（材料学专业论文）高性能注射成形各向异性ndfeb粘结磁体的研究.pdf

中南大学博士学位论文 摘要 注射成形技术在制备薄壁、形状复杂、径向取向、高精度磁体、 实现一体化组合成形等方面具有独特的优势，同时它还具有材料利用 率高、生产效率高等特点，符合电子元器件小型化、轻量化、复合化、 高效化、节能化的发展趋势，因而受到了广泛的关注，其发展及产业 化速度非常迅速。但国内此项技术开展得较晚，技术水平与国外还有 较大的差距。为充分发挥我国稀土资源优势，发展我国n d f e b 稀土 永磁产业，本文围绕高性能注射磁体的制备，采用d s c 、s e m 、i r 及x r d 等技术系统地研究了磁粉防氧化表面改性、新型粘结剂、混 炼和注射工艺、磁场取向规律。 采用了无水磷化复合硅烷改性工艺包覆处理h d d rn d f e - b 磁 粉，由于在磁粉表面形成了磷化膜硅烷双层保护膜，因而大幅度地 提高了磁粉的抗氧化性，使得其氧化过程活化能及氧化温度点分别从 4 5 7 k j m o l 、1 7 9 7 c 提高到8 8 9k j m o l 、3 2 6 ；同时改性剂中硅烷 的双极性基团，可分别通过化学键合、物理吸附改变磁粉界面特性， 增强它与粘结剂的作用力，使得磁粉在粘结剂中的相容性及分散性得 以提高，从而提高体系的流动性及其注射成形粘结n d f eb 磁体的磁 性能、抗压强度、耐蚀性及耐热性，并在硅烷呈单分子层模型作用时， 效果最好。 通过研究n d f e - b 磁粉粒度对注射粘结磁体取向度、剩磁、内禀 矫顽力、最大磁能积、抗压强度、致密度及耐热性等性能的影响，确 定了综合性能最佳的磁粉粒度为8 0um 1 0 0 | l1 t i ；采用合适的粒度分 布可以提高磁粉的振实密度及喂料装载量，降低粉末粘结剂的表观 粘度，改善体系的流动性。实验得到最佳的粒度分布粉末组成为： 8 m a s s 的1 0 6 1 5 0um 粉、5 8 m a s s 的7 5 1 0 6i xm 粉、2 5 m a s s 的 4 5 7 5pm 粉及9 m a s s 的 4 51 11 t i 粉。 针对注射n d - f e - b 磁体的工艺特点，对磁场取向装置进行了较大 的改进。用空心铜线代替传统的偏平铜带制成多单元组合式，解决了 线圈温升高、磁场强度不稳定及取向磁场低等缺点；同时在线圈中设 置两组磁轭，并通过与模具中心磁轭的配合可实现轴向取向与径向取 向的转换，达到一机两用的目的。 研究了混炼、注射及磁场取向工艺参数对粘结n d - f e b 磁体性能 影响，确定了最佳的实验参数为：t 癌= 2 8 0 左右、p , t = 7 0 - 1 2 0 m p a 、 中南大学博士学位论文 t 模= 9 0 、v 注= 6 8 0 、取向电流7 5 a 、取向时间4 s 。 在相容性理论及其添加剂作用机理分析基础上，选定了对苯磺酰 胺、“5 0 m a s s 硬脂酰胺+ 5 0 m a s s 甲基硅油”复配物、m o s 。 “3 0 1 0 1 0 + 3 0 d l t p + 4 0 m d l 0 2 4 ”复配物分别作为p a l 2 基体树 脂的增塑剂、润滑剂、成核剂及抗氧剂，在它们用量分别为8 m a s s 、 1 0 m a s s 、0 4 m a s s 、4 m a s s 时，制得了流动性较好、力学性能较 高的尼龙基粘结荆体系。这种粘结剂体系对加工温度更为敏感，喂料 在2 8 0 。c 温度及1 6 1 9 s 。1 剪切速率时的粘性流动指数及活化能分别为 o 6 4 、6 9k j m o l ：在6 5 v 0 1 装载量时，制备出了具有国际先进水平 的高性能注射n d - f e - b 粘结磁体，其性能为：b r = 8 7 8 m t 、h c = 1 2 1 2 3 k a m 、( b h ) m “= 1 2 8 k j m 3 ，o 压= 7 3 m p a 。 研究了时效处理温度t 、磁体高径比h d 、磁粉内禀矫顽力h c i 及装载量等各种因素对注射粘结磁体不可逆磁通损失率h i 丌的影 响，回归统计分析得到了它们的数学表达式：h i , r = 一1 2 5 4 + 0 0 7 2 0 - 0 0 3 5 h d + 0 4 t - 0 0 1 7 i - i o 一0 0 0 8 8 d 。 高矫顽力、高剩磁的n d - f e - b 粗磁粉与低矫顽力、低剩磁的细铁 氧体、n d f e - n 磁粉复合时，能综合两种磁粉的优点，而且由于各向 异性磁粉磁化形成的磁偶极静磁场作用产生了复合效应。对于 n d - f e - b f e ：1 0 4 复合磁体，当f 白0 4 含量少于7 0 m a s s 时，复合磁体 磁性能呈增强效果，且在体积比为l ：1 时，增强效果达到最强；含 量大于7 0 m 豁s 后，磁性能呈负作用效应。而n d f e - b n d f e - n 复合 磁体则不依赖于n d - f e - n 磁粉含量，其剩磁始终呈增强效应，而内 禀矫顽力则呈负作用效应。 发明了一种能在较低温度进行注射成形的热塑热固粘结剂，避 免了磁粉的氧化，其配方为：7 4 m a s s e p 、6m a s s d i c y 、2 0 m a s s 咖a 1 2 6 。该粘结剂在注射时完全表现为热塑性，坯体抗压强度 为2 3 m p a ，可顺利脱模实现自动化生产，而固化后则呈现热固性树 脂高强度这一特性。该粘结剂体系6 0 v 0 1 喂料，在1 3 5 温度及剪 切速率1 6 1 9 s d 时的粘流活化能及n 值分另i j 为3 4 3 k j m o l ，0 4 4 。用它 制得的n d f e - b 粘结磁体的最佳固化工艺为：真空充氮保护、固化温 度1 9 0 、时间1 2 0 m i n 。