纳米单相NdFeB永磁材料的有效各向异性和矫顽力

研究了纳米Nd₂Fe₁₄B永磁材料中晶粒交换耦合相互作用对磁体有效各向异性的影响和变化规律. 结果表明, 晶粒间交换耦合相互作用使材料的有效各向异性常数K_eff随晶粒尺寸的减小而逐渐下降, K_eff随晶粒尺寸的变化与矫顽力的变化规律相似. 纳米单相永磁材料有效各向异性的减小是矫顽力降低的主要原因. 为保证纳米NdFeB永磁材料具有需要的各向异性和矫顽力, 晶粒尺寸应不小于35 nm.     

新型永磁材料的研究

本文综述了我们对强各向异性永磁材料的研究结果．通过对各向异性稀土．铁氮永磁材料的结构和磁性的关系研究,利用速凝等技术实现对反磁化形核场的控制,获得了单晶颗粒型稀土铁氮化物,进而实现了高矫顽力和高磁能积．开发的稀土铁氮磁粉最大磁能积达到40MGOe以上．发现了HDDRNd2Fel4B各向异性形成的关键机制在于歧化阶段形成的具有“耗散结构特征”的柱状歧化微结构,据此提出了可以稳定生产高性能各向异性Nd—Fe．B的HDDR工艺,成功制备了磁能积为27MGOe的三元Nd—Fe—B磁粉和41MGOe多元Nd—Fe．B磁粉．同时还发现可以通过调控其微观结构来实现提高HDDR磁粉的矫顽力．另外利用铁磁Mn基材料强磁各向异性的特点,在无稀土永磁材料方面开发了纳米结构且具有反常矫顽力温度系数的MnBi磁体．上述成果的取得为高性能各向异性稀土粘结磁体的产业化提供了可能．     

Ga添加对纳米晶双相永磁材料Pr2(FeCo)14B/α-FeCo的磁化行为及晶间交换耦合作用的影响

用熔旋快淬法制备了各向同性的纳米晶双相永磁薄带Pr9Fe74Co12B5与Pr9Fe74Co12B5Ga.通过测量样品的起始磁化曲线、小回线及回复曲线,分析了样品中的磁化行为及晶间交换耦合作用.结果表明两样品中矫顽力机理均为畴壁钉扎型.Ga添加后富集于晶界处,使样品中畴壁钉扎型的矫顽力机理更加均匀,且钉扎程度加强,同时Ga添加降低了软磁相-αFeCo的晶粒尺寸使样品中晶间交换耦合作用显著增强.     

界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜磁化反转过程的影响

运用微磁学方法,研究了界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜的磁化反转过程的影响,得到成核场的解析公式.研究发现,成核场随界面交换耦合常数的增大而增大.尤其当软磁相厚度很小时,界面交换耦合作用对成核场的影响比较明显.通过数值计算,得到了不同交换耦合常数下的磁矩分布,发现界面处的磁矩角度出现跳跃.并且钉扎场随着软磁相厚度和界面交换耦合常数的增加而减小.     

三维晶粒尺寸及分布对纳米永磁材料磁性能的影响

本文建立厚度为d的晶粒间界相均匀包围边长为D的三维立方体模型.假定晶粒间界相削弱了晶粒间的交换耦合相互作用.研究了晶粒尺寸及分布对纳米永磁材料有效各向异性及矫顽力的影响.结果表明：单个晶粒的平均各向异性随晶粒尺寸D的增大而增大.且材料的有效各向异性Keff和矫顽力Hc均随平均晶粒尺寸的增大而上升,而上升速率逐渐减慢.Keff和Hc随分布系数的增加而下降,且下降速率逐渐减慢.当Pc=0.7,=1.5,K1（0）=0.2Kh,d=2nm时,我们计算的矫顽力与实验数值符合地很好（Pc是无量纲因子,在0到1之间取值.Kh是晶粒内部正常的磁晶各向异性常数,K1（0）和d分别为晶粒间界相的各向异性常数和厚度）.     

富硼相及其在Nd-Fe-B合金中的行为

本文利用1000kV超高压电镜、穆斯堡尔谱仪、X射线衍射仪和磁测量仪等对Nd-Fe-B永磁合金中的富硼相进行了研究。结果表明:富硼相以1个孤立的相存在于Nd-Fe-B永磁合金中,它一般位于基体相Nd_2Fe_(14)B的三角晶界处,占据的体积份数为4.6％,富硼相中有高密度的缺陷存在,这些缺陷的方向垂直于(?)轴。 富硼相的化学式可以写为Nd_(1+ε)Fe_4B_4(s≈0.1),该化合物由2套亚结构,即Fe-B亚结构和Nd亚结构相互套穿而成。2个亚结构均具有四方对称,在四方基面上的晶格常数相同,但沿(?)方向却有不同的周期,所以富硼相可能为一维的成分变化型无公度结构。在室温下富硼相呈顺磁性,能够在磁体中钉扎畴壁而提高矫顽力,富硼相的显微结构和温度有关,由矫顽力对温度的依赖关系和电镜观察表明富硼相对畴壁的钉扎可能属于强钉扎。     

