纳米晶复合X 81F %I ?)’0$+>$\=*.3F %永磁材料磁性能的研究 ! 沙"辉!徐"晖!倪建森!张士岩!王海龙!王占勇 !上海大学材料研究所"上海#(((2# #摘"要!"采用熔体快淬及晶化退火工艺制备了X 81F %I ?)’P $+>$\=*.3F %"$N(###%#)#’($纳米晶合金条带!研究了+>的添加对快淬合金磁性能和居里温度的影响%结果表明!适量+>元素的添加能够有效降低各相晶粒的尺寸!增强了软#硬磁相晶粒的交换耦合作用!从而提高了合金的磁性能%+>含量为%f "原子分数$的合金!经32(J &&;5:的晶化处理后所得到的最佳磁性能为n 3=N (F 1(!!d 2
第26卷 第4期2005年12月大连铁道学院学报JOURNAL OF DAL I A N RA I L WAY I N STI T UTE Vol .26 No .4 Dec . 2005 文章编号:100021670(2005)0420081205纳米晶复合稀土永磁材料制备及交换耦合作用 赵宏滨1 ,车如心1 ,王晓峰1 ,高 宏 2 (1.大连交通大学环境科学与工程学院,辽宁大连116028;2.大连交通大学材料科学与工程学院 辽宁大连116028)3 摘 要:采用溶胶-凝胶法,用E DT A 和柠檬酸作为两种不同的络合剂,分别对复合相中成份Nd 和Fe 进行络合,再合并溶液后,加热成胶,利用乙二醇作为分散剂,选择适当的焙烧温度,经高温压片焙烧法使原来的独立的Fe 2O 3相和NdFe O 3相产生交换耦合作用,从而达到两相耦合的目的.利用X 光衍射仪 (XRD )和振动样品磁强计(VE M )对纳米晶的结构和磁性能进行了研究,利用差热量热仪(TG 2DTG )和红 外光谱分析仪(I R )对焙烧情况进行了分析.当热处理温度小于500℃时,样品存在复相NdFe O 3/Fe 2O 3,薄片样品的比饱和磁化强度δS 为75.9e mu /g,内禀矫顽力H c,j 为6400oe,最大磁能积(B H )max 为1187MGoe,而粉末样品相应的比饱和磁化强度δS 为75 .6mu /g,内禀矫顽力H c,j 为6015oe,最大磁能积(B H )max 为1152MG oe . 关键词:双络合剂;压片;交换耦合.中图分类号:O641.4 文献标识码:A Prepara ti on of Nanocryst a lli n e Com posite Permanen tM agnetM ter i a ls and Exchange Coupled Effect ZHAO Hong 2bin 1 ,CHE Ru 2xing 1 ,WANG Xiao 2feng 1 ,G AO Hong 2 (1.School of Envir on ment Science and Engineering,Dalian J iaot ong University,Dalian 116028,China;2. School ofM aterial Science and Engineering ,Dalian J iaot ong University,Dalian 116028,China ) Abstract:Sol 2gel method was used t o p repare NdFe O 3/Fe 2O 3Compesite .Ethylene dia m ine tet 2ra acetic acid (E DT A )and citric acid are used t o comp lex Nd and Fe res pectively .M ixing these t w o s oluti ons with glycol as dis persant agent,the s oluti on become gel during heating .W hen the gel is anealed at app r op raite te mperature after p ressing,an exchange coup le effect is created bet w een the t w o individual phases (NdFe O 3/Fe 2O 3),and a high magnetic energy is a 2chieved .X 2ray diffrat ometer (XRD )and vibrating sa mp le magnet ometer (VS M )are used t o study the materieal,and the annealing p r ocess is analyzed by I nfra 2red s pectrum (I R )and DT A.W hen annealing bel ow 500℃,the sa mp le with high magnetic p r operties,for p ressed disc:δS =:7519e mu /g,H c,j =6400oe,(B H )max =1187MGoe,However,f or the powder pat 2tern at the sa me conditi on,δS =75.6e mu /g,H c,j =6015oe,B H m ax =1.52MGoe .Key words:double comp lexing agents;p ressed disc method;exchange coup led 近年来随着纳米材料制备方法的不断出现和改进,及工业发展对高磁性能、高纯度和高分散度纳米粉体的迫切需要,纳米晶复合材料的制备日益被关注.纳米复合交换耦合磁体是一种全新的永磁材料, 其理论磁能积高达106J /m 3.具有较低的稀土含量和好的热稳定性及抗腐蚀性能[1].许多模型计算 [2～4] 3 收稿日期:2005204218 作者简介:赵宏滨(1974-),男,助工.
