《稀土磁性材料》PPT课件.ppt

一 概述二 RE2Fe14B系合金的磁性能三 RE2Fe14B系合金的成分与性能四 RE2Fe14B化合物的磁矩和磁极化强度 2 6稀土钕铁硼永磁材料 一 概述 市场需求 Fe代Co 储量丰富的Nd取代资源稀少的Sm 企业 中科三环 宁波韵升 安泰科技 运城恒磁 成都银河特点 不但磁能积高 而且低能耗 低密度 机械强度高 广泛应用领域 电动机 电声器件 计算机 磁共振成像 磁选 磁分离 磁悬浮等 RE的亚晶格具有很强的磁晶各向异性 3d族元素具有很高的饱和Ms和高的Tc 二者的结合有望得到综合性很好的永磁合金 RE Co RE Fe REFe2 RE6Fe23 RE2Fe17 RE2Fe17的Tc过低而不能实现永磁体 因为RE Fe中Fe Fe原子之间的距离太近Fe的局域性较强 受周围近邻原子数和原子间距的影响较大 最终导致合金的Tc点低 发展思路 第三种元素 尤其是原子半径小的元素B C等 可成为RE Fe化合物的固溶元素 存在于晶格中 从而改变了Fe Fe的距离和Fe原子周围环境及近邻原子数 最终导致居里温度的提高和永磁性能的改善 室温下RECo5 RE2Co17 RE2Fe17和RE2Fe14B相饱和磁化强度 二 RE2Fe14B系合金的磁性能 NdFeB晶体结构是四方晶系 Ms 1 6TTc 312 HA 5840kA m BH m 512kJ m 当RE为Pr Nd和Sm时 化合物有最高的饱和磁化强度 其中Nd2Fe14B最高 为1 6T 其 BH m 512kJ m3 HA 5840kA m Tc 312 为了进一步提高Nd Fe B永磁材料的磁性能 在三元的基础上引入第四个元素 Nd Fe T B T Cr Mn Co Ni Al Nd Pr Ce Fe BMM Fe BNd Pr Ce Fe B Si Al Nd0 8Dy0 2 Fe0 86 xCo0 06B0 08Mx 5 5系合金 M Al Ga 这些元素的硬磁性相均有RE2Fe14B 三元NdFeB永磁材料的成分 三 RE2Fe14B系合金的成分与性能 Nd15Fe77B8 由于富Nd和富B都是非铁磁性的 随着富钕和富硼相数量的增加 合金的Ms和Br要降低 通过实验确定最佳的含量比 1 Nd含量对三元NdFeB磁性能的影响 当Nd的含量过高时 形成过多的富钕相或形成非磁性的Nd2O3 起到磁稀释导致Br降低 若Nd的含量过低 Nd 12 Br也急剧下降 这与烧结时合金的收缩量少 合金的密度过低以及有块状的 Fe相析出有关 Hc随Nd含量的增加而增加 当含量高于36 时开始下降 与晶粒长大有关 2 B含量对三元NdFeB磁性能的影响 B是促进NdFeB四方相形成的关键元素 B 5 时主要以Nd2Fe17形式存在 Hc和Br都很低 B 6 8 时得到最佳的Hc和Br 3 NdFeB的磁能积和成分的关系 4 Fe含量对NdFeB永性能的影响 小结 1 为获得高Hc的NdFeB 除B含量适当 6 0 6 5 外 可适当提高Nd的含量 可提高14 15 注意烧结温度 避免晶粒长大 2 为获得高的 BH m 应尽可能使B和Nd的含量向Nd2Fe14B四方相的成分靠近 尽可能提高合金的Fe含量 以RE2Fe14B化合物为基的永磁材料的磁极化强度Js是很重要的磁参量 它是该材料剩磁Br的极限值 也是决定该材料磁能积极限值或理论值 BH m Js2 4的磁学量 材料具有高的Js是材料获得高的Br和高 BH m的基础 材料的Js是由原子磁矩 J和分子磁矩M分子来决定的 四 RE2Fe14B化合物的磁矩和磁极化强度 根据稀土金属间化合物的自发磁化理论 当RE2Fe14B化合物中原子磁矩 J存在共线关系时 则它们的原子磁矩与分子磁矩有如下关系 