（微电子学与固体电子学专业论文）纳米复合永磁体的制备与磁性能研究.pdf

摘要 摘要 本文通过快速凝固制备了n d f e b 块体合金与n d f e b 合金薄带，用光学显微分析 ( o m ) 、x 射线衍射分析( x r d ) 、振动样品磁强计( v s m ) 等分析及研究了合金成 分和热处理工艺对合金的显微组织、相结构、磁性能的影响，并分析了其影响机理。 研究结果表明： 1 在n d 2 0 哦f e 7 6 + x b 4 和n d 2 0 x f e 6 6 + 。b 4 a l l o 块体合金中，随着n d 元素原子百分比从 1 7 增加到2 0 ，合金中晶粒尺寸逐渐减小，同时矫顽力增大，分别由5 1 2 0 e 增大至 1 4 3 0 0 e ，及5 5 8 0 e 增大至3 0 0 3 0 e 。 2 在n d 2 0 f e 7 6 8 4 合金中添加了a l 元素后，合金的初枝晶尺寸明显减少。随着a l 含量( 原子百分比) 由2 增加至1 0 时，晶粒的尺寸不断减少，同时，合金矫顽力由4 5 8 0 e 增大3 0 0 3 0 e ，饱和磁化强度9 0 5 4e m u g 减小至5 6 7 6e m u g 。 3 在n d 2 0 f e 7 6 - x t i 。b 4 合金中添加t i 元素，造成液相线偏移，合金的共晶组织体积 分数明显增多，在x = 3 时，合金呈现出典型的鱼骨状结构，品粒变大。随着t i 元素含 量的增加，n d 2 f e l 4 b 相含量逐渐减少，n d 2 f e l 7 含量增多，矫顽力由1 4 3 0 0 e 下降至 7 2 7 0 e 。 4 铸态下n d 2 0 f e 7 6 8 4 块体合金的晶粒尺寸较为粗大，在1 0 2 3 k 热处理无明显改变， 在1 0 7 3 k 热处理晶粒尺寸得到改善；热处理温度增加至l1 2 3 k 下，晶粒丌始长大。在 1 0 7 3 k 进行不同时间的热处理，2 0 m i n 时合金的晶粒最为细小。 5 对比分别经1 0 7 3 k * 2 0 m i n 和1 3 7 3 k * 2 m i n 热处理后n d 2 0 f e 6 s b 4 a l s 合金的显微组 织，短时问的高温热处理可获得细小品粒尺寸的共晶组织，从而获得了更高的矫顽力， 由2 1 2 6 0 e 增大至为8 9 3 2 0 e 。 6 淬速对n d 8 f e 8 3 8 5 t i 2 z r 2 薄带的相组成和磁性能有很大的影响。当快淬速度较小 时，快淬薄带中的晶态相体积成分就较多；当快淬速度较大时，晶态相就会较少；淬 速由7m s 向2 5m s 不断增加过程中，薄带的最大磁能积先增加后减小，在淬速为1 3 m s 时获得最佳的磁性能，快淬速度较小或较大都不利于最佳最大磁能积的出现。并在 1 3 m s 的淬速下制备成分为n d 8 f e 8 7 8 5 的纳米双相复合永磁体薄带，样品的饱和磁化强 度为1 2 5 5 4 e m u g ，矫顽力为3 3 5 3 2 5 0 e ，剩余磁化强度为7 0 3 0 e m u g ，具有纳米双向 广东工业大学硕士学位论丈 复合永磁体的剩磁增强效应。 7 在4 0 m s 的淬速下可制备出n d 9 f e 7 3 8 1 4 z r 4 非晶薄带。经9 2 3 k * 5 m i n 的品化热处 理后，n d 9 f e 7 3 8 1 4 z r 4 合金薄带表现出软磁性，随晶化温度的升高，合会薄带表现出硬 磁性，矫顽力增大，在热处理温度为9 4 3 k 时矫顽力达到最大值，为5 8 4 1 0 e ，继续提 高品化温度，矫顽力下降；随着热处理温度的升高，( b h ) m a x 同样存在一个峰值，在 9 5 3 k 时达到最大，为5 9 7 5 k j m 3 。 关键词：n d f e b ；永磁材料；矫顽力 a b s l r a c t a b s t r a c t b u l kn d f e ba l l o y sa n dr i b b o nw e r ep r e p a r e db yr a p i dc o o l i n g t h ee f f e c t so fa l l o y c o m p o s i t i o n sa n dh e a tt r e a t m e n to nm i c r o s t r u c t u r e ，m a g n e t i cp r o p e r t i e so fa l l o y sw e r e i n v e s t i g a t e db yo p t i c a lm i c r o s c o p y ( o m ) ，x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，v i b r a t i n gs a m p l e m a g n e t o m e t e r ( v s m ) t h em a j o rr e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 i nt h en d 2 0 x f e 7 6 + x b 4a n dn d 2 0 x f e 6 6 + x b 4 a i i 0a l l o y s ，a sn dc o n t e n