制备出最佳磁体的性能为： ( b h ) m a x = 8 4 5 k j m 3 ，b r = 7 3 0 m t 、h c l - - 9 4 9 k a m 、o 压- = 1 0 6 m p a 。与i 司 等条件p a l 2 基磁体相比，其磁性能相当，但力学性能更优越，即使 在18 0 。c 温度下其抗压强度也可达6 5 m p a ，可作为高温粘结剂使用。 中南大学博士学位论文 用p a 6 6 对p p s 改性制成的8 0 p p s 2 0 p a 6 6 共混物，显著降低了 体系的粘度、提高了流动性及冲击强度，而对力学性能并无不利的影 响。用它代替p p s 作为高温磁体专用粘结剂，可获得磁性能更好、 装载量更高的注射粘结磁体。 关键词注射成形，粘结磁体，粘结剂，钕铁硼，各向异性 中南大学博士学位论文 a b s t r a c t i n j e c t i o nm o l d i n g ( 口) h a sg r e a ta d v a n t a g et om a n u f a c t u r em a g n e t s w i t ht h i nw a l l ，c o m p l e xs h a p e ，h i g ht o l e r a n c e s ，r a d i a la l i g n m e n t ，a n d a s s e m b l yf o r m i n g m e a n w h i l e ，i th a sh i i g h m a t e r i a l su t i l i z a t i o na n d p r o d u c t i v i t y i mb o n d e dm a g n e tm e e t st h et r e n d so fe l e c t r o n i cd e v i c e st o s m a l lv o l u m e ，l i g h tw e i g h t ，i n t e g r a t i o na s s e m b l y , h i g he f f i c i e n c ya n d e n e r g y s a v i n g t h e r e f o r e ，i ta t t r a c t se x t e n s i v ea t t e n t i o na n di su n d e r g o i n g r a p i dd e v e l o p m e n ta n di n d u s t r i a l i z a t i o n h o w e v e r , i t sd e v e l o p m e n ti n c h i n ai sl a g g e db e h i n d ，a n dt h e r ei sa l o n gw a yt or e a c ht h ei n t e r n a t i o n a l l e v e l i no r d e rt om a k ef u l lu s eo ft h es u f f i c i e n td o m e s t i cs u p p l yo f r a r e - - e a r t hr e s o u r c ea n dd e v e l o pn d - f e - - bp e r m a n e n tm a g n e t si n d u s t r y , t h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nt h er e s e a r c ho fm a n u f a c t u r i n gi mn d - f e - b b o n d e dm a g n e t 谢t hl l i g hp e r f o r m a n c e a n ds o m ea n a l y t i ct e c h n i q u e s i n c l u d i n gd s c ，s e m , i ra n dx r da r ep e r f o r m e dt oi n v e s t i g a t et h e s u r f a c em o d i f i c a t i o no f p o w d e r , t h ep r e p a r a t i o no fn e wb i n d e r , i n f l u e n c e o f p r o c e s sf a c t o r ss u c ha sm i x i n g ，i n j e c t i o n , m a g n e t i cf i e l da l i g n m e n t t h ec o a t i n gm e t h o dc o m b i n e do r g a n i cs o l v e n tp h o s p h a t i s a t i o na n d c o m p l e xs i l a n ec o u p l i n ga g e n tw e r eu t i l i z e dt om o d i f yh d d r n d f e b m a g n e t i cp o w d e r b e c a u s eo ft h ef o r m i n go fd o u b l ep r o t e c t i n gf i l m c o m p o s e d o f p a s s i v ep h o s p h a t e a n ds i l a n e c o a t i n g ，t h e o x i d a t i o n r e s i s t a n c eo fm a g n e t i cp o w d e ri si m p r o v e dr e m a r k a b l y t h eo x i d