 ：f e o s r s c o o i 2 s ) s i b 6m a g n e t ad r a m a t i ci n c r e a s eo f i n t r i n s i cc o e r e i v i t yw i t hi n c r e a s i n gd yc o n t e n tw h e ny 喵。2w a so b s e r v e d ， h o w e v e r , f u i 烛e ra d d i t i o no fd yh a so n l yal i t t l ei n f l u e n c eo nt h ei n t r i n s i c e o e r e i v i t y t h ee n e r g yp r o d u c th a sap e a kv a l u ea ty 蟠1a n dt h e nr a p i d l y d e c r e a s e sw i t hf u r t h e ri n c r e a s i n gd yc o n t e n t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h ec o m p r e h e n s i v em a g n e t i cp r o p e r t i e se a r lb ei m p r o v e d g r e a t l yb y a p p r o p r i a t ec o - a d d i t i o no fd y a n dc o f o r ( n d j - y d y y ) 1 3 ( f e v c o x ) s l b 6b o n d e d m a g n e t s t h em a g n e t i cp r o p e r t i e so f ( n d os d y o2 ) 1 3 ( f e o 8 7 s c o o ，1 2 5 ) s l b 6m a g n e t a r e a s f o l l o w s n g ：s r m e 。4 9 t $ ，9 k c , s ) ，醚= 1 5 9 0 k a m ( 1 9 9 k o e ) , ( b t t ) m a x = 4 3k j i m 3 ( 5 4m g o e ) ，t c 6 8 8 ka n dc 【= 一0 0 5 6 k w h e r e 旺d e n o t e st h e r e v e r s i b l et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to f r e m a n e n c ea n dt h e 诺v a l u ei sm e a s u r e di n t h e t e m p e r a t u r er a n g e o f2 9 8 k 一4 2 8 k b a s e do nt h e s t u d yo f t h e m i c r o s t r u c t u r e s ，d e m a g n e t i z a t i o n c t l r v e sa n d r e i a t i o n s h i p b e t w e e nt h e c o e r c i v i t y a n da p p l i e d m a g n e t i cf i e l d ，w ep r o p o s e dt h a t t h e m a j o r i t y o f p a n i c l e si n ( n d o 8 d y o l 2 ) t 3 ( f e o 8 7 5 c 0 0t 2 s ) g t b 6s a m p l ep o s s e s s e s t h e s i n g l e d o m a i ns t r u c l u r ea n dt h ed e m a g n e t i z a t i o np r o c e s ss h o u l dm a i n l yb et h e r o t a t i o no ft h em a g n e t i cm o m e n t a sar e s u l t ，t h em a g n e th a sav e r yh i g h c o e r c i v i t y 嚣 山东大学博士学位论文 2 e x c h a n g e - c o u p l i n gi n t e r a c t i o n ，e f f e c t i v ea n i s o t r o p ya n dc o e r c i v i t yi n ( n d , r h f e i 4 b 珏- f ef r = d y , s m ) n a n o c o m p o s i 蜘 话s 射5 8 4 5f r = d y , s m , x - - 0 - 0 a l l o y sw i t hd i f f e r e n t 射砬ls i z e s h a v eb e e np r e p a r e db yt h em e l t - s p i n n i n ga n d s u b s e q u e n ta n n e a l i n gt e c h n i q u e t h ec r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r so ft h es a m p l e sw e r es t u d i e db yd i f f e r e n t i a l s c a n n i n gc a l o r i m e t e r ( d s am e a s u r e m e n t t h ep h a s ec o m p o n e n t so fp o w d e r s p e c i m e n sw e r ea n a l y z e dw i t hx - r a yd i f f r a e d o n ( x r d ) t h ea v e r a g eg r a i n s i z e so ft h e s a m p l e s w e l - ed e d u c e df r o ms c h e r r e r sm e t h o do fx r d t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y m ) a n ds e l e c t e d - a r e ad i f f r a c t i o n ( s a d ) p a t t e r n sw e r eu s e dt oo b s e r v et h em i c r o s c o p i cs l r u c t u r ea n d 捻e v a l u a t et h e g r a i ns i z e s m e a s u r e d b y x r d t h e m a g n e t i c p r o p e r t i e so f t h ea n n e a l e d r i b b o n s w e r em e a s u r e db y v i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) t h em a i nr e s u l t s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) m e f f e c t i v ea n i s o t r o p ye q u a t i o np r o p o s e d b y s k o m s k ia n dc o e yh a s b e e nr e v i s e da n dt h ed e p e n d e n c eo ft h ee f f e c t i v ea n i s o t r o p yc o n s t a n to nt h e g r a i ns i z ei nn a n o c o m p o s i t e w a so b t a i n e d t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e e f f e c t i v e a n i s o t r o p y c o n s t a n to fn a n o c o m p o s i t ed e c r e a s e s s l i g h t l y w i t h d e c r e a s i n gg r a i n s i z ew h e nt h eg r a i ns i z ei sl a r g e rt h a nt h ec r i t i c a lv a l u e ( 1 5 r i m ) a n dt h e nr e d u c e sd r a m a t i c a l l yw i t ht h ed e c r e a s eo fg r a i ns i z ew h e nt h eg r a i n s i z ei ss m a t l e rt h a nt h ec r i t i c a lv a l u e ( 2 ) 1 ke x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h e r ei sap e a kv a l u eo f c o e r c i v i t y i nn d s - x r x f e s 75 8 4 $ 窭= 蠲fs m ) n a n o c o m p o s i t e 。羝e o e r e i v i t i yr e a c h e st h e m a x i m u ma t2 3 a mf o r n d s f e s t s b 45 a n d n d 7 4 d y o 6 f e 8 7 5 8 45 ，2 9 n m f o r n d t t s m o 3 f e 8 5 8 4 5 ，r e s p e c t i v e l y t h ep e a k v a l u eo f c o e r e i v i t y i n n d 嚣r e 8 7 ，5 8 45 ( 1 b d y ，s i n ) n a n o c o m p o s i t ew 私e x p l a i n e dr e a s o n a b l yb yt h e e x c h a n g e - c o u p l i n gi n t e r a c t i o na n dt h ev a r i a t i o no ft h ee f f e c t i v ea n i s o t t o p y c o n s t a n t t w o 础f a c t o r sa f f e c tt h ed e p e n d e n c eo fe o e r e i v i t yo nt h em e a n g r a i ns i z e ：o n ei st h a tt h ee x c h a n g e - c o u p l i n gi n t e r a c t i o nb e t w e e n t h es o f ta n d 窖 山东大学博士学位论文 h a r dp h a s e si n c r e a s e sw i t h d e c r e a s i n g t h eg r a i ns i z ea n dl e a d st oa ni n c r e a s eo f c o e r c i v i t y ；t h eo t h e ri s t h a tt h ee f f e c t i v e a n i s o 拄o p y c o n s t a n td e c r e a s e s d r a m a t i c a l l yw i t ht h ed e c r e a s eo fg r a i ns i z eo n t h ec o n d i t