ti n c r e a s e d ，t h e g r a i n ss i z eo fa l l o y sd e c r e a s e ，t h ec o e r c i v i t yo fa l l o y si n c r e a s e ，f r o m5 12 0 et o14 3 0 0 e ，a n d 5 5 8 0 et o3 0 0 3 0 e ，r e s p e c t i v e l y 2 i nt h en d 2 0 f e 7 6 x b 4 a i xa l l o y s ，c o m p a r i n gw i t hn d 2 0 f e 7 6 8 4a l l o y s ，t h eg r a i n ss i z eo f n d 2 0 f e 7 6 x b 4 a i xa l l o y si sm u c hs m a l l e r a n dw i t ha ic o n t e n ti n c r e a s i n gf r o m2t o10 ，t h e g r a i n ss i z eo fa l l o y sd e c r e a s e ，t h ec o e r c i v i t ya n ds a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o no fa l l o y si n c r e a s e f r o m4 5 8 0 et o3 0 0 3 0 e ，a n dd e c r e a s e df r o m9 0 5 4t o5 6 7 6 e m u g ，r e s p e c t i v e l y 3 r e p l a c ef ew i t hl i t t l et ii nn d 2 0 f e 7 6 - x t i x b 4a l l o y s ，t h ev o l u m ef r a c t i o no fe u t e c t i c s t r u c t u r ei n c r e a s e s t h em i c r o s t r u c t u r eo fn d 2 0 f e 7 6 x t i x b 4a l l o y sb e c o m et ob ec l a s s i c h e r r i n g b o n es t r u c t u r ew h i c hc a u s et od e c r e a s et h ec r y s t a li n t e r f a c ea r e a sw h e nxi n c r e a s e dt o 3 f r o mt h er e s u l to f x r d ，t h ev o l u m ef r a c t i o no f n d 2 f e l 7i n c r e a s e da n dt h ev o l u m ef r a c t i o n o fn d 2 f e l 4 bd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt ic o n t e n t t h ep h e n o m e n o na b o v ec o n t r i b u t e st o c o e r c i v i t yd e c r e a s e df r o m14 3 0 0 e t o7 2 7 0 e 4 i nt h en d 2 0 f e 7 6 8 4a l l o y s ，g r a i ni sc o a r s eb e f o r et h eh e a tt r e a t m e n t ，a n dt h e s ei sn o a p p a r e n t l yc h a n g ea f t e rh e a tt r e a t m e n ta t 10 2 3 k ，a st h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e su pt o1 0 7 3 k t h e g r a i ns i z e b e c o m es m a l l e r , t h ec r y s t a ld i m e n s i o nc o n t i n u a l l yi n c r e a s e sw i t ht h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s i n gt o112 3 k a n dt h ea l l o yo w n s t h es m a l l e s tg r a i na f t e r10 7 3 木2 0 m i n 5 i t s e a s i e rt oo b t a i ns m a l ls i z eo fe u t e c t i cs t r u c t u r ea n dh i g h e rc o e r c i v i t yi n n d 2 0 f e 6 8 8 4 a 1 8a l l o y sa f t e rh i g ht e m p e r a t u r ea n ds h o r tt i m eh