a t i o n a c t i v a t i o ne n e r g ya n do x i d a t i o nt e m p e r a t u r eo fn d - f e - b p o w d e ri s i n c r e a s e df r o m4 5 7 l d m o lt o8 8 9k j m o la n d1 7 9 7 t o3 2 6 r e s p e c t i v e l y , a n d t h es u r f a c e p r o p e r t i e s o fm a g n e t i c p o w d e ra n d i n t e r f a c i a la d h e s i o nb e t w e e np o w d e ra n db i n d e ra r ei m p r o v e d ，w h i c hi s b e l i e v e dt ob ed u et oc h e m i c a lb o n d i n ga n dp h y s i c a la d s o r p t i o no ft h e p r e s e n tp o l a rg r o u p s i nt h e s i l a n e t h e r e f o r e ，d i s p e r s i b i l i t y a n d c o m p a t i b i l i t yo fm a g n e t i cp o w d e rw i t hb i n d e r sa r ei m p r o v e d a sar e s u l t , t h ef l o w a b i l i t yo ff e e d s t o c k , m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，c o m p r e s s i v es t r e n g t h , c o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fb o n d e dm a g n e ta r ee n h a n c e d ，a n dt h ee f f e c ti s b e s tw h e np o w d e ra d h e r ew i t hs i l a n ei nm o n o l a y e r p a r t i c l es i z eo fn d f e bp o w d e rh a sag r e a te f f e c to nt h ea l i g n m e n t - i v - 中南大学博士学位论文 d e g r e e ，r e m a n e n c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t ya n dm a ) ( i m 啪e n e r g yp r o d u c to f i mb o n d e dm a g n e ta sw e l la si t sd e n s i t ya n dh e a tr e s i s t a n c e 1 1 l eo p t i m a l p a r t i c l es i z eo ft h em a g n e t i cp o w d e rw i t hb e t t e rp r o p e r t i e si si nt h er a n g e o f8 0l am - l0 0l am a p p r o p r i a t ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nc a l lr e d u c et h e a p p a r e n tv i s c o s i t yo ft h ef e e d s t o c ka n di n c r e a s ei t st a pd e n s i t y , p o w d e r v o l u m ef r a c t i o na n df l o w a b i l i t y t h eb e s tp a r t i c l es i z e sd i s t r i b u t i o nw a s o b t a i n e d w h i c hi sc o m p o s e do f 8 m a s s 1 0 1 5 0um p o w d e r , 5 8 m a s s 7 5 10 6um p o w d e r , 2 5 m a s s 4 5 7 5 1 1m p o w d e r , a n d9 m a s s 4 5 l am p o w d e r a na d v a n c e di n j e c t i o nm a c h i n ew a sd e v e l o p e d ，w h i c hh a sa p o w e r f u lm a g n e t i ca l i g n m e n td e v i c e h o l l o wc o p p e rw i r ew a sa d a p t e d i n s t e a do ff l a tw i r et of o r mm u l t i - u n i t sc o i l t h e r e f o r e ，t h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r eo ft h ee l e c t r o m a g n e t i cc o i li sa v o i d e d ，a n dm a g n e t i cf i e l d