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Nd-Fe-B基纳米复合永磁材料的制备及矫顽力的探索

作　者: 李柱柏
导　师: 刘新才
学　校: 宁波大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳米复合磁体 快淬 高能球磨 热压 热力学特性 矫顽力 交换耦合作用
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文采用熔体快淬、高能球磨、热压的方法制备出纳米复合磁体(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6/FeCo,研究了磁体软磁相质量百分比、晶粒尺寸与磁性能的关系,对晶化相变过程的热力学性质、反磁化过程的形核、自钉扎作用以及弱交换耦合作用进行了分析讨论。高能球磨使粉末颗粒细化和均匀化,同时增加系统的能量,在晶化过程中提高了晶化的形核率,热压也具有提高晶化形核率的作用并抑制原子的长程扩散,这两者使晶粒更为细小,晶粒尺寸分布更为集中。虽然高能球磨热压纳米晶(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6单相磁体晶粒之间的交换耦合作用较强,一定程度地使磁体矫顽力下降,但磁体晶粒尺寸分布集中,晶粒界面相对较多,磁体仍能保持高的矫顽力,达到1631kA/m,与未经过高能球磨热压的(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6磁体的矫顽力1616kA/m相当。随着(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6/FeCo复合磁体中FeCo质量百分比的增加,磁体饱和磁化强度提高,矫顽力下降。通过讨论分析,在(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6/FeCo纳米复合磁体中软磁相质量百分比小于20%时,反磁化过程中自钉扎作用较为突出,复合磁体矫顽力高,在FeCo的质量百分比为10%和20%时,(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6/FeCo复合磁体的矫顽力分别达到1357kA/m和801kA/m;当软磁相质量百分比较大于30%时,磁偶极作用比较突出,反磁化过程以在软磁相晶粒内形核机制为主,复合磁体矫顽力低,当FeCo质量百分比为40%时,复合磁体的矫顽力仅为(Nd10.5Pr2.5)Fe80Nb1B6单相磁体的9.1%。复合磁体软磁相α-Fe的晶粒尺寸偏大,在40nm70nm之间,比硬磁相Nd2Fe14B的晶粒尺寸大,这是由于Nd2Fe14B和α-Fe在从非晶向纳米晶相变过程中热力学特性的差异决定的,α-Fe先于Nd2Fe14B形核晶化,导致α-Fe晶粒生长时间长,晶粒尺寸比较大,这也是复合磁体矫顽力低的一个主要原因。Nd-Fe-B基纳米复合磁体的软、硬磁相晶粒界面附近存在的缺陷会减弱晶粒之间的交换耦合作用,从而造成复合磁体矫顽力下降。为从根本上提高纳米复合磁体的磁性能,应探索新的方法以减弱Nd2Fe14B和α-Fe在相变过程中热力学特性差异对复合磁体晶粒尺寸的影响,将软磁相α-Fe的晶粒尺寸控制在小于硬磁相晶粒尺寸的范围内,同时减少晶粒之间界面中原子空位等缺陷。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 绪论  10-25
  1.1 永磁材料概述  10-12
    1.1.1 永磁材料的特性与发展  10-11
    1.1.2 纳米双相复合永磁材料  11-12
  1.2 制备Nd-Fe-B 基纳米双相复合永磁材料的主要方法和途径  12-16
    1.2.1 制备Nd-Fe-B 基纳米双相复合永磁材料的前提条件  12-13
    1.2.2 熔体快淬法  13
    1.2.3 高能球磨法  13-14
    1.2.4 非晶退火晶化法  14-15
    1.2.5 粉末的致密化  15-16
  1.3 Nd-Fe-B 基纳米双相复合永磁材料低磁性的原因分析  16-17
  1.4 交换耦合作用对纳米复合永磁材料矫顽力的影响  17-23
    1.4.1 交换耦合作用对纳米晶单相磁性材料矫顽力的影响  17-18
    1.4.2 交换耦合作用对纳米复合磁体有效各向异性和矫顽力的影响  18-20
    1.4.3 纳米复合永磁材料硬磁相晶粒之间的耦合作用  20-23
  1.5 超顺磁性  23
  1.6 本文研究的目的和意义  23-25
2 实验方法  25-29
  2.1 实验流程图  25
  2.2 实验步骤  25-27
  2.3 X 射线衍射分析  27
  2.4 扫描电子显微镜(SEM)  27-28
  2.5 磁性能测量  28-29
3 (Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6 单相纳米晶磁体的制备和磁性能  29-35
  3.1 (Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6单相纳米晶磁体的矫顽力  29-30
  3.2 高能球磨热压单相纳米晶(Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6磁体的晶粒尺寸  30-31
  3.3 高能球磨工艺对磁体晶粒尺寸的影响  31-32
  3.4 热压工艺对磁体晶粒尺寸的影响  32-33
  3.5 (Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6单相纳米晶磁体反磁化过程与矫顽力  33-34
  3.6 小结  34-35
4 (Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6/FeCo 纳米复合磁体的磁性能及矫顽力分析  35-55
  4.1 (Nd_(10.5)Pr_(2.5))Fe_(80)Nb_1B_6/FeCo 纳米复合磁体的磁性能  35-37
  4.2 (Nd_(10.5)Pr_(2.5)) Fe_(80)Nb_1B_6/FeCo 纳米复合磁体反磁化过程分析  37-49
    4.2.1 软磁相质量百分比对反磁化过程的影响  37-41
    4.2.2 软磁相晶粒尺寸以及对反磁化过程的影响  41-46
    4.2.3 球磨时间对反磁化过程的影响  46-49
  4.3 复合磁体弱交换耦合作用与矫顽力的研究  49-53
  4.4 小结  53-55
5 结论  55-56
参考文献  56-61
在学研究成果  61-62
致谢  62

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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