纳米晶稀土永磁材料

2017-07-16 13:46:37 cjx 6
 纳米晶稀土永磁材料是一种新型的永磁体,具有高剩磁、高磁能积和相对高的矫顽力以及低的稀土含量和较好的化学稳定性,是一种有广泛应用前景的廉价稀土永磁材料。

       纳米晶稀土永磁与传统永磁不同,随着晶粒尺寸的减小,比表面积增大,晶间交换耦合作用显著增强,在传统永磁中可以合理忽略的晶间交换耦合作用,在纳米晶稀土永磁中则显得十分重要。近年来,纳米晶复合永磁体因其具有极高的理论磁能积而越来越受到人们关注。它是由软磁相和硬磁相在纳米尺度内复合组成的永磁材料,通过矫顽力低的软磁相与矫顽力高的硬磁相之间的交换相互作用而实现磁耦合,获得较高的磁性能。

       纳米复合磁体由荷兰人Coehoorn在1988年通过熔体快淬法先制成Nd4Fe77.5B18.5非晶薄带,再在670℃晶化处理后得到的各向同性合金,有很强的剩磁增强效应。结构分析发现,该合金粉末由10~30nm的硬磁相Nd2Fe14B和软磁相Fe3B组成,由此认为,纳米复合永磁材料剩磁增强效应是由硬磁和软磁相晶粒问的交换耦合作用引起的。1993年Skomski和Coey等人指出:取向排列的纳米复合磁体的理论磁能积可达到1MJ/m3,它要比目前磁性能最好的烧结Nd-Fe-B磁体的磁能积高一倍,而目前所报道的纳米复合磁体磁能积最大值仅为185kJ/m,还远远低于理论值。尽管这种磁体的剩磁有了很大提高,但是矫顽力的下降较多,因此导致磁能积不高。正是由于实际值与理论值相差甚远,引起了国内外学者对其进行了广泛深人的研究,使得纳米晶复合永磁材料的磁性能,尤其是矫顽力的研究成为目前磁性材料研究领域的热门课题。

       目前,生产纳米晶稀土系磁粉的制备工艺主要有:熔体快淬法、机械合金化法、氢化一歧化一脱氢一再结合法(HDDR)。然后可以通过烧结、粘结、热压等方法制成磁体。其中熔体快淬法已广泛应用于工业生产,是制备R2Fe14B/α-Fe系列纳米晶复合永磁材料使用得比较多,也是研究比较深人的一种工艺方法。而机械合金化法和HDDR法还处在实验室研究阶段。

       在纳米晶稀土永磁材料中,剩磁、矫顽力随晶粒尺寸变化的关系由以下两个因素决定:(1)磁的非均匀性取决于硬磁相(晶粒)之间的短程交换作用,而这种非均匀性有利于反磁化畴的形核;(2)软、硬磁相之间的交换作用抑制了软磁相中反磁化畴的形核及长大,软磁相中的反磁化畴的形核场随着晶粒尺寸的增加而下降。软磁相中反磁化畴的形核可引起邻近硬磁相中的磁化强度反转,这种作用取决于两相的分布、晶粒形状、易磁化轴的方向等因素。纳米双相永磁材料晶粒交换耦合作用是靠两个相邻晶粒相接触时,在界面处不同取向的磁矩产生交换耦合相互作用,使界面处的磁矩取向从一个晶粒的易磁化方向连续的改变为另一个晶粒的易磁化方向,混乱取向的晶粒磁矩趋于平行排列,从而导致磁矩沿外磁场方向的分量增加,获得剩磁增强效应。晶粒的交换耦合作用是短程的。一般与晶粒畴壁厚度相当,约为纳米数量级,因此,交换耦合作用的大小与组成两相的晶粒尺寸密切相关,随着晶粒尺寸的减小,晶粒间的交换耦合相互作用对材料磁性能的影响越来越大。

       今后,纳米磁性材料的开发应用将会集中在以下几个方面:(1)纳米晶双相稀土永磁合金在电力电子器件系统的应用;(2)利用复合法制备的复合磁性薄膜在超高频领域的应用;(3)由纳米晶软磁材料粉末与橡胶等混合制成的磁屏蔽和微波吸收材料在电波吸收方面的应用。21世纪,磁性材料将向着薄膜化与纳米磁性材料方向发展,只有进一步提高材料的性能,才能满足当代信息技术发展的需求。我国具有丰富的稀土资源,为把资源优势转化为经济优势,稀土永磁材料的开发利用具有重要意义。
 
  总论:
 
  21世纪,磁性材料将向着薄膜化与纳米磁性材料方向发展,只有进一步提高材料的性能,才能满足当代信息技术发展的需求。近年来,随着国内外对稀土永磁材料研究的不断深入,纳米晶稀土永磁材料因为其巨大的发展潜力而越来越受到人们的重视,并且发展迅速,已经开发出各种各样的磁性器件,广泛应用于电力电子、信息、通讯、汽车等领域,并取得令人满意的经济效益。我国作为具有丰富稀土资源的大国,应充分利用现有资源,积极开展对高性能稀土永磁材料的研究。
 


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