e a tt r e a t m e n tc o n d i t i o na s c o m p a r i n gw i t h t h em i c r o s t r u c t u r e so fn d 2 0 f e 6 8 8 4 a 1 8a l l o y sa f t e r10 7 3k 木2 0 m i na n d 13 7 3 k 2 m i nh e a tt r e a t m e n tc o n d i t i o n t h e c o e r c i v i t y o fn d 2 0 f e 6 8 8 4 a i sa l l o ya f t e r 13 7 3 k * 2 m i nh e a tt r e a t m e n tc o n d i t i o ni n c r e a s e sf r o m2l2 6 0 et o8 9 3 2 0 e 6 t h ev e l o c i t yo fm e l t i n gs p u nh a sag r e a ti n f l u e n c ei nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e to f 广东工业大学硕士学位论文 n d 3 f e 8 3 8 5 t i 2 z r 2a l l o y i ta p p e a r st h ev o l u m ef r a c t i o no fc r y s t a l l i n es t a t ei n c r e a s e sa th i g h e r v e l o c i t y , o t h e r w i s ed e c r e a s e s ，w h i l et h ev e l o c i t yi n c r e a s e sf r o m7 m st o2 5 m s ，t h e ( b h ) m a x i n c r e a s e sf i r s t ，a n dt h e nd e c r e a s e s t h en d s f e s 3 b s t i 2 z r 2a l l o yh a st h eb i g g e s t ( b h ) m a xa t t h ev e l o c i t yo f13 m s ，w h i l ei ti sn o tc o n d u c i v et oo b t a i nb e s tm a g n e t i cp r o p e r t ya tt h et o o h i g ho rt o ol o wv e l o c i t y t h en a n o c o m p o s i t em a g n e t sn d s f e s t b 5w a sp r e p a r e db ym e l t i n gs p u na tt h ev e l o c i t yo f 13 m s ，i ta p p e a r st h ee n h a n c e m e n tr e m a n e n c ec h a r a c t e r i s t i co fn a n o c o m p o s i t em a g n e t s ，t h a t t h es a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o ni s12 5 5 4 e m u g ，t h ec o e r c i v i t yi s3 3 5 3 2 5 0 e ，t h er e m a n e n c ei s 7 0 3 e m u g 7 t h en d g f e 7 3 b i 4 z r 4a l l o yw a sp r e p a r e da tt h ev e l o c i t yo f4 0 m sb ym e l t i n gs p u n , i t c a nb et y p e dt ob ea m o r p h o u sa ss p u nf r o mt h er e s u l t so f x r d ；t h er i b b o no f n d 9 f e 7 3 b i 4 z r 4 i ss o f tm a g n e ta f t e r9 2 3 k 牛5 m i nh e a tt r e a t m e n t ，a n dt r a n s f o r mt ob eh a r dm a g n e t i cw i t h i n c r e a s i n gt h eh e a tt e m p e r a t u r e t h ec o e r c i v i t yi n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n g h e a tt e m p e r a t u r e ，a n dr e a c h e da h i g h e s tv a l u ea t9 4 3ke q u a l e dt o58 4 1o e s ow a s ( b h ) 眦x ， e q u a l e dt o5 9 7 5 k j m 3a t9 5 3 i ( k e y w o r d s ：n d f e b ；p e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l ；c o e r c i v i t y i v 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t l b s i i 之a c i 。