纳米晶复合永磁材料（二）

纳米晶复合永磁材料（二）周寿增，张茂才（北京科技大学１０００８８）３．２二维和三维各向同性纳米晶复合永磁体模型［８］Ｓｃｈｒｅｆｌ，Ｆｉｓｃｈｅｒ，Ｆｌｄｌｅｒ和Ｋｒｏｎｍｕｌｌｅｒ等人［８］用有限单元法和微磁学分析并计算了稀土基化合物与αＦｅ纳米晶...     

纳米晶复合永磁材料（一）

纳米晶复合交换耦合永磁材料是近几年来发展起来的一类新型永磁材料。这类永磁材料磁能积的理论值可达１０＾６Ｊ／ｍ＾３，称为“兆焦耳磁体”。它是当前永磁材料的发展方向。本文综述了这类永磁材料的发展背景：主要特重：理论模型，包括一维模型、二维、三维非取向模型和三维取向模型；概述这类永磁材料目前的研究现状和展望。     

纳米复合永磁材料的研究进展

纳米复合永磁材料兼具硬磁性相的高矫顽力和软磁性相的高饱和磁化强度,磁性能优异。本文综述了纳米复合永磁材料的磁性相晶粒间的交换耦合作用、矫顽力机制、微磁学模拟等理论方面的研究进展,同时论述了成分、添加元素、制备工艺对材料微观结构和磁性能的影响,着重介绍了最有应用价值的快淬法磁粉制备工艺。     

纳米晶复合永磁材料的交换耦合相互作用与有效各向异性

本文以纳米晶复合永磁材料为例，研究了晶粒之间交换耦合相互作用对双相纳米晶复合永磁材料有效中向异性的影响，并计算了一定条件下的有效各向异性常数，结果表明，在晶粒交换耦合相互作用下，瓣有效各向异性随软磁性相成分的增加而降低，随软，硬磁性相平均晶粒尺寸比值的增加而增加。     

快淬Pr基纳米晶复合永磁材料

综述了Pr基纳米晶复合磁体交换耦合作用机理及Pr，Nd元素在这类磁体中交换融合作用的特点，分析对比了添加元素的作用及制备工艺对这类磁体磁性能的影响。     

Sm-Co/α-Fe/Sm-Co三层膜磁反转过程的微磁学模拟

使用微磁学模拟软件OOMMF详细研究了软、硬磁层厚度对Sm-Co/α-Fe/Sm-Co磁性纳米三层膜体系磁反转过程的影响。结果显示,固定硬磁层厚度2.5nm,随着软磁层厚度的增大,体系由完全耦合的单相反转行为转变为软磁中心部分优先成核的两相反转行为。对于指定的硬磁层,只有软磁层达到一定厚度时,Sm-Co/α-Fe/Sm-Co磁性纳米三层膜才会体现出与Sm-Co单层膜不一样的磁反转过程和磁性能。     

纳米晶Sm-Co合金的矫顽力研究进展

纳米晶Sm-Co永磁合金具有独特的矫顽力特性.综述了高能球磨和快淬两种工艺制备的纳米晶Sm-Co永磁合金的矫顽力与工艺过程、添加元素和显微组织之间关系的研究以及对相关矫顽力机制进行的探讨.     

金属永磁材料的前沿问题

在回顾磁能积的发展过程与分析测定磁能积因素的基础上，扼要叙述了进一步提高磁能积的可能性与途径，在未来１０￣２０年内永磁材料仍然是活跃的材料领域，永磁材料将在下列两方面有进一步发展。（１）研究与发展新型永磁材料，其中纳米晶复合交换耦合永磁材料最为引人瞩目；（２）改进与提高现有永磁材料的性能。     

Ta取代对纳米复合NdFeB合金的影响机理研究

用熔体快淬法(meltspinning)制备了Nd9Fe86-xB5Tax(x=0,1,2,3)直接淬火纳米晶和部分非晶薄带,研究了过渡族元素Ta取代对纳米复合NdFeB/α-Fe合金组织和性能的影响。结果发现,对于直接淬火纳米晶合金,1%的Ta取代能提高材料的矫顽力和最大磁能积,Ta含量超过1%材料的综合磁性能反而降低。但是,Ta取代并没有起到细化晶粒的效果。为了解Ta取代的作用,研究了部分非晶合金的晶化行为。结果表明,Ta取代明显提高了Nd2Fe14B相的晶化温度,含Ta合金性能降低的主要原因可能是Ta推迟了硬磁相的晶化过程,导致了软磁相的过分长大。同理可解释部分非晶合金经热处理后磁性能远远低于优化的直接淬火纳米晶合金。     