纳米硬磁相耦合永磁体的有效各向异性与矫顽力

通过建立球状晶粒模型，研究了纳米硬磁相晶粒之间的交换耦合相互作用对晶粒有效各向异性和矫顽力的影响，结果表明随着晶粒直径的减小，晶粒之间的交换耦合相互作用将随之增强，而材料的有效各向异性和矫顽力将逐渐下降。为了保证材料具有较高的各向异性和矫顽力，晶粒的直径应该大于20nm。同时，通过与实验数据的拟合，得到了矫顽力的最佳计算公式(H_c=0.32×2K_eff/J_s)。     

低温度系数Nd-Fe-B磁体及磁硬化机制的研究

研究了廉价高性能低温度系数铁基稀土永磁合金。以廉价的富Nd混合稀土MR作为研制该永磁合金所使用的稀土金属,以金属钴部分取代铁来改善铁基稀土永磁合金的温度稳定性,得到了较好的效果。研究了永磁体的相结构及其矫顽力机制,磁体晶粒形状各向异性也是产生高矫顽力的机制之一。     

NdFeB磁体的晶粒相互作用、矫顽力和δM(H)曲线

采用δM(H)曲线方法研究了烧结和快淬纳米双相NdFeB磁体的矫顽力与\r 晶粒微结构和相互作用的关系．随磁化场的增强,δM(H)由正值增加,达到峰值后\r 下降,然后变为负值．标志晶粒相互作用从以交换耦合作用为主转变为以静磁相互 作用为主,使δM(H)取正向峰值的磁场略小于磁体的矫顽力．烧结NdFeB磁体\r δM(H)曲线的正向峰值随取向磁场的增加而增大,且峰值位置左移,表明取向磁场 对磁体性能的影响类似于晶粒交换耦合作用．纳米双相NdFeB磁体δM(H)曲线的 正向峰值随晶粒尺寸的减小而增大,表明晶粒交换耦合相互作用随晶粒的减小而增\r 强;较强磁场下的δM(H)有较大的负值,表明具有高磁化强度的软磁性相对静磁相\r 互作用有较大的贡献．     

纳米磁性材料的交换耦合相互作用、有效各向异性和磁性能

介绍了纳米磁性材料中晶粒之间交换耦合相互作用的模型和理论,指出了早期理论与实验的差别及不足之处, 重点评述了关于纳米复合永磁材料相成分和晶粒微结构与有效各向异性及磁性能关系的理论改进.     

钐铁氮稀土永磁材料产业化进展

Sm2Fe17Nx稀土永磁材料由于具有优异的内禀赋磁性能,它的饱和磁化强度达1.54T,可与Nd-Fe-B的1.6T相媲美;居里温度为470℃（Nd-Fe-B为312℃）、各向异性场为14T（Nd-Fe-B为8T）均比Nd-Fe-B材料高,并且其耐腐蚀性、热稳定性、抗氧化性也更优于Nd-Fe-B永磁材料已经成为新一代的稀土永磁材料。但是,目前对其矫顽力机制、化学成分优化、渗氮工艺以及制备高性能磁体等方面的产业化研究还不透彻,还需要在优化磁粉加工工艺、开发新的粘结剂与成型方法上做大量工作。     

霍普金生效应和Nd2Fe14B／ α—Fe交换耦合磁体的磁硬化机制

有快淬法制备了Nd7Fe86.5B5.5Ti(30wt％α-Fe）纳米复合体薄带,研究了它在低场中的热磁性质,即霍谱金生效应（Hopkinson effect),引入了磁体内部的磁阻碍分布函数f(h(0))来表示微磁结构的分布,发现实际磁体中钉扎和成核模型共同支配着磁体的硬磁化,它们的相对比率随着晶粒尺寸而异,远小于或远大于晶体晶粒尺寸,钉扎模型均成主体,两种机制的合理平衡是得到最佳磁体性能的关键,同时也解释了交换耦合磁体矫顽力的温度稳定性高的原因。     

易轴取向对硬磁/软磁多层膜磁性能的影响

通过微磁学方法,系统计算了硬磁/软磁多层膜（Nd2Fe14B/-Fe多层膜）在晶轴和外场存在夹角情况下的磁矩空间分布、磁滞回线和磁能积.计算表明,在膜面内易轴的偏角对磁性多层膜的磁化反转过程以及剩磁和钉扎场的影响较大.与=0°的情况相比,偏角不为0°时,体系没有明显的成核点.只有在剩磁状态（H=0）时,磁性多层膜内部的磁矩才会出现一致的取向（≡）,随着外场的减小,软磁相内部磁矩快速偏转,并且通过界面处的交换耦合作用带动硬磁相内部磁矩的偏转.当软磁相厚度较小时,钉扎场随着的增大先减小后增大,在等于30o附近出现一个低谷;当软磁相厚度较大时,钉扎场随着的增大而单调增大.体系的剩磁和矫顽力随着的增加都呈现出减小的趋势,导致磁能积随的增加而急剧减小,这在一定程度上解释了材料最大磁能积的实验值和理论值之间的巨大差距.     

