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Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)陶瓷的磁介电效应研究万凯奇;金昊;黄帅;霍德璇【期刊名称】《杭州电子科技大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2022(42)3【摘要】采用溶胶凝胶法合成了具有莫来石结构的单相Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)多铁性陶瓷材料,并对其结构、磁性和磁介电效应展开实验研究。
与母相Bi_(2)Fe_(4)AlO_(9)相比,由于Bi_(2)Fe_(3)AlO_(9)中的非磁性离子掺杂破坏了原有的自旋失措结构,因此,在温度为70 K附近,样品出现1个亚铁磁转变;当温度进一步降低到24 K时,样品表现出类自旋玻璃相。
温度为247 K时,样品的介温曲线出现1个介电峰,其特征温度与频率无明显依赖关系;随着外加磁场的增大,介电特征峰强度增大,特征温度向高温移动,表现出磁介电效应。
在特征温度附近表现出正磁介电效应,而在其它温度区间则表现出负磁介电效应。
【总页数】6页(P72-76)【作者】万凯奇;金昊;黄帅;霍德璇【作者单位】杭州电子科技大学材料与环境工程学院【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.单相Bi_（0.95）Eu_（0.05）Fe_（0.95）Co_（0.05）O_3纳米颗粒的结构及其铁磁特性2.0.6(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3-0.4(Bi_(0.1)Sr_(0.9))TiO_3无铅压电陶瓷的铁电性和阻抗谱研究3.CuO/BaCo_(0.02)~ⅡCo_(0.04)~ⅢBi_(0.94)O_3共掺Ba_(0.5)Bi_(0.5)Fe_(0.9)Sn_(0.1)O_3热敏厚膜的微结构及电学性能研究4.溶胶-凝胶法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3体系无铅压电陶瓷的研究(英文)5.Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系无铅压电陶瓷的极化工艺研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
美国科学家开发出新型高性能永磁材料
佚名
【期刊名称】《稀土信息》
【年(卷),期】2008(0)2
【摘要】位于美国爱荷华州的美国能源部（DOE）Ames实验室研究人员新开发了一种用于永磁体的粉末冶金合金材料，该合金采用金属注射成型方法制造。
新材料在华氏392度时具有极佳的磁感应强度，该材料的开发旨在使电动汽车、燃料电池汽车和插入式混合动力车的电动发动机更有效，且更节约成本。
【总页数】1页(P13)
【正文语种】中文
【中图分类】U469.722
【相关文献】
1.磁选设备用高性能永磁铁氧体材料的开发及应用
2.运用新型回火工艺制作高性能钕铁硼永磁材料
3.美国科学家开发出新型水处理过滤材料
4.中科院宁波材料所利用新技术快速制备出高性能钕铁硼永磁材料
5.美国科学家开发可检测核材料的新型传感器阵列
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稀土材料中的磁性与自旋电子学研究稀土材料一直以来都是材料科学中备受关注的领域之一。
它们具有独特的磁性和电子结构，对于磁性材料与自旋电子学的研究有着重要的意义。
本文将探讨稀土材料中的磁性和自旋电子学相关的研究进展。