b e c o m e ss t a b l ea n di t si n t e n s i t yi sa l s oi m p r o v e d m o r e o v e r , c o m b i n i n g t h et w om a g n e t i cy o k e si nt h ec o i l sw i t hc e n t r a ly o k ei nd i e ，t r a n s i t i o n b e t w e e na x i a la l i g n m e n ta n dr a d i a la l i g n m e n tc a r lb er e a l i z e de a s i l y , s o t h a tt h ea p p l i a n c er a n g ei sb r o a d e n e d t h r o u g hi n v e s t i g a t i n gt h ei n f l u e n c eo fm i x i n g ，i n j e c t i o n a n d a l i g n m e n tm a g n e t i cf i e l dp r o c e s so nt h ep r o p e r t i e so fn d - f e - bb o n d e d m a g n e t ，t h eo p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r sa r eo b t a i n e da sf o l l o w ：i n j e c t i o n t e m p e r a t u r e2 8 0 。c ，d i et e m p e r a t u r e9 0 。c ，i n j e c t i o np r e s s u r e7 0 - - 1 2 0 m p a , i n j e c t i o nv e l o c i t y6 0 - 8 0 ，a l i g n m e n tc u r r e n t7 5 a a n da l i g m n e n tt i m e 4 s b a s e do nt h ec o m p a t i b l et h e o r ya n da c t i n gm e c h a n i s mo fa d d i t i o n a g e n t s ，p - t o l u e n es u l f o n a m i d e ，c o m p o u n do f5 0 m a s s o c t a d e c a n a m i d e a n d5 0 m a s s m e t h y lp o l y s i l o x a n ef l u i d , c o m p o u n do f3 0 m a s s 1 0 1 0 a n d3 0 m a s s d l t pa n d4 0 m a s s m d l 0 2 4 ，a n dm o s 2 w a sa d a p t e da s p l a s t i c i z e r , l u b r i c a n t ，a n t i o x i d a n t ，n u c l e a t o r f o r p o l y a m i d e r e s i n r e s p e c t i v e l y w h e nt h e i rd o s a g e si np a l 2r e s i na r e8 m a s s ，10 m a s s ， 4 m a s s ，o 4 m a s s r e s p e c t i v e l y , t h eb i n d e ri so fl o w e rv i s c o s i t y , b e t t e r f l o w a b i l i t y , a n dh i g hm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h e b i n d e ri sm o r es e n s i t i v e t ot e m p e r a t u r et h a ns h e a rr a t e a n di t sf l u i de x p o n e n ta n da c t i v a t i o n e n e r g ya r eo 6 4a n d6 9k j t o o lr e s p e c t i v e l y a t2 8 0 ca n ds h e a rr a t e 1 6 1 9 s t h e i n j e c t i o nm o l d i n gn d - f e b b o n d e dm a g n e tw i t h1 1 i g h - v - 中南大学博士学位论文 p e r f o r m a n c ew h i c hr e a c hi n t e r n a t i o n a la d v a n c e dl e v e lw a so b t a i n e dw i t h t h ep o w d e rv o l u m ef r a c t i o no f6 5 v 0 1 i t sr e m a n e n c eb r i n t r i n s i c c o e r c i v i t y 战，t h em a x i m u me n e r g yp r o d u c t ( b h ) a n dc o m p r e s s i v e s t r e n g t hob ba r e8 7 8 m t , 1 2 1 2 3 k a m ，1 2 8 k j m 5 ，7 