i c o n t e n t i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2t h eb a s i cp a r a m e t e r so f p e r m a n e n tm a g n e t 1 1 2 1c o e r c i v i t y 2 1 2 2s a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o na n dr e m a n e n tm a g n e t i z a t i o n 3 1 2 3m a x i m u m e n e r g yp r o d u c t 4 1 2 4m a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p y 4 1 2 5c u r i et e m p e r a t u r e 5 1 3c h a r a c t e ro fn a n o c o m p o s i t em a g n e t s 5 1 3 1l j 【e m a n e n c ee r d a a n c e m e n t 5 1 3 2u n i t a r yh y s t e r s i sl o o p 5 1 3 3e x c h a n g ec o u p l e 6 1 4d e v e l o p m e n to f n a n o c o m p o s i t em a g n e t s 6 1 4 1c r y s t a ls t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t yo f n d 2 f e l 4 b 6 1 4 2t h et h e r o r e t i c a lm o d e lo f e x c h a n gc o u p l e 9 j 1 4 3r e c e n td e v e l o p m e n to f n a n o c o m p o s km a g n e t s 13 1 5p r e p a r a t i o nm e t h o d s 16 1 6p u r p o s eo f p a p a r 1 7 c h a p t e r2e x p e r i m e n t a lm e t h o d 19 2 1m e t h o do f s a m p l e p r e p a r a t i o n 1 9 2 1 1e x p e r i m e n t a le q u i p m e n ta n di t so p e r a t i o np r i n c i p l e 19 2 2c h a r a c t e r 泣a t i o no f a l l o y s 2 1 2 2 1m e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s 2 1 2 2 2x r a yd i f f r a c t i o n 2 1 2 2 3v i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r 2 2 c h a p t e r3t h ep r e p a r a t i o na n dp r o p e r t yo f b u l kn d f e ba l l o y 2 3 v i i i c o n t e n t s 3 1t h em i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t yo f n d16 f e 8 0 8 4a sc a s t e d 2 3 3 2t h ee f f e c to fn dc o n t e n to nm i c r o s t u r c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fn d f e b a l l o y 2 5 3 2 1t h ee f f e c to fn dc o n t e n to nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d l7 + x f e 7 9 x b 4 2 5 3 2 2 t h ee f f e c to fn dc o n t e n to nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d l 7 + x f e 6 9 x b 4 a 1 1 0 2 8 3 3t h ee f f e c to fa l l o yd o p i n go nm i c r o s t u r