一、稀土材料的基本特性稀土元素指的是周期表中的镧系元素，包括镧、铈、钕、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和镧后的混合元素。
这些元素在材料中表现出特殊的电子结构和磁性质，使得稀土材料在磁性材料和自旋电子学研究中具有独特的地位。
稀土材料的磁性来源于它们特殊的电子排布和自旋-轨道耦合效应。
在稀土离子中，电子排布在不同的能级上，形成了复杂的能带结构。
这些特殊的电子结构导致了稀土材料的磁性行为的复杂性。
稀土材料中的自旋-轨道耦合效应是其磁性来源的关键因素之一。
自旋-轨道耦合是指电子自旋与轨道运动之间的相互作用。
在稀土材料中，由于电子轨道运动不同，它们的自旋-轨道耦合强度也不同。
这种自旋-轨道耦合可以改变电子的自旋方向和轨道分布，从而影响到磁性行为。
二、稀土材料中的磁性调控稀土材料中的磁性调控是相对较为复杂的过程。
磁性调控可以通过控制外界条件（如温度、压力等）、材料组成和微结构等方面来实现。
1. 温度调控在稀土材料中，磁性随温度的变化呈现出不同的行为。
通过改变温度可以调控材料的相变和磁性转变。
例如，铁磁性材料在一定温度下会发生顺磁相变或反铁磁相变。
2. 压力调控稀土材料的磁性行为也可以通过施加压力进行调控。
压力可以改变稀土材料的晶格结构和能带结构，从而影响到磁性行为。
一些稀土材料在高压下表现出磁性相变或者多铁性。
3. 材料组成和微结构调控稀土材料的磁性行为还可以通过调控材料的组成和微结构来实现。
例如，通过引入不同的掺杂元素，改变稀土材料的组分，可以调控材料的磁性。
此外，通过控制稀土材料的晶粒大小和界面结构等微结构参数，也可以实现磁性的调控。
三、稀土材料中的自旋电子学研究自旋电子学是利用电子的自旋进行信息处理和存储的一门新兴学科。
稀土永磁材料的研究与应用首先，我们来了解一下稀土永磁材料的基本概念和特性。
稀土永磁材料是由稀土元素和过渡金属元素组成的复合材料，它具有较高的剩磁和矫顽力，能够在数十摄氏度以下保持磁性，是目前制造高性能永磁体的主要材料之一、稀土永磁材料可以分为常规永磁材料和高温永磁材料两大类，常规永磁材料以NdFeB为代表，而高温永磁材料以SmCo为代表。
稀土永磁材料的研究主要包括材料制备、磁性能和微结构等方面。
稀土永磁材料的制备通常采用熔铸法、粉末冶金法和快凝固等方法。
磁性能的研究主要包括剩磁、矫顽力、矫顽力系数和温度系数等方面。
微结构的研究主要包括晶体结构、晶界和晶粒大小等方面。
稀土永磁材料具有广泛的应用领域。
首先，稀土永磁材料在电机领域应用广泛，特别是在汽车、电子设备和家电等领域。
稀土永磁材料具有高能量密度、高功率密度和高效率等优点，能够大大提高电机性能。
其次，稀土永磁材料在能源领域也有重要应用，如风力发电、电动汽车和磁性制冷等。
稀土永磁材料具有高温稳定性和高磁能积等特性，能够提高能源装置的效率和性能。
此外，稀土永磁材料还在信息存储、声学设备和磁性医疗等领域得到应用。
然而，稀土永磁材料也存在一些问题和挑战。
首先，稀土永磁材料的稀土元素资源有限，存在供需紧张的问题。
其次，稀土永磁材料的制备工艺相对复杂，成本较高。
另外，稀土永磁材料在高温、高湿等恶劣环境下容易失磁，限制了其应用范围。
为了解决这些问题，需要加强对稀土永磁材料的研究和开发。
首先，可以开展稀土永磁材料的替代研究，探索其他材料代替稀土元素，降低对稀土资源的依赖。
同时，需要改进稀土永磁材料的制备工艺，提高材料的性能和降低制造成本。
此外，还可以开展稀土永磁材料的应用研究，开拓新的应用领域，并进一步提高材料的性能和稳定性。
总结起来，稀土永磁材料是一类具有高磁性能和广泛应用前景的重要材料。
它在电机、能源、信息存储和医疗等领域都有重要应用，并且具有很大的发展潜力。
稀土永磁材料制备及其应用研究稀土永磁材料是一种重要的磁性材料，具有高饱和磁化强度、高矫顽力和良好的抗腐蚀性等优良性能。