取向的纳米两相磁体成核场的精确计算

利用微磁学方法,精确计算了纳米晶两相复合磁系统的成核场,发现随着软磁相晶粒尺寸D的增加,成核场由硬磁相的各向异性场逐渐变为软磁相的各向异性场,同时随着软磁相尺寸变化时,会出现3个特征区:(Ⅰ)完全交换耦合区;(Ⅱ)部分交换耦合区;(Ⅲ)退耦合区.     

NdFeCoBZrGa合金各向异性磁粉的制备

HDDR(氢化-歧化-脱氢-再结合)工艺是一种用于生产各向异性Nd2Fe14B基磁粉的有效方法.主要研究了真空HDDR工艺(即合金在真空中以较快速率加热到820℃左右,然后在一定的氢气压力下吸氢歧化)及添加合金元素Ga对Nd13Fe64.4-yCo16B6.5Zr0.1Gay(y=0.1,0.3,0.5,1.0)合金磁性能的影响规律.结果表明,真空HDDR工艺的吸氢歧化阶段是促使材料产生磁各向异性的关键,脱氢阶段采用低真空高温制度是材料获得高各向异性的保证;合金元素Ga有助于细化主相晶粒,提高材料的综合磁性能,其最佳原子分数添加量为0.5%;成分为Nd13Fe63.9Co16B6.5Zr0.1...     

Nd_2Fe_(14)C/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5。在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒;合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织;在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能。使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释。结果表明,最佳热处理工艺为:700℃保温15min,其性能为:剩磁1.381Wb.m-2,矫顽力518.05kA.m-1,剩磁比0.74,最大磁能积137.75kJ.m-3。     

Nd2Fe14(BC)/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5. 在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒; 合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织; 在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能.使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释.结果表明,最佳热处理工艺为 700 ℃保温15 min, 其性能为 剩磁1.381 Wb*m-2, 矫顽力518.05 kA*m-1, 剩磁比0.74, 最大磁能积137.75 kJ*m-3.     

硬磁/软磁多层膜的成核场、磁滞回线、磁相图和临界厚度

本文通过微磁学方法,较为系统地研究了同组合的硬磁/软磁多层膜的磁矩分和磁滞回,并出了成核场以及成核场和钉扎场分离的软磁厚度（临界厚度）的解析公.研究发现,当软磁厚度Ls较小时,钉扎场与成核场一致,磁滞回为矩形,对应的磁为刚性磁体;随着Ls增大,钉扎场与成核场发生分离,磁滞回在第二开发生倾斜,磁由刚性磁体变为交换弹簧磁体;随着软磁厚度进一增大,硬磁和软磁的磁矩反转对独立,磁由交换弹簧磁体变为退耦合磁体.解析推导表明,临界厚度和硬磁的磁晶异性的平方成反比,这一点与Kneller的估算公一致.据临界厚度的解析公,我们计算了同材料的临界厚度,并与实验值和Kneller等人的估算值进行了比较,探讨了差别产生的原因.     

氧化层对硅片上生长Au膜微结构的影响

采用 X-射线衍射与扫描电镜观察相结合研究了中间氧化层对硅片上沉积 Au- As合金薄膜的微结构的影响 .结果表明 :氧化层一方面影响 Au- As合金膜的成核生长 ,使其晶粒细化和生长速率下降 ;另一方面 ,氧化层降低了 Au- Si界面扩散反应的程度 ,阻止新的 Si-Au合金相的生成 .     

[Ag／CoPt]n／Ag薄膜的结构和磁性

采用磁控溅射方法在玻璃基片上制备了[Ag／CoPt]n／Ag薄膜,并在600℃退火30min．结果表明,Ag掺杂厚度（x）对CoPt薄膜的结构和磁性影响很大．当Ag层厚度为0．5nm时,薄膜的垂直取向程度最高,其垂直矫顽力高达8．68×10^5A·m^-1而平行矫顽力仅为0．54×10^5A·m^-1．适当厚度的Ag不仅有利于薄膜的垂直取向,而且能降低晶粒间的交换耦合作用．