对于轻稀土化合物对于重稀土化合物 原子磁矩 中子衍射方法测定 能带理论计算 M ssbauer谱实验技术测定其超精细场Hhf 也可用磁测量的方法 测出质量饱和磁化强度 s 再用下式计算分子磁矩式中M分子以 B为单位 A为相对分子质量 摩尔数 NA为阿伏加德罗常数 6 023 1023 它是气体的分子数与摩尔数之比 当RE2Fe14B化合物中RE为无磁短的稀土原子 如La Ce Lu和Y等 时 由此也可以求出化合物平均Fe原子磁矩 若已知分子磁矩M分子 可以求出饱和磁极化强度 式中 0 4 10 7H m 是真空磁导率 d是密度 1 RE2Fe14B化合物的原子磁矩 由不同研究者用中子衍射 M ssbauer谱和能带理论计算得到的RE2Fe14B化合物中不同晶位上的Fe原子磁矩和RE原子磁矩列于下表 不同格位的Fe原子磁矩是不同的 这与Fe原子所处的局域环境有关 不同R的化合物在同一晶位上的败原子磁矩也是不同的 相同的化合物和相同的晶位用不同的方法得到的入原子磁矩也是有所不同的 为便于比较 列出了用不同方法测定的不同RE化合物的Fe原子平均磁矩 它表明 Y La Ce和Lu是没有原子磁矩的 Y2Fe14B化合物的磁矩全部由Fe亚点阵贡献 用磁测定方法得到Y2Fe14B的平均原子磁矩为2 11 B 在Gd2Fe14B化合物中 Gd中的4f有7个电子 轨道磁矩已相互抵消 仅有自旋磁矩对Gd原子磁矩有贡献 用磁测法得到Gd2Fe14B中平均铁原子磁矩为2 27 B 这些数值比用中子衍射法得到的偏低 其原因是在R2Fe14B化合物中存在4s电子极化现象 4s电子的极化将产生负磁矩 例如在Nd2Fe14B和Y2Fe14B化合物中存在极化现象 4s电子的极化产生的磁矩分别为M4s 一0 28 B和 0 21 B 这些数值与在纯铁中的4s电子负极化效应M4s 0 25 B相当 将4s电子负极化效应引起的负磁矩M4s 0 25 B考虑进去 那么用磁测量方法和M ssbauer谱技术测量得到的平均铁原子磁矩是正确的 在RE2Fe14B化合物中 若RE原子有磁矩 则Fe原子磁矩比RE没有磁矩的多8 6 Ho 到12 5 Pr 原因是磁性RE原子与无磁性RE原子相比 某些晶位的Fe原子局域环境不同 例如Fe2 4c 原子全部是以磁性RE原子作为最近邻的话 由于4f 3d交换能作用引起3d能带展宽 造成正能带的3d电子数有所提高 因而Fe2 4c 晶位上的Fe原子磁矩提高 见表4 13 2 RE2Fe14B元素取代对磁矩的影响 在4 2K Y2Fe14 xTxB化合物分子磁矩与取代元素及其含量的关系如下图 图中实线分别是Al和Ni按简单的稀释模型计算的结果 其他未实验结果 Y2Fe14 xTCoxB的分子磁短随x的变化很小 在x 4 5时 出现最大值 即在Co原子分数为28 一35 处 M分子有最大值 这与在FeCo合金中的结果相似 已知Ni原子磁矩为Al Cu和Si原子是没有磁矩的 这些元素对分子磁矩的影响 可用简单的稀释模型来描述 即有 实验结果表明 当T Si或Al时 其磁化强度的降低比简单稀释模型降低得更快些 这种现象与这些元素取代后 改变了某些晶位Fe原子的局域环境有关 减弱了某些晶位Fe原子与相邻原子的交换作用强度 使铁3d能带展宽程度减弱 因而使铁的正3d能带的电子数减少 当Fe原子被Si Ru取代时 其分子磁矩或平均Fe原子磁矩降低 当Fe被Co取代时 在x 1 5处 观察到分子磁矩存在极大值 3 RE2Fe14B化合物磁极化强度与温度的关系 列出了不同研究者获得的RE2Fe14B化合物在室温的饱和磁极化强度和在4 2K时的分子磁矩 RE原子磁矩和化合物的Js 可见Y La Ce和Lu四个稀土元素的原子磁矩为零 这四个元素的R2Fe14B化合物的Js和M分子