3 m p ar e s p e c t i v e l y i n f l u e n c eo f a g i n gt e m p e r a t u r e ( t ) ，h e i g h td i a m e t e rr a t i o ( h d ) ， i n t r i n s i cc o e r c i v i t y ( h 日) a n dp o w d e rv o l u m ef r a c t i o n ( 中) o ni r r e v e r s i b l e m a g n e t i cf l u xl o s so ft h eb o n d e dm a g n e t ( h i 盯) w a si n v e s t i g a t e d i no r d e r t op r e s e n tt h e i r r e l a t i o n s h i p ，am a t h e m a t i c a lm o d e li s e s t a b l i s h e db y r e g r e s s i o n m e t h o d ， w h i c hi ss h o w n i nt h e e q u a t i o n a s h i r r = - 1 2 5 4 - 0 0 3 5 h d - 0 0 0 8 8 d - 0 0 1 7 i - l j + 0 4 t + 0 0 7 2 t h eb o n d e dm a g n e tc o m p o s e do ft h ec o a r s en d - f e bp o w d e rw i t h h i g hm a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dt h ef i n e f e r r i t eo rn d - f e - np o w d e rw i m l o wm a g n e t i cp r o p e r t i e se x h i b i t sg o o dp r o p e r t i e sa n dp r o d u c ec o m p l e x e f f e c t sc a u s e db yt h em a g n e t i cd i p o l ef i e l do fa n i s o t r o p i cp o w d e r i nt h e c o u r s eo fn d - f e - b f e 3 0 4m a g n e tw i t hf e 3 0 4o fl e s s7 0 m a s s ，t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e sa r em o r et h a nt h ea v e r a g ea n dr e a c ht h em a x i m u m w h e nt w ok i n do fp o w d e rh a v ee q u a lv o l u m ef r a c t i o n h o w e v e r , w h e n f e 3 0 4f r a c t i o nm o r et h a n7 0 ，i t sm a g n e t i cp r o p e r t i e si sl e s st h a n a v e r a g e 。f o rs d - f e b n d - f e - nb o n d e dm a g n e t ，t h ec o m p l e xe f f e c td o n t d e p e n d s o nt h ev o l u m ef r a c t i o no fn d - f e - np o w d e r i t si n t r i n s i c c o e r c i v i t yi sa l w a y sl e s st h a nt h ea v e r a g e ，m e a n w h i l ei t sr e m a n e n c ei s m o r et h a na v e r a g e i no r d e rt od e c r e a s et h eo x i d a t i o no fn d - f e bm a g n e t i cp o w d e r ，a n e wt y p eo ft h e r m o p l a s t i c - t h e r m o s e t t i n gb i n d e rw a sd e v e l o p e d ，w h i c h c a nb ei n j e c t e da t t e m p e r a t u r e ll5 t h i sb i n d e ri s c o m p o s e do f 7 4 m a s s e p , 6 m a s s d i c ya n d2 0 m a s s p a l 2 - 6 t h eb i n d e re x h i b i t t h e r m o p l a s t i cb e h a v i o rd u r i n gi n j e c t i o n ，a n di t sc o m p a c tc a nb ee a s i l yt o b er e m o v e df r o mt h ed i ea n dc a np r o d u c ea u t o m a t i c a l l y i na d d i t i o n ，i t e x h i b i t sh i i g hs t r e n g t hd u et oc u r i n go f t h e r