它广泛应用于电机、计算机、通信、汽车、航空航天等领域。
稀土永磁材料的制备和应用研究一直是材料科学的热点和难点之一。
本文对稀土永磁材料的制备和应用研究进行了综述。
一、稀土永磁材料的制备1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备稀土永磁材料的传统方法，主要包括粉末制备、压制和烧结等步骤。
先通过化学合成或物理方法得到纳米级的稀土永磁粉末，然后将粉末放入模具中压制成型，最后在高温下进行烧结。
该方法制备的稀土永磁材料具有高密度、致密度好和精度高的优点。
2. 溶液法溶液法是近年来发展起来的一种制备稀土永磁材料的新方法。
它主要包括化学共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等。
该方法具有制备稀土永磁材料粒子均匀、表面纯净、控制粒径和形态等优点。
但是其成本较高，也存在制备条件严格、纯度低等问题。
3. 磁性过滤法磁性过滤法是一种环保且高效的制备稀土永磁材料的方法。
它是通过磁性颗粒将稀土永磁材料中的杂质分离出来，从而达到提高制备纯度的目的。
磁性过滤法可以有效地去除稀土永磁材料中的氧化物、碳化物、硅化物等杂质，同时保证了磁性材料的磁性能。
二、稀土永磁材料的应用研究1. 电机与发电机领域稀土永磁材料广泛应用于电机和发电机领域，如电动机、风力发电机、燃气轮机等。
稀土永磁材料具有高矫顽力、高磁能积和良好的温度稳定性，可大大提高发电机和电机的效率和能量密度。
2. 计算机领域随着电子设备的不断发展，稀土永磁材料在计算机领域的应用也越来越广泛。
例如，硬盘驱动器中就使用了大量的稀土永磁材料。
这些材料具有高饱和磁化强度和高稳定性，可确保硬盘驱动器获得更高的读写性能和更长的使用寿命。
3. 航空航天领域在航空航天领域，稀土永磁材料也被广泛应用。
例如，稀土永磁材料可用于制造高速永磁马达和增量式位置传感器，这些设备在航空航天领域中的应用非常广泛。
稀土铁系纳米晶复合永磁材料的研究稀土铁系纳米晶复合永磁材料是近些年来材料领域发展迅猛的新型功能性材料。
它可用于制备高性能的电机、传感器、转子、变送器等，是电子、动力、信息等多种领域必不可少的材料。
稀土铁系纳米晶复合永磁材料的研究受到了世界各国学者的广泛关注，它的发展已经越来越深入。
稀土铁系纳米晶复合永磁材料的研究首先受到了贝尔定律的深刻影响，贝尔定律指出，磁感应与磁通电流之间存在有限相应关系。
针对稀土铁系纳米晶复合永磁材料，贝尔定律指出，磁感应强度是由磁性极化率和复合率来决定的，而磁性极化率又是由稀土的替换而影响的。
因此，研究这种材料的制备需要研究磁性极化率、复合率和磁感应强度之间的关系，以及如何调控稀土的替换，以提高磁性极化率和复合率。
稀土铁系纳米晶复合永磁材料的关键技术集中在它们的制备方法和结构调控。
目前，常用的稀土铁系纳米晶复合永磁材料制备方法主要包括混合热压法、水热法、溶胶-凝胶法和超声法等。
根据不同的制备方法，可以制备各种结构，不仅能改变磁性极化率，还能改变磁感应强度。
除此之外，为了提高磁性极化率和复合率，还要进行结构的调控。
比如可以通过改变稀土团簇的大小、形状以及纳米晶的结构、形状等来提高磁性极化率和复合率。
此外，还要注意稀土铁系纳米晶复合永磁材料的耐腐蚀性。
由于稀土铁系永磁材料中含有大量稀土元素，它们容易受到外界环境的侵蚀，而且这种侵蚀也会影响磁性极化率和复合率，从而影响磁感应强度，因此必须保证磁性极化率和复合率的稳定性，同时还要注意稀土铁系纳米晶复合永磁材料的耐腐蚀性。
综上所述，稀土铁系纳米晶复合永磁材料的研究是目前材料领域最为热门的课题之一，它的发展不仅与贝尔定律有关，还涉及到多项技术，如制备方法和结构调控，耐腐蚀性等。
目前，已经有许多研究者进行了系统、深入的研究，并取得了一定成果，但是关于稀土铁系纳米晶复合永磁材料的研究仍有很多未知，希望有更多的学者以不同的视角来研究它的结构调控和性能优化。