稀土磁性材料
稀土磁性材料 1、稀土永磁材料 稀土由于其独特的4f电子层结构，可以在一些与3d元素化合物组合成的晶体结构中形成单轴磁各向异性，而具有十分优异的超常磁性能。表1列出了各类稀土永磁体与传统的铁氧体、铝镍钴永磁体的磁性能，显然稀土永磁体比传统永磁体具有高得多的磁性能。 表1 各类永磁体的磁性能 永磁体最大磁能积（MGOe）备注 铁氧体 4.6 铝镍钴11 SmCo522 Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)1732 Nd2Fe14B 56 理论值64 Sm2(Fe,Co)17N346.5[1] 理论值62 纳米晶双相稀土永磁体25[2] 理论值120[2] 稀土永磁体中，钕铁硼的磁能积最高，但它的居里温度低，工作温度低，温度系数高。虽然现在已开发出工作温度达到200℃的钕铁硼，但在许多地方还是不能替代工作温度高，温度系数低的钐钴永磁。 现已开发出工作温度可达400℃、500℃的Sm2(Co,Cu,Fe,Er)17磁体[3]。10年前发明的稀土—铁—氮永磁材料，理论磁能积与钕铁硼接近，但居里温度高，温度系数小，耐腐蚀性能好，与粘结磁体中使用的快淬钕铁硼相比，具有很强的竞争力。其中的NdFe12N x永磁是我国科学家杨应昌院士发明的[4]，其NdFe12N x 实验室样品的磁能积已达到22MGOe，超过MQ-2钕铁硼磁粉。 纳米晶双相交换耦合稀土永磁材料是高磁晶各向异性的稀土永磁相与高饱和磁化强度的软磁相在纳米尺度内交换耦合而获得兼具二者优点的复合永磁材料，理论计算表明，纳米稀土复合永磁体的最大磁能积远远超过钕铁硼，如表2所示。
表2 纳米双相稀土永磁体的理论磁能积 永磁体最大磁能积（MGOe） Nd2Fe14B+α-Fe 100 Sm2Fe17N3+α-Fe 110 Sm2Fe17N3+Fe65Co35 120 目前，实验结果已证明交换耦合的存在，但实际达到的磁能积远低于理论值，如Nd7Fe89B4和Sm7Fe93N的磁能积分别达到20.6和25MGOe[2]，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，最大磁能积超过100MGOe的稀土新一代磁体，乃是科技工作者的努力方向。 科学技术是第一生产力。最近有报道，日本三荣化成用新技术研究开发出磁能积破记录的各类稀土永磁体[5]，如表3所示。 表3 三荣化成开发的稀土永磁体 永磁体最大磁能积（MGOe） 稀土永磁体69.5 烧结钕铁硼54.7 注射成型钕铁硼粘结磁体17.9 压制成型钕铁硼粘结磁体24.9 稀土永磁在VCM（音圈电机），MRI（磁共振），永磁电机（汽车电机，步进电机，微型电机等），计算机主机及外设，办公自动化设备（复印机、传真机、手机、视频及程会议系统等），空调，冰箱，数码相机，音响，磁力器械，智能公路等各个领域有着广泛的应用。钕铁硼永磁自83年问世以来的18年中一直保持着年均增长30%以上的发展速度，这是值得关注和倾注力量的高技术产品。 2、其他稀土磁性材料 2.1、稀土超磁致伸缩材料 一些稀土元素与Fe形成的金属间化合物REFe2具有比Fe及Fe,Ni,Co合金等传统材料大得多（高几十倍）的磁致伸缩系数λ。但是，REFe2的磁晶各向异