m o s e t t i n gr e s i n t h ea c t i v a t i o n e n e r g ya n df l u i de x p o n e n to ff e e d s t o c ka tp o w d e rv o l u m ef r a c t i o no f 6 0 v 0 1 a r e3 4 3 k j m o lf o r1 6 1 9 s a n d0 4 4a t1 3 5 t h eo p t i m a lc u r e d p r o c e s so fi t sb o n d e dm a g n e ta r ea sf o l l o w s ：c u r e dt e m p e r a t u r e1 9 0 ， n i t r o g e na t m o s p h e r e ，a n dc u r i n gt i m e1 2 0m i n t h eb e s tp r o p e r t i e so f m a g n e ta r e 田。8 4 5 k j m 3 ，b r7 3 0 m t 、战9 4 9 k a m 、ob b l 0 5 m p a - v i - 中南大学博士学位论文 w h e n c o m p a r e dw i t hp a l 2 - b a s e dm a g n e tw i t hs a m ev o l u m ef r a c t i o n ，i t s m a g n e t i cp r o p e r t i e sa r ea l m o s tt h es a m e ，b u tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a r eb e r e r e v e na t1 8 0 i t sc o m p r e s s i v es 仃e n g t hc a nm a i n t a i n6 5 m p a , s oi tc a nb ea p p l i e di nt h em a n u f a c t u r eo fh i g ht e m p e r a t u r eb o n d e d m a g n e t b ya d d i n gp a 6 6i n t op p st of o r m8 0 p p s 2 0 p a 6 6b l e n d s ，t h e r ew a s n ou n f a v o r a b l ee f f e c t ，m o r e o v e ri t sf l o w a b i l i t ya n di m p a c ts t r e n g t ha r e i m p r o v e dr e m a r k a b l y b yr e p l a c i n gp p sb y8 0 p p s 2 0 p a 6 6b l e n d sa st h e b i n d e r , h i g ht e m p e r a t u r en d f e bb o n d e dm a g n e tp r o d u c e db yi n j e c t i o n m o l d i n ge x h i b i t sb e t t e rm a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dh i g h e rp o w d e rv o l u m e f r a c t i o n k e yw o r d si n j e c t i o nm o l d i n g ，b o n d e dm a g n e t ，b i n d e r , n d f e - b ， a n i s o t r o p y v 1 i - 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：l 基塑堡日期：量坚l 年上月丛日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：礁超垒导师签名日期：二型二年月盟日 博士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 永磁材料发展概述 1 ，1 1 永磁材料发展历程1 1 - 4 1 在当代社会和经济发展中，信息科学和技术起到了关键作用。信息技术中 所应用的基础材料主要有两类：半导体材料和磁性材料。其中磁性材料根据其 矫顽力高低又可分为三类：软磁材料( 矫顽力 1 0 0 0 0 a m ) 。永磁材料是指经过外加磁 场磁化后，虽去掉外磁场。但仍能保持较高剩磁的磁性材料。它是一种十分重 要的磁功能材料，不仅在以通讯、计算机、控制技术为代表的信息电子产业中 发挥着重要作用，而且还广泛应用于仪表、能源、交通、机电等领域。 按磁体成分划分，永磁材料的发展主要经历了以下几个阶段，即：磁钢、 a 1 n i c o 系、铁氧体永磁、s m c o 系稀土永磁、n d f e _ b 系稀土永磁等，但其磁 性能大幅度增长也仅仅发生在近三十年，如图1 - 1 所示。 图1 - 12 0 世纪永磁材料磁能积的发展 目前除了对磁体温度稳定性要求很高的某些仪表中还使用铝镍钴磁体外， 常用的永磁材料还是铁氧体及稀土永磁体。其中发展于三十年代的铁氧体永磁 尽管磁性能低，但由于价格低廉、原材料来源广泛、化学及热稳定性好，现依 然应用广泛，占据永磁市场几乎一半的份额；而以n d f e b 为代表的第三代稀 土永磁材料则以其优异的磁性能和高性价比一经问世就成为广大学者的研究热 点，并飞速发展，短短二十年间即已发展成为与铁氧体永磁产值相当。