第33卷第6期原子能科学技术V o l.33,N o.6 1999年11月A tom ic Energy Science and T echno logy N ov.1999用中子衍射研究稀土-富铁永磁合金磁结构和D(H)LAP晶体结构勾 成 张百生 成之诸 程玉芬 杜红林 孙 凯(中国原子能科学研究院核物理研究所,北京,102413)用粉末中子衍射测量了Ho2Fe9Ga8-x A l x(x=2、4)和P rFe1015M o115N x的晶体结构和磁结构。
衍射数据分别用R ietveld结构精修程序R IETAN和Fu llp rof处理。
确定了替代原子Ga、A l、M o及间隙原子N的占位数以及磁性原子Ho、Fe、P r的原子磁矩的大小和方向。
Ho2Fe9Ga6A l2在室温和50K、Ho2Fe9Ga4A l4在50K下呈亚铁磁性且为单轴各向异性,P rFe1015M o115吸氮前后磁各向异性由易面变为易轴。
单晶中子衍射D(H)LA P的晶体结构测定结果表明:氘只替代那些与非碳原子相连的氢原子位置。
关键词 中子衍射 晶体结构 磁结构中图法分类号 O571156R2Fe17金属间化合物是所有二元稀土金属间化合物中含铁较多的,人们期望用高的Fe含量得到高的饱和磁化强度而保持低的造价。
但该系列化合物的居里温度偏低,在室温下无各向异性易磁化轴。
若能克服这2个缺陷,R2Fe17系列将是一种很有希望的永磁材料。
近年来大量的研究集中在对稀土原子R和Fe原子的替代以及引入间隙原子上[1,2]。
最近发现,金属元素Ga的加入可使2∶17型金属间化合物T b2Fe9Ga8[3]产生单轴各向异性。
Ho是T b的近邻元素,推测选取Ho和Ga的金属间化合物也会产生易轴。
为此,本工作对Ho2Fe9Ga8-x A l x(x=2、4)样品进行粉末中子衍射研究。
1∶12型的轻稀土N d,P r2铁2氮间隙化合物在近年来的磁性材料研究中受到特别重视。
收稿日期:2009 07 24*基金项目:国家自然科学基金项目(50561001);国家 863 项目(2008AA042207)作者简介:张光睿(1982 ),甘肃古浪人,助工,本科.第4卷 第1期材 料 研 究 与 应 用V o1.4,N o.12010年3月M A T ERIA L S RESEA RCH A ND AP PL ICAT IONM ar .2010文章编号:1673 9981(2010)01 0005 04Fe Ga 合金磁致伸缩性能的研究进展*张光睿,江丽萍,吴双霞,郝宏波(包头稀土研究院,内蒙古包头 014010)摘 要:介绍了F e Ga 合金磁致伸缩应变的机制,着重阐述了F e Ga 磁致伸缩材料的成分、制备工艺、微观结构及热处理等方面的研究进展.关键词:Fe G a 合金;磁致伸缩;进展中图分类号:T G 132 2文献标识码:A磁致伸缩材料是一种磁性功能材料,其应用领域广泛,特别是在航空航天、军事等领域中.目前应用的有Terfenl D 等稀土超磁致伸缩材料,其磁致伸缩值一般为1 10-3~2 10-3;金属Fe 的磁致伸缩值约为2 10-5,但加入非磁性元素Ga 后,其磁致伸缩值增加十倍乃至几十倍[1].目前,报道的Fe Ga 单晶体沿<100>晶向的饱和磁致伸缩系数达4 10-4左右[2],与T er fenl D 等稀土超磁致伸缩材料相比,其饱和磁场小、磁场灵敏度高.Fe Ga 合金具有良好的延展性、可热轧、抗拉强度较高、很好的温度特性及能够在较宽的温度范围内使用,所以Fe Ga 合金在各领域中有着广阔的应用前景[3 4].1 Fe Ga 合金的磁致伸缩应变机制Fe Ga 合金的磁致伸缩应变主要是在磁化过程中非180 畴壁位移或磁矩的转动造成的,磁畴的畴壁位移及磁矩的转动与合金的取向和磁矩有密切关系,Fe Ga 合金的易磁化方向为<100>方向,对于<110>轴向取向的多晶合金,当在磁矩取向[110]方向施加一磁场时,为了减小静磁能,<100>轴向取向合金的磁矩会向[110]方向旋转,各个晶粒的磁致伸缩应变都沿[110]方向做有序排列,因而Fe Ga 合金表现出大的磁致伸缩应变.