永磁材料的发展与研究方向 摘要：永磁材料是一种重要的磁性功能材料，应用日益广泛。本文首先简单介绍永磁材料在能源开发和节能中的作用。接着，叙述Nd-Fe-B系合金永磁体应用及对材料的要求，还有纳米晶稀土永磁材料的发展。 关键词：永磁体，Nd-Fe-B系合金，稀土永磁体，纳米复合 Researches and Development of Permanent Magnets ABSTRACT:Permanent magnetic materials is an important functional materials for magnetic field,and it is used widely. The functions of permanent magets in energy development and savings are briefed.Applications and requirements of Nd-Fe-B alloy permanent magnets and the development of Nanocrystalline rare-earth permanent magnet materials. KEYWORDS: Permanent magnet, Nd-Fe-B alloys, rare-earth permanent magnets,nanocomposite 1引言 永磁材料，就是产生磁场的功能材料。在场中自由运动电荷、导体与半导体内电荷会受到洛仑兹力作用，使电子束聚焦，实现能量转换；导体在磁场中运动时，由于法拉第效应，会使导体感生电压；两个磁荷之间相互作用，便产生库仑力，引起磁耦合、磁分离、磁悬浮等现象。根据磁力的不同对象和作用原理，可将永磁材料用于不同的领域。永磁材料的应用十分普遍，小到儿童玩具、文件夹，大到人造卫星、宇宙飞船、磁悬浮列车；从每个家庭、办公室，到工农医等各个产业部门，随处都可以见到永磁材料的应用。例如，电动玩具、电动扬声器、立体声耳机，计算机磁盘驱动器和打印机，微波炉加热用磁控管等。不同的应用领域，自然需采用不同的磁路设计，需要使用不同性能、不同形状及尺寸的永磁体，以保证达到需要的气隙磁场。但是，无论是哪一类应用，都与永磁材料的剩余磁通密度(B)和矫顽力(H)有直接的关系。所以，我们总希望材料的B、H值越高越好。当然，在具体的应用中，材料成本也是一个必须考虑的重要因素。从这点来看，开发性能／价格比高的材料，始终是永磁材料研发人员努力的方向。 2永磁材料与节能 在当今电气化、电子信息化时代，电动机的使用日益广泛，能源消耗日益增大，从高效节能，防止地球变暖、保护臭氧层这种环境保护的全局来看，革新电动机已势在必行。而革新的主攻方向，就是使用永磁体提高能量转换效率——输出功率，降低工作过程中的损耗。如果使用永磁体产生磁场(作转子)，不使用电刷整流子，即构成永磁电动机(无刷电动机)，其损耗就只有电枢绕组的铜损、电枢铁心的铁损和机械损耗。因此，有刷电动机特有的电刷损耗，有刷电动机和感应电动机中由初级电流励磁引起的次级铜损，都可以消除，从而会大大提高电动机的效率。输出功率在10W以下的永磁电动机，普遍用于声像装置和信息家电产品。它们的转矩，在电动机规格一定时与永磁体产生的磁通量和导体在绕线槽内的占空系数平方成正比[1]。它们在电子设备中消耗的电力最多，因此，在器件小型化的同时，要求提高输出功率，降低电流消耗。为此，需要在永磁体和电枢铁心的空隙内产生很强的静磁场。轴向气隙型电动机，普遍用中空的圆盘型稀土烧结永磁；辐向气隙型，则使用薄壁环形稀土粘结永磁