特别是 一警叠一lz积 博士学位论文 第一章文献综述 随着粘结n d - f e b 磁体的发展，许多应用领域中铁氧体永磁正不断地被粘结 n d - f e - b 永磁所取代。图1 1 2 列出铁氧体、铝镍钴、钐钴及钕铁硼四种永磁的产 值在近几十年的变化及未来几年的发展趋势。 图l - 21 9 8 5 年一2 0 1 0 年间全球各类商品磁体产值( x1 0 8 $ ) 的变化 1 1 2 几类重要稀土永磁材料及其研究现状 稀永磁是以稀士金属间化合物为基体的材料，人们关于新型磁性稀土金 属间化合物的探讨从s m c 0 5 发明以来就一直没有停止过，并发现了多种类型的 永磁材料，但多以铁基稀土永磁为主，因为它具有资源优势和更高的磁性能， 是稀土永磁发展的方向。 i s i n - c o 系稀土永磁：包括1 ：5 系( 第一代稀土永磁) 和2 ：1 7 系( 第二 代稀土永磁) s m c o 永磁，其矫顽力机制可用形核场理论【5 】和畴壁钉扎理论【6 】 分别进行很好的解释。s m 2 c o l 7 永磁的居里温度和饱和磁化强度均高于s m c 0 5 ， 目前的研究主要是涉及到在合金中添加c u 、f e 及z r 等合金元素，以提高2 ：1 7 系s m - c o 稀土永磁的高温磁性能及温度稳定性【7 叫。尽管s m c o 系稀土永磁材 料磁性能十分优异，但含有储量稀少的稀土金属元素s m 和稀缺昂贵的战略金属 c o ，价格比较昂贵，这使它的发展及应用受到了很大限制，目前主要用于航空 航天及军事工业。 2 r - f e b 系稀土永磁( 第三代稀土永磁) ：其矫顽力机理可以用形核场理 论和畴壁钉扎理论来进行解释。1 9 8 3 年，m s a g a w a 1 0 1 、c r o a t 【1 1 】及m c k o o n l l 2 】 等同时报导了n d f e 。b 基新型稀土永磁材料，其合金成分约为n d l 5 f e 7 7 8 8 。而且 s a g a w a 采用粉末冶金方法制得了最大磁能积为2 8 8k j m 3 的高矫顽力烧结 n d - f e b 磁体，它主要由主相、次要富硼相及富钕相等组成，从而宣告第三代稀 博士学位论文第一章文献综述 土永磁材料的诞生。随后的实验【1 3 , 1 4 确定了其主相为n d 2 f e l 4 1 3 ，系四方晶格， 空间群为p 4 f f m n m ，其结构如图1 3 所示。其单胞由6 8 个原子构成，每个晶胞 含4 个n d 2 f e l 4 b 分子。结构中存在两个不同的n d 晶位f 和g ，六个不同的f e 晶位e 、c 、j l 、j 2 、k t 、k s ，b 原子占据g 晶位，其中e 、c 、j l 、k 卜k 2 晶位的f e 原子构成。层，j 2 晶位的f e 原子和f 、g 晶位的n d 原子夹在。层之间。整个晶 体结构可以描绘为：富n d 和b 原子层和富f e 原子层交替堆垛的层状结构。 哪t f t 。b 日4 卜呦i 。4 9 。n d 2 o 4 t f e l 4 t f a 2 。8 j i f e 3 啦一h 4 1 6 k i 。f e 5 1 6 1 ( 2 。f 坫 4 9 b 图i - 3n d z f e l 4 b 化台物晶体单胞结构空问囤 n d - f e - b 系永磁的出现具有重要意义，因为尽管其热稳定性不高，抗蚀性也 较差，但其原料较其它稀土永磁材料相对丰富和廉价，而且具有高饱和磁极化 强度、高室温各向异性场及高最大磁能积( 理论值高达5 1 2 k j m 3 ) 。自其问世以 后各国学者就不断地优化合金化学成分，改进制备工艺技术与设备，使其磁学 性能不断得至0 提高，现今最高性能n d f e b 磁体的最大磁能积己高达4 6 0k j m 3 ， 这一数值己达到了其理论值的9 0 【”】。 3 s m f e - n 系稀土永磁：在4 5 0 - - - 5 5 0 下将氮引入到s m 2 f e l 7 化合物的晶 格中而形成三元s m 2 f e l 4 n x 间隙金属间化合物【。它为t h ：z n l 7 型菱方结构，具 有与n d 2 f e l 4 b 相当的内禀磁特性和更高的各向异性场及居里温度。但由于在高 于6 0 0 时，s m z f e l 4 n x 就会分解成s m n 和- f e ，从而失去磁性【17 1 8 】，故而它 只能做成粘结s m 2 f e l 洲；永磁体，而不能做成磁性能更高的烧结永磁体，这限制 了它的应用。通过几年的研究，日本住友金属矿业公司现己能稳定提供b r l 3 5 t 、 h 0 8 5 0 k a m 及( b h ) 。2 9 2 1 0 m 3 的s m f e - n 磁粉l l 。模压成形和注射成形粘结 s m - f e - n 的最大磁能积( b h ) m 。分别可达1 8 6k j m 3 【2 0 1 、1 0 3k j m 3 1 2 ”。通过对磁 体矫顽力机理研究，发现它以形核机制控制为主，但当粉末粒度减少时也兼有 单畴颗粒机制叫。 4 n d f e n 系稀土永磁：其矫顽力机理为形核控制机制 2 3 】。这是由我国杨 应昌教授伫4 1 通过将氮原子引入到t h m n l 2 结构r - f e 化合物中而首先发现的，并 博士学位论文 第一章文献综述 在多个国家取得了专利，开辟了间隙型含氮稀土铁基化合物研究的另一大领域。 其中n d 3 ( f e ，v ) 2 9 n 4 、n d f e l l m o n 等几种化合物的内禀磁性与n d 2 f e l 4 b 相近，有 较好的发展前景，但现在距离产业化还有一定的距离。 5 双相纳米晶复合永磁 2 5 2 7 】：这是新发展起来的一类磁体，理论计算估计， 其( b h k 。最高可达到9 6 0 k j m 3 。它主要是由具有高饱和磁极化强度的软磁性相 与高内禀磁性能的硬磁性相在纳米范围内复合组成的永磁材料。两相高度弥散 地均匀分布，并在晶