i o nt h a tt h eg r a i ns i z e i ss m a l l e rt h a nt h ec r i t i c a ls i z e ，w k i c hl e a d st ot h ed e c r e a s eo f c o e r c i v i 够t w o f a c t o r sh a v e o p p o s i t e e f f e c t so nt h eg r a i ns i z ed e p e n d e n c eo f c o e r c i v i t y , s ot h e p e a k v a l u e o f c o e r c i v i t yi si n e v i t a b l ew h i l ei ti sa saf u n c t i o no f g r i ns i z e 3 ) b a s e do n t h es t u d yo ft h em i c r o s t r u c t u r c sa n d m a g n e t i cp r o p e r t i e so f t h e s a m p l e s ，t h e i n f l u e n c eo fl 净d y , s m ) a d d i t i o no nt h e a n i s o t r o p y , e x c h a n g e i n t e r a c t i o na n dc o e r c i v i t yo ft h e s a m p l e s w a si n v e s t i g a t e d d y a d d i t i o nh a sn oo b v i o u si n f l u e n c eo nt h ee x c 0 2 h a n g e - c o u p l i n gi n t e r a c t i o ni n n d s 圆螂f e 8 75 8 4 5n a n o c o m p o s i t e t h e i n c r e a s eo f c o e r c i v i t y i n n d s 。d y x f e s 7 ，5 8 45w i t hs m a l la m o u n t ( l a ) o fd ya d d i t i o nm a i n l yr e s u l t s f r o mt h ed e c r e a s eo f s a t u r a t i o n p o l a r i z a t i o na n d t h ee n h a n c e m e n t o f a n i s o 订o p y 曩e l db yd ya d d i t i o n w h e nt h ed yc o n t e n te x c e e d sl a t 。t h ec o e r c i v i t yo f n d s x d y j f e s 75 8 4 5d e c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gd yc o n t e n t t h ec r y s t a l l i z a t i o n t e m p e r a t u r eo ft h eh a r d2 ：1 4 ：1p h a s ei n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gd yc o n t e n t w h i l ei ti sa l m o s ti n d e p e n d e n to nd yc o n t e n tf o rt h es o f tp h a s e t h el a r g e r d i f f e r e n c eo f c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r eb e t w e e nt h es o f ta n dh a r dp h a s e sl e a d s t ot h el a r g e rg r a i ns i z eo fs o rp h a s ew h e nt h ec r y s t a l l i z a t i o np r o c e s so fh a r d p h a s e i s c o m p l e t e d t h ec o n t r o l l i n ga b i l i t y o fh a r d p h a s e o nt h e d e m a g n e t i z a t i o nb e h a v i o r so f s o f tp h a s ei sw e a k e n e dd u ot ot h ec o a f s eo ft h e s o f tp h a s e ，a n dc a u s e st h ed e c r e a s e so fc o e r c i v i t y i no r d e rt oa t t a i nah i g h c o e r c i v i t yi nn d s x d y x f e 9 7 s & 5n a n o c o m p o s i t e ，t h ed y c o n t e n ts h o u l db el e s s t h a nl a t s u b s t i t u t i o no fn d 酚s mi nn d s x s m s f e $ 7 , s b 4 _ 5r e d u c e st h ea n i s o t r o p y c o n s t a n ta n dt h e a n i s o t r o p i e f i e l do ft h em a t e r i a l s ，w h i l ei t e x p a n d st h e e x c h a n g e - c o u p l i n gl e n g t hr e m a r k a