c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fn d f e b a l l o y 3 0 3 3 1t h ee f f e c to ft id o p i n go nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fn d f e b a l l o y 3 0 3 3 2t h ee f f e c to f n bd o p i n go nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d f e b a l l o y 3 2 3 3 3t h ee f f e c to fa ld o p i n go nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fn d f e b a l l o y 3 4 3 3 4t h ee f f e c to f z rd o p i n go nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d f e b a l l o y 3 8 3 4t h ee f f e c to fh e a t i n gt r e a t m e n to nm i c r o s t u r c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e sofn d f e b a l l o y 3 9 3 4 1t h ee f f e c to fh e a t i n gt r e a t m e n to nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d 2 0 f e 7 6 8 4 3 9 3 4 2t h ee f f e c to fh e a t i n gt r e a t m e n to nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so f n d 2 0 f e 6 8 8 4 a 1 8 。4 3 ：；5s u b c o n c l u s i o n s 4 6 c h a p t e r4t h ep r e p a r a t i o na n dm a g n e t i cp r o p e r t yo f n a n o c o m p o s i t ep e r m a n e n tr i b b o n s 4 8 4 1t h ee f f e c to f v e l o c i t yo nm a g n e t i cp r o p e r t yo f n d 8 f e 8 3 8 5 t i 2 z r 2 4 8 4 2t h e c r y s t a l l i z a t i o n a n d m a g n e t i cp r o p e r t i e s o fn a n o c o m p o s i t ep e r m a n e n t a m o r p h o u sr i b b o n s 5 2 4 3s u b c o n c l u s i o n s 5 5 c o n c l u s i o n s 5 6 广东工业大学硕士学位论丈 r e f e r e n c e s 5 9 p u b l i c a l t i o n sd u r i n gt h es t u d yf o rm a s t e r d e g r e e 6 4 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 5 x 第一幸绪论 第一章绪论 1 1 引言 从上世纪8 0 年代，第三代永磁体n d f e b 出现以来，受n d 2 f e l 4 b 磁体良好性能的 激励，世界各国都对n d f e b 磁体的性能研究投入大量的人力、物力。目前，n d f e b 基 永磁体的磁能积已超过4 4 0 k j m 3 ，除了性能优越以外，n d f e b 磁体还同时具有如下特 点：( 1 ) 资源丰富；( 2 ) 价钱便宜；( 3 ) 7 - _ 艺简便；( 4 ) 发展迅速，商品化周期短。这些优势 都大大促进了第三代永磁体的发展，我国的稀土资源十分丰富，从目前世界稀土永磁 发展形势看，我国己成为全球稀土永磁材料的生产及应用市场的发展中心。 磁能积( b h ) 嘲。是永磁材料的重要性能指标。而铁磁学计算表明，一种永磁材料的 最大磁能积有一个理论上限，当增大至一定程度就达到饱和状态，要想磁能积有一个 跳跃式的提高，就需要开发出一种新的永磁材料。自从稀土永磁材料出现以来，稀土 金属问化合物的各向异性系数特别高，各向异性场特别大，往往有h c i b r 。根据永磁 材料的磁能积理论值公式( b h ) 一= 。m ，) 2 1 6 ，对于稀土间化合物永磁材料来说，如 何提高( b h ) m a x 的关键转到了如何提高b r 上。1 9 8 8 年荷兰菲利浦公司研究所的 c o e h o o m l l 】等人用快淬法将成分为n d 4 f e 7 7 8 1 8 5 的合金做成非晶薄带，然后在9 4 3 k 进 行晶化处理3 0 m i n ，得到的细品粒粉末为各向同性，测试性能为b r = 1 2 t ，i h c = 2 4 0 k j m ， ( b h ) m a 。