加入非磁性的Ga原子后,Ga 原子取代Fe 原子形成Fe Ga 固溶体.在过渡金属的3d 能带中,由于电子的交换作用,3d 能带劈裂为3d +和3d -两个次能带.由于Fe Ga 合金中3d 和4s 是混合带,Ga 原子的外层电子可以补充或减少各能带中的电子,Fe 和Ga 的原子序数相差5,Ga 的4s 和4p 能带上的电子不能全部填充到Fe 原子的3d 能带上,当Ga 的电子填充到Fe 的3d +上后,增大了与3d -的差值,造成Fe 原子磁矩的增加.Sr isukhumbo w ornchai 等人[5]认为,d 层全满或全空的非磁性元素影响Fe 原子的自旋 轨道耦合,从而提高了材料的磁致伸缩性能.Si,Ge 及B 等元素具有与Ga 相似的电子结构,同Ga 元素一样可以提高Fe 的磁致伸缩性能.2 磁致伸缩性能研究的进展2.1 合金成分及制备方法合金成分及相结构对Fe Ga 合金的磁致伸缩性能有较大的影响.在室温下Ga 元素在Fe 中的平衡固溶度为11%,当温度为1037 时其固溶度为36%,在亚稳态过饱和固溶体中可以达到30%以上.文献[6 7]的研究结果表明:当单晶<100>取向、4%<w (Ga)<19%时,Fe Ga 合金的饱和磁致伸缩应变随Ga 含量的增加而增加,并在Ga 含量为19%时达到极大值;当19%<w(Ga)<24%时,合金的磁致伸缩系数随Ga含量的增加而减小,并在Ga含量为24%处时降到极小值;随Ga含量的继续增加,磁致伸缩系数也增加,在27%附近处又达到极大值.添加元素对Fe Ga合金的磁致伸缩性能有影响,Sr isukhumboeornchai,Borm io,Dai及Restor ff 等人[8 11]均发现,在多晶体合金中用少量的A l取代Ga或者用Co取代Fe,都能使合金的磁致伸缩性能增加,但在室温下往单晶合金中加入少量的Ni或Al,反而使单晶<100>取向合金的磁致伸缩系数下降.Clark等人[12]研究发现,在Fe Ga合金中Ga 含量低于21%时, (111)为负值;Bozorth[13]在研究用少量的Ni取代Fe以降低 (111)值的试验中发现,在降低 (111)值的同时也降低了 (100)值.龚彦等人[14]研究B添加对Fe Ga合金相结构及磁致伸缩性能的影响时发现,在铸态的(Fe0.81Ga0.19)100-x B x 中主要有A2相、Fe2B相和L12相,淬火后出现DO3相,铸态合金(Fe0.81Ga0.19)100-x B x的磁致伸缩性能比Fe81Ga19的差,当x<10%时,经油淬处理后合金(Fe0.81Ga0.19)100-x B x的磁致伸缩值比Fe81Ga19的大,但当x>10%时其性能有所下降.高芳等人[15]研究了添加Si和Ge对Fe Ga合金的磁致伸缩性能的影响时发现,当添加少量的Si或Ge不会明显降低合金的饱和磁致伸缩值;当Si或Ge含量超过1 9%时,饱和磁致伸缩值明显减小.总的来说,A l 取代Ga有利于合金的磁致伸缩性能增加,但B,Si 和Ge的添加对合金的磁致伸缩性能影响不大.由于取向对Fe Ga合金的性能有很大的影响,所以多晶合金的性能大多低于单晶合金,Kumagai 等人[16]利用浮区法分别制备出了A2,B2和DO3相的单晶合金Fe1-x Ga x(x=0.24~0.25)并发现,在平行于磁场方向,A2相单晶合金的磁致伸缩系数最大,B2相单晶合金次之,DO3相单晶合金的磁致伸缩系数最小.Clark等人[17]采用布里吉曼法,通过严格控制熔炼气氛及工艺参数,解决了向下抽拉速度慢导致Ga严重挥发的问题,制备出了具有<100>取向的单晶Fe Ga合金,其饱和磁致伸缩系数约为4 10-4.