b l ya n de n h a n c e s t h e e x c h a n g e c o u p l i n g i n t e r a c t i o nw h e nx 0 3 a t t h e i n i t i a li n c r e a s eo ft h e c o e r c i v i t y i n n d 8 s m x f e s 75 8 4 sr e s u l t sf r o mt h ei n c r e a s eo fe x c h a n g e c o u p l i n gi n t e r a c t i o n 山东大学博士学位论文 b e t w e e nt h es o f tp h a s ea n dh a r dp h a s e w h e nt h ea d d i t i o no fs me x c e e d s 0 3 a t ，t h er e d u c t i o no ft h ee f f e c t i v ea n i s o t r o p yp l a y sad o m i n a n tr o l ea n d l e a d st ot h ed e c r e a s eo f c o e r c i v i t y s m a l la m o u n td o p i n go fs m i sb e n e f i c i a lt o t h ec o e r c i v i t yo f n d s _ s m 正e 8 7 5 8 45n a n o c o m p o s i t e k e y w o r d s ：h d d rn a n o e o m p o s i t e ，m i c r o s t r u c t u r e ，c o e r c i v i t y , e x c h a n g e - c o u p l i n g i n t e r a c t i o n 山东大学博士学位论文 序 磁性材料靓括硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁 性薄膜、磁性微粉、磁性液体、磁制冷材料以及磁蓄冷材料等，其中用量 最大翻翅途最广约是硬磁材料_ 秘软磁材料。硬磁材料的主要特点是：嚣肉 异性场( h a ) 搿，矫顽力o c ) 高，磁滞回线面积大，磁化到技术饱和需 簧静磁纯缓大。鑫予疆磁榜糕臻籁力麓，经技拳滋纯銎| 锪秘荠袅捧矫磁璐 后仍能长期保持很强的磁性，因此硬磁材料又称为永磁材料或懒磁材料。 永磁材料放在舞磁场中磁亿辩，终磁场对承磁穗耩骰静葫称鸯磁佬 功。对于闭路永磁体来说，磁化功以磁能( b h ) 的形式储存于永磁材料内 部。对于开路永磁体来说。磁化功一部分形式储存于永磁材料内部，茹一 熬分苏磁场戆形式糖存于秀磁投瓣近的窆阀。永磁体在气骧中储存的磁场 能与永磁体的磁能积成正比。永磁体悬个储能器。利用永磁体磁极的相 互律震移气豫鹣磁强霹数实褒撬攘链或声毙与邀磁鼗鹣穗蔓转换，麸瑟使 得永磁材料成为计算机、网络信息、通讯、交通运输、航空航必、办公自 动佬、家用电器鞋及入体健康与傈健等诸多离新技术领域静棱心功麓器 件。永磁材料已成为高新技术、糖兴产业与社会进步的熏要物质基础之。 永磁材料的技术磁参量主要有饱和磁化强度m s ( 或饱和磁极化强度 j s ) 、屠基湿度巍、各岛黪性场 孙剩磁b f 、绣籁力h c ，磁旋积( b h ) m a x 、 温度系数等。 六中年我嚣发戆第 弋隶疆耪辩s m c 0 5 帮七+ 零钱嚣发豹第二戤隶 磁材料s m 2 c o l 7 都具有良好的永磁性能，最火磁能积( b h ) 。分别达到 1 4 7 3 和2 3 8 。8 k j m 3 ，餐楚这些磁体都含有金属镑和储鸯较少静稀土元素钐， 这些原树料的黪费和稀少限制了钐钴系刭永磁材料的发展。1 9 8 3 年佐川真 人等对r e f e x 三元含金进行了广泛的实验研究，发现了具有肇轴各向舜 蛙豹金震闺他会魏n d 2 f e | 4 b 赞制或了圆h k 。达2 8 6k j m 3 的离磁熊粳 n d f e _ b 磁体【1 】，这就憝第三代永磁材料。 n d 2 f e ，。b 纯台兹懿磊嚣续聋弩震予亵焦晶髂或饕称霾方攘) ，空趣鼗 1 2 山系大学博士学位论文 为p 4 2 m n m ，单胞的空间结构如图l 所示。它由四个n d 2 f e l 4 b 分子组成。 在一个单您蠹露6 8 个爨子，其孛8 个n d 原予，占据4 f 耪4 9 题个燕能； 5 6 个f e 原子，占据6 个不同的晶位即1 6 k 、1 6 k 、2 8 j 、1 8 j 、2 4 e 和4 c 晶 位；4 个b 原予，占豢4 j ( 一个) 鑫使。点终常数a = o 8 8 2 n m ，c = 1 2 2 4 n m 。 n d 和b 原子分布在z 锄( c ) 和z = 0 ，5 ( c ) 的两个结构层( 即第一朦和第劂层) 内，撵掰成运戗的大小菱形，聪在第二、三、蠹、六结梅层内仅有舔子， 排列成六角形绒三角形网。b 熙子占据由基面( z = 0 或0 5 ) 上边_ 和下边务三 个最_ i 慝的f e 原子( e 佼和k 能) 所构成的三角棱柱体中心，如圈2 所西专。 n d 2 f e l 4 b 为单辘各自磐性，主要磁性参数为：各自异性豢数k l = 3 9 5 1 m j m 3 ，k 2 = 0 7 1 5m j m 3 ，各向舜性场“o h a = 7 0 8 5t ，饱和极化 强度j s = 1 6 1 1 6 3 鼍器重漫菠t c = 5 7 6 5 9 5 k 。磁酶结擒参数兔：睫壁 厚度6 * 3 9 0 ，5 5 0 n r n ，畴壁能密度y ；2 4 0 1 0 也3 6 0 1 0 j l m 2 ，翠畴 粒子赣莽半径d e = o 2 6 0 3 1 9 r a ，磁畴宽度d 一0 8 0 一o 9 2 0 m ( 不同资籽 给出的具体值餐所不同) 。 喇啦耵0 蟾 h e t b k lo l d k i o 啦口聃o , l e 瓤 1 3 姐 匿1n d 2 f e t 4 b 仡会物晶体单胞结构图 1 3 山