= 9 6 k j m 3 。各相所占的比例为：f e 3 b 为7 3 ，n d 2 f e l 4 b 为1 5 ，a f e 为1 2 。 f e 3 b 与a - f e 一样，各向异性很低，均为软磁性相，得到的纳米复合永磁合金具有剩磁 效应，m r m s = 0 7 5 。后续经过t e m 观察发现，晶化后的合金中，品粒的平均尺寸均为 纳米级，其中n d 2 f e l 4 b 相平均尺寸约为1 0 n m ，f e 3 b 约为3 0 n m ，两相之间品粒取向混 乱。这种具有明显剩磁增强效应的纳米复合永磁合金，有望突破现有磁性材料磁能积 极限，成为下一代永磁材料，引起了世界各国的广泛重视，是一种很有发展f j 途的新 型永磁材料。 1 2 永磁体的基本磁学参量 永磁体的磁参量可以分为两大类，即非结构敏感磁参量和结构敏感磁参量，前者办 称内禀磁性参量，这部分包括有饱和磁化强度，居里温度等参量，而结构敏感磁参量 广东工业大学硕士学位论文 则包括剩磁、矫顽力、磁能积等参量。非结构敏感参量主要由材料的化学成分和晶体 结构来决定，结构敏感磁参量除了与内禀参量有关外，还与永磁材料众多微观参量， 如品粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷、掺杂物等因素有关。 磁性材料的状态是随着外磁场强度的变化而发生变化的，即永磁材料对外加磁场 有响应特性，称被磁化。用磁滞回线可以来表征这种状态的变化。如图所示： 1 2 1 矫顽力 拶 鼠 形 。a b ， ? 一h m t h c 一 钐 | ! i l ：h m 酗 7 一b r 一统 图1 1 磁滞同线 f i g 1 1m a g n e t i ch y s t e r e s i sl o o p 永磁体经磁化充磁以后，撤去外磁场，仍保持有相当量的剩余磁化强度，为了消 除永磁体的剩磁，需要施加与原磁场方向相反的磁场( 称退磁场) 。使得永磁体的剩余 磁化强度m r 下降为0 时的退磁场，称为矫顽力，用i h 。表示。矫顽力与铁磁体由m s 下降m 为0 的反磁化过程的难易程度有关。磁体的反磁化过程有两个基本的方式，即 畴壁位移和磁矩转动。对于单晶体来说，在剩磁状态下，正向畴和反向畴并存，加反 向磁场后，反向畴要长大，当反向畴和正向畴的体积相等时，m 下降为0 ，对应的外 磁场的数值，即矫顽力： 儿。丽1 ( 警) 脒 ( 1 1 ) 式中，秒是反向畴磁矩方向与反向磁化场方向的央角。丝立为畴壁能密度梯度。 对于多品体来说，矫顽力是材料内各个晶粒矫顽力的平均值。畴壁能梯度的最大 第一章绪论 值( 丝丛) m 毂与众多因素有关，如材料的内应力、掺杂物和缺陷的大小、数量、分布等。 矫顽力表征的是永磁材料对外界磁场的抗干扰能力，反映了水磁体在使用过程中退磁 的难易程度，其值越大越好。多晶体的矫顽力起因比较复杂，学者问见解办各有不同， 比较有代表性的有应力场理论、掺杂理论、钉扎场理论等。 1 2 2 饱和磁化强度和剩余磁化强度 永磁体在外磁场的磁化作用下，达到技术饱和时的磁化强度叫做饱和磁化强度 m s ，饱和磁化强度对于永磁材料来说，也是一个很重要的参量，一般要求m s 越高越 好，m s 的大小是一个温度的函数，会随着温度变化而改变，同时，取决于组成材料的 磁性原子数、原子磁矩和晶体结构。根据布洛赫( b l o c h ) 定律，在低温区m s 可以表 示为： m ，c 丁，= m ，c 。， ，一。t - 8 7 口c 丢，； c 2 ， 其中，m s ( 0 ) 是绝对饱和磁化强度，口数值对应不同的晶体类型有不同的值，简 单立方为2 、体心立方为1 和面心立方晶体为l 2 。当t 趋向0 k 时，m s ( t ) 值也就 趋近于m s ( 0 ) ；在室温，即2 9 3 k 左右时，m s 可表示为 m s - h e f t 筹b 3 ， 式中，n e f f 为有效波尔磁子，n 为1 m o l 的磁性原子数；d 为材料的密度；a 为相对 原子质量；占为波尔磁子。 永磁体经磁化至技术饱和以后，再撤去外磁场，仍能保持有相当的磁性，这种磁 性被称为剩余磁化强度，符号为m r ；亦可以表示为剩余磁感应强度b r 和剩余磁极化 强度j r 。影响永磁材料的剩磁大小的主要因素为材料中各个晶粒取向一致性。剩余磁 感应强度，表征永磁体充磁后所提供的磁场大小，其值越大越好。 单晶体的剩余磁化强度m r 可以表示为： m ，= m sc o s0 j ( 1 4 ) 式中眇为晶体的易磁化方向与外磁场央角。 而多晶体的剩余磁化强度m r 表示为： 广东工业大学硕士学位论文 m ，2 古；帆圪c o s 幺 ( 1 5 ) 式中，v 是样品的总体积，v i 代表第i 个晶粒的体积，p 代表第i 个晶粒的m s 方向( 即靠近外磁场方向的易磁化方向) 与外磁场的交角。 1 2 3 最大磁能积 在退磁曲线上，把磁感应强度与磁场强度的乘积，称为磁能积。它是每单位体积 永磁材料储存在外部磁场中的总能量的一个量度。在上文1 1 式中，当h 。一定时，b m h m 乘积越大，磁体体积v m 就越小，这对于电器的小型化至关重要。对于永磁材料来说， 我们总是力图使退磁曲线上各点处的b h 乘积尽可能的高。