韩志勇等人[18]制备的Fe83Ga17合金的磁致伸缩系数为2 10-4左右.刘国栋等人[19]采用甩带急冷的方法制备了Fe85Ga15合金并发现:当磁场的方向始终垂直于甩带面时,在沿带面方向上的磁致伸缩系数非常大,达到-13 10-4;在厚度方向上的磁致伸缩系数也达到11 10-4(误差小于10%);通过甩带合金样品自由生长面的XRD图谱,可以清楚地看到(110), (200)和(211)立方相的三个主峰,说明合金基本保持了 Fe相的bcc结构.甩带的磁致伸缩系数增大的原因,一是薄带样品造成的形状各向异性,二是大量Ga原子团簇的出现和择优取向的产生.江洪林等人[20]采用熔体快淬方法制备出不同厚度的Fe83Ga17合金薄带,其磁致伸缩系数达到-21 10-4,并且发现磁致伸缩系数与薄带的厚度有密切关系,通过XRD图谱发现存在DO3相.所以,采用甩带等快淬方法制备出来的合金,其磁致伸缩性能得到很大地提高.2.2 合金相结构韩志勇等人[18]研究棒状Fe83Ga17合金发现:在热处理过程中从高温缓慢冷却到室温,合金进入bcc+L12两相区后,亚稳的长程有序的DO3相析出;而合金从高温水淬快冷到室温,长程有序的DO3相则被抑制,合金保持无序的bcc结构.炉冷样品的磁致伸缩系数为217 10-6,快淬样品的磁致伸缩系数为232 10-6,说明棒状样品中的DO3相对磁致伸缩性能不利.由于熔体快淬制备的合金薄带保持了无序的bcc结构且产生了DO3相,因此薄带合金样品的磁致伸缩系数远大于棒状样品,这是由于两种样品中DO3相晶格的参数不同.江洪林等人[20]认为,薄带中的DO3相是对称性有缺陷的DO3相,不对称的Ga Ga原子对可造成局部的应变及削弱剪切模量,从而提高薄带的磁致伸缩能量密度,使薄带的磁致伸缩性能得到提高.Fe Ga磁致伸缩材料为体心立方结构,它具有高的磁致伸缩各向异性.Kumagai等人[16]研究发现, <100>方向的磁致伸缩系数最大,偏离<100>方向的<110>和<111>晶系的磁致伸缩系数较低.所以,通过材料的轴向织构可以有效地改善其磁致伸缩性能.Clark等人[17]制备的具有<100>取向的单晶Fe81Ga19合金的磁致伸缩系数接近4 10-4.Na 等人[21]将(Fe81.3Ga18.7)+0.5%B合金通过控制退火条件及在合金表面掺杂S,轧制后得到了立方织构{100}取向的薄片,在1200 下退火2h后淬冷,得到的最大磁致伸缩系数为2 10-4.对于有序度对合金性能的影响,Wuttig[22]和Clark[12]认为,磁6材 料 研 究 与 应 用2010致伸缩是由在无序的Fe结构中沿特定晶体取向方向上的Ga原子短程有序引起的,并且认为在Ga含量较低的条件下,随着Ga含量的增加,合金中的原子短程有序相的数量会增加.Bai[23]等人通过磁力显微镜发现,随着Ga含量的增加,磁畴尺寸变小,形态越来越不规则.2.3 热处理工艺根据Fe Ga合金的相图[8],Ga原子质量分数在15%~30%变化时,不同的制备条件下会出现A2, DO3,L12,B2及DO19等多种相结构,通过不同的热处理工艺可以改变合金的性能.Kaw am iy a N.等人[24]研究Fe83Ga17合金时发现,在570 以上该合金为无序的bcc结构,从高温缓冷至室温,合金进入由无序的bcc结构和有序的L12结构组成的两相区,L12为有序的面心立方Fe3Ga相结构,由于L12相的析出过程非常缓慢,因此合金的相结构为亚稳DO3相结构.Ikeda等人[25]利用常规的扩散偶技术通过TEM,SEM和EDS等测试手段绘制了富Fe部分的Fe Ga相图,并确定了各个相之间的相互转变温度,为热处理提供了参考依据.韩志勇等人[18]对热处理后炉冷和淬火冷却至室温后的Fe83Ga17合金进行了中子衍射及差热分析,且研究了相结构变化对Fe83Ga17合金磁致伸缩性能的影响.