Sm-Co/α-Fe双层膜和多层膜磁反转的微磁学模拟

采用微磁学模拟软件OOMMF,详细研究了软/硬磁层总厚度不变,结构的变化对Sm-Co/α-Fe薄膜磁性能和磁反转过程的影响。结果显示,从双层膜变化到多层膜的过程中,不同的结构具有不同的磁性能和磁反转过程;当结构优化为Sm-Co(7.5 nm)/α-Fe(2.5 nm)/Sm-Co(5 nm)/α-Fe(2.5 nm)/Sm-Co(7.5 nm)多层膜时,最大磁能积和矫顽力相比Sm-Co(20 nm)/α-Fe(5 nm)双层膜大幅度提高,分别为1015.44 k J/m3和μ0Hc=1.891T。此结论对高性能交换耦合类磁性薄膜的研究具有一定的指导意义。     

永磁铁氧体纳米复合添加剂改性的实验研究

介绍了在永磁铁氧体YF30料粉中加入纳米添加剂改性的试验结果，试验数据说明，这种添加剂对于制造高Br，高Br，高Hcj和高Hcj材料有明显的效果，其实验结果可以用于指导制造不同性能的永磁铁氧体材料。     

纳米晶双相交换耦合稀土永磁材料在微特电机中的应用研究

讨论了纳米晶双相交换耦合稀土永磁材料应用于微特电机的和磁路元法计算了爪极式永磁步进电机的矩角特性曲线,分析了用该材料粘结磁体在爪极式永磁步进电机上替代烧结铁氧体永磁作转子时对电机矩角特性的曲线的影响。     

纳米晶Nd—Fe—B基永磁材料

综述了纳米晶Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ基永磁材料的研究发展情况，主要分析了纳米晶永磁合金的成分、微结构、磁性及应用前景，简要介绍了该类纳米材料的有关模型。     

永磁材料的发展趋势

永磁材料的发展先后经历了金属永磁材料，铁氧体永磁材料，稀土永磁材料，纳米结构永磁材料等几个发展阶段，超导永磁体则是学术界近年来提出的一种新概念永磁体，本文在对永磁材料的发展历史和发展趋势进行了综合分析之后，对永磁材料今后的发展做出了预测。     

熔淬法制备的Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复合永磁体的磁性能

采用熔淬法制备了Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁合金。采用X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)等分析方法研究了在不同淬速下Nd8.5Dy1Fe84Co1B5.5Ga1合金的相组成和磁性能。结果表明,16m/s的淬速获得了最佳磁性能:μ0Mr=973mT,Hci=523.2kA/m,(BH)max=112.7kJ/m3。     

磁性纳米体系形状各向异性效应的微磁学模拟

利用微磁学模拟软件OOMMF详细研究了形状对磁性纳米体系矫顽力的影响。模拟结果显示当体系厚度一定时,随着长度和宽度的增加,矫顽力先迅速降低,然后逐渐趋于平缓,通过计算体系的退磁因子论证了矫顽力降低的原因主要来源于形状各向异性。同时,对不同尺寸体系的磁化反转过程进行了研究,结果发现由于形状各向异性的影响,体系在不同的尺寸范围内表现出不同的磁化反转过程,这种不同的磁化反转过程,是引起体系矫顽力大小有所差异的主要原因。     

含有缺口的Co纳米环的微磁学模拟

以Nipun Agarwal等人的实验结果为依据,用微磁学理论对外径为300nm、内径50nm、厚度不同、含有不同角度缺口的Co纳米环在不同方向(垂直和平行于盘的缺口方向)磁场作用下的磁化反转过程进行模拟。从剩磁态、剩磁比和矫顽力三个方面对模拟的结果进行分析比较。当磁场的方向垂直于缺口方向时,Co纳米环具有稳定的剩磁态,这与已有的研究结果一致。剩磁比随缺口角度的增大而增高,随厚度的增大无明显变化;矫顽力与磁体厚度和缺口角度的关系较为复杂。     

元素添加、工艺优化对双相纳米晶复合永磁材料显微组织及磁性能的影响

从改善磁性能的角度出发,简要地介绍了近年来对双相纳米晶复合永磁材料的研究进展.从双相纳米晶复合永磁材料的制备工艺、元素添加、显微组织、磁性能等方面进行了归纳,表明:优良的显微结构是获得高性能双相纳米晶永磁材料的关键,通过元素添加或改善工艺可以优化组织,提高双相纳米晶复合永磁材料的磁性能.