描述磁能积b h 随着磁场h 变化的曲线，称为磁能曲线。见图1 2 。 1 4 0 0 ( 1 3 h ) m o ， h 图1 2 磁能曲线 f i g 1 2e n e r g yp r o d u c t ( b h ) c u r v e 退磁曲线上b 和h 乘积最大的一点，如图中与d 点对应的b d 和h d 场的乘积为最 大值，称为最大磁能积( b h ) 。( b h ) 。科是最重要的一个磁参量，数值越大越好。b h 乘积的单位是k j m 3 ，从量纲上来看，可以认为( b h ) 表示了永磁体在气隙空问建立 的磁能量密度。( b h ) 。有一个理论上限： ) 。华 ( 1 6 ) 1 2 4 磁晶各向异性 将单晶永磁体磁化到饱和所需要的磁场强度，在永磁体的不同晶体学方向上是不 4 第一章绪论 同的，这称为磁晶各向异性。其中，所需磁场强度最小对应的单晶磁体晶体学方向称 为易磁化方向，相反则称为难磁化方向，两者造成的磁化场差别越大，则表示它的各 向异性越大。磁晶各向异性的大小用磁晶各向异性常数k 来表示。 为发展高矫顽力永磁材料，要求其具有高的磁晶各向异性。 1 2 5 居里温度和温度变化系数 铁磁体在温度升高时，磁畴内磁矩的热扰动会加剧，各项磁性能均会下降。强磁 铁体由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为距离温度或居里点t c 。t c 是材 料的m t 热磁曲线上m 趋向0 时对应的温度，是衡量永磁体热稳定性的主要参量。根 据分子场理论，确定材料的t c 为： 正= g ，2 口2 ( ，+ 1 ) 2 3 k ( 1 7 ) 式中n 是单位体积的磁性原子数；幻是l a n d e 因子；j 是原子的角动量量子数；旯是 分子场系数：k 是玻尔兹曼常数。合金系的t c 与n 、j 、九有关，其中z 与交换积分常数 成正比。r e 2 f e l 4 b 化合物的t c 可表达为： 疋= 2 6 5 10 2 7 0 2 + 0 4 9 5 ( g ，一1 ) 2j ( j + 1 ) l 坨 ( 1 8 ) 另外，永磁体的热稳定性也可以川各项磁性能的温度变化系数米表示。温度变化系数是指温度 每变化l ，磁性能可逆变化的百分数。 1 3 纳米双相复合永磁体的特性 1 3 1 剩磁增强 由于软磁相与硬磁相间存在交互耦合作用，纳米复合永磁体剩磁与饱和磁强度的 比值( 剩磁率) m r m s 1 2 ，即剩磁增强现象。 1 3 2 单一磁滞回线 纳米双相复合永磁体虽然含有软硬两个磁相，由于两相j 的交互耦合作用，显示 出单一的磁滞回线。 广东工业大学硕士学位论文 1 3 3 交换弹簧 在一定的反磁化场的作用下，软磁性相品粒中心的原子磁矩已磁化反转，即已反 磁化了，但硬磁相( 原子磁矩) 还没有实现反磁化，当去掉反磁化场后，由于硬磁相 晶粒与软磁相品粒之间的磁交换耦合作用，将迫使软磁相性晶粒内部己磁化反转的磁 矩又部分地回转到接近硬磁性相的磁矩方向上，被称为交换弹簧。 苞墨箍燃蠡簸璧l 跫蘩 t 弼 茹崩 夕 h ， _ ；一_ 奠寥艺= ： 图1 3 交换弹簧模型【2 i f i g 1 3m o d e lo fe x c h a n g es p r i n g 1 4 纳米复合永磁体研究概况 1 4 1n d 2 f e l 4 b 的晶体结构和磁学性质 n d 2 f e l 4 b 相的晶体结构如图1 4 所示，n d 2 f e l 4 b 是一个单胞，具体参数为：四方 结构，由四个n d 2 f e l 4 b 分子组成，晶格常数：a = 0 8 8 2 r n n ，c = 1 2 2 4 n m ；具有单轴各向 异性。具体位置见表l ，包括有8 个n d 原子，5 6 个f e 原子，4 个b 原子单胞内，共 6 8 个原子；整个晶体的组成可以看做是富n d 原子层，富b 原子层和富原子层交替排 布。 6 第一章绪论 图1 4n d 2 f e l 4 b 相的晶体结构 f i g 1 4c r y s t a ls t r u c t u r eo f n d 2 f e l4 bp h a s e n d ：f e 。b 相的居里温度较低，这足因为：n d 2 f e l 4 b 相的居罩温度是由不同晶位上 的f e f e 原子对和f e n d 原子对的交换作用确定的。n d 2 f e l 4 b 相内有2 7 对交换作用为 正；有1 5 对为负。正负交换作用部分抵消，导致n d 2 f e l 4 b 相的居里温度较低。 7 广东工业大学硕士学位论文 n d 2 f e l 4 b 晶体以c 轴为易磁化轴，在室温条件下就具有很强的单轴磁晶各向异性。 各向异性主要来源，是在垂直于c 轴平面上，4 9 晶位的n d 原子和f e 原子的上下不对 称分命。在图1 5 上，k 1 晶位所在平面上方有六个最近邻f e 原子，下方只有一个最近 邻f e 原子，平面上有两个f e 原子。 f e 原子磁矩较大，平均可达2 1 0 t b ，最大可达2 8 0 - t s 。n d 2 f e l 4 b 晶粒的饱和磁 化强度也主要由f e 原子磁矩贡献。另外，n d 2 f e l 4 b 晶粒的饱和磁化强度也有来自n d 原子磁矩的贡献，其原子磁矩在平行于c 轴方向的投影为2 3 0 - r e 。n d 原子属于轻稀 土原子，与