结果表明:经淬火处理的样品磁致伸缩系数明显增大,并且随着压力的增加而增大,在25M Pa预压力的作用下,饱和磁致伸缩系数达到了32 10-5;中子衍射实验结果表明,Fe83Ga17在自高温冷却至室温过程中,在炉冷冷却过程中出现了DO3相结构,在淬火处理快速冷却至室温的过程中,DO3相被有效地抑制了.Sr isukhumbow ornchai等人[8]利用铸态的多晶Fe72.5Ga27.5合金,研究多晶相与磁致伸缩性关系时发现:该合金在730 下保温220h后得到 相,比875 下淬火得到的A2相的磁致伸缩略有降低;在650 下保温400h后得到DO19相,材料表现出很小的磁致伸缩性能;在500 退火72h、再在300 下退火266h后得到L12相,这时发现合金的磁致伸缩系数为负值.3 结 语从目前的研究可知,Fe Ga合金材料的磁致伸缩性能不如Terfenl D合金及NiMnGa合金的磁致伸缩性能.所以,现在的关键问题是如何提高Fe Ga 合金材料的磁致伸缩性能及对影响磁致伸缩性能的因素进行研究.由于微观结构对材料性能起决定性地作用,目前对Fe Ga合金材料微观组织结构方面及力学性能方面的研究比较少,缺乏理论模型及系统性.因此,在微观组织结构及力学性能方面还需要进行大量地研究.热处理工艺对Fe Ga合金的相组织有较大地影响,应进行系统地研究,为以后的生产应用打下基础.参考文献:[1]刘国栋,李养贤,胡海宁,等.甩带Fe85Ga15合金的巨磁致伸缩研究[J].物理学报,2004,53(9):3191.[2]李勇胜,张世荣,杨红川,等.Fe G a合金磁致伸缩材料的研究进展[J].稀有金属,2006,30(5):667 670.[3]K 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稀土永磁材料的制备与应用稀土永磁材料是一种非常重要的新型材料，具有高温性能良好、强的磁性、高导磁率等优良的性能。
在现代科技的发展中，稀土永磁材料已经广泛应用于电子、机械、航空等领域，成为了现代工业发展的重要支撑材料之一。
下面，我们将从稀土永磁材料的制备和应用两方面，来探讨其重要性。
一、稀土永磁材料的制备稀土永磁材料是指由稀土元素和铁族元素（主要是铁、钴、镍）组成的磁性材料。
稀土元素通常指的是镨、钕、铕、钷、钐、铽、镝、钬、铒等元素。
制备稀土永磁材料需要熔炼、挤压、粉末冶金等多种方法。
其中，磁性稀土元素的粉末冶金制备技术是目前较为成熟的稀土永磁材料制备方法。
粉末冶金技术是将稀土元素、铁族元素和一定比例的合金粉末混合后，置于真空或氩气保护下进行热压成形和烧结制备的一种制备方法。
粉末冶金制备稀土永磁材料的主要步骤包括：粉末混合、成型、热处理和表面处理等过程。
具体来说，先将稀土元素和铁族元素按一定的比例混合，并在氩气保护下进行球磨，以使其成为非常细小的颗粒，然后通过压制和热处理等过程，制备出稀土永磁材料。
二、稀土永磁材料的应用作为一种非常重要的新型材料，稀土永磁材料在很多领域都有着广泛的应用，下面我们将介绍其在电子、机械、航空等领域的应用。
1. 电子领域稀土永磁材料在电子领域中的应用最为广泛，主要应用于磁头、电机、传感器、音响等方面。
其中，电机是稀土永磁材料在电子领域中应用最为广泛的应用领域之一。
稀土永磁材料具有良好的磁性能和高温性能，能够提高电机输出功率、提高效率和降低能耗。
2. 机械领域稀土永磁材料在机械领域中应用也非常广泛，主要用于磁轴承、磁悬浮、电磁阀、磁力传动等方面。
稀土永磁材料具有良好的磁性能、高温性能和强的磁吸附力，能够提高机械的精密度、降低机械的磨损和减小噪音。
3. 航空领域稀土永磁材料在航空领域中同样有着广泛的应用，主要用于磁传动、电磁阀、永磁电扇、逆变器等方面。
在航空领域中，稀土永磁材料能够提高机器的精密度、降低噪音和振动，并且由于其高温性能良好，能够保证航空设备在高温环境下正常工作。
第31卷第2期原子能科学技术V o l.31,N o.2 1997年3月A tom ic Energy Science and T echno logy M ar.1997稀土永磁材料Ho2Fe9Ga4A l4粉末中子衍射研究3陈东风 勾 成 孙 凯(中国原子能科学研究院核物理研究所,北京,102413)严启伟 张泮霖 沈保根 宫华扬(中国科学院物理研究所,北京,100080)R idw an M u jiam ilah M arsongkohadi(M aterial Science R esearch Center,N ati onal A tom icEnergy A gency,Kaw asan Pusp i p tek,Serpong,Indonesia)制备了稀土永磁材料Ho2Fe9Ga4A l4,居里温度为166K。
用粉末中子衍射测定300和50K下样品的晶体结构和磁结构,衍射数据用R ietveld分析程序进行轮廓精修处理,确定替代原子Ga、A l的占位及磁性原子Ho、Fe的原子磁矩的大小和方向。
中子衍射表明在50K时,样品显亚铁磁性,有单轴各向异性。
关键词 中子衍射 晶体结构 磁结构由于R2Fe17金属间化合物含铁较多,所以有望得到高的饱和磁化强度而保持低的造价。
但它居里温度偏低,而且在室温下无单轴磁各向异性。
对于这2个缺点,人们采用引入替代原子和间隙原子的方法来克服[1—5]。
本工作通过Ga、A l替代Fe来增大晶胞体积和Fe原子间距[6,7],以求增加磁相互作用和居里温度。
最近发现,室温下Ho2Fe9Ga6A l2产生单轴各向异性[8]。
为了进一步研究Ga、A l替代Fe对磁晶各向异性的影响,制备了Ho2Fe9Ga4A l4,由于其居里温度低于室温,所以在本实验中,用粉末中子衍射法分别测定在室温和低温下样品的晶体结构,确定Ga、A l的占位、占位数及磁性原子Ho、Fe的原子磁矩,来寻求磁结构的变化与替代原子占位之间的关系,并分析了样品磁晶各向异性的结果。
1 实验及结果将高纯(9919%)的Ho、Fe、A l和Ga放入电弧熔炼炉中熔化,得到块状样品。
然后放进石英管,在1050℃氩气的环境中退火24h,再将块状样品压碎并研磨成粉末。
粉末样品经X3核工业科学基金和国家自然科学基金资助项目收稿日期:1996206211 收到修改稿日期:1996207215射线衍射测量,可验证样品为单相,并初步确定其晶体结构为T h 2Zn 17型。
由SQU I D 磁强计测得样品的居里温度T C 为166K 。
室温下样品的中子衍射实验是在中国原子能科学研究院重水反应堆旁的中子三轴谱仪[9]上进行的。
入射中子波长为11541×10-10m 。
对样品进行2Η定计数步进测量,步长为011°,测量范围10°—95°。
低温下(50±011)K 的中子衍射实验是在印尼R SG 2GA S 反应堆的高分辨粉末中子衍射仪上进行的。
入射中子波长118215×10-10m ,步长为0105°,测量范围2150°—162145°。
样品的粉末中子衍射数据用Izum i 的R ietveld 结构精修程序R IETAN [10]处理。
样品的中子衍射谱示于图1,晶体结构和磁结构参数列于表1。
中子衍射结果指出:在50K 时样品呈亚铁磁性,且为单轴各向异性,所有磁性原子的磁矩平行于c 轴,但Fe 原子和Ho 原子磁矩之间是亚铁磁耦合。
图1 样品的中子衍射谱F ig 11 N eu tron diffracti on pattern samp le(a )——300K ;(b )——50K ;纵坐标零以下谱图是实验与计算值之差2 讨论与结论在样品Ho 2Fe 9Ga 4A l 4中,Ga 、A l 原子占据18f 和6c 的位置,择优占据6c 位置,见表1。
这是由于9d 位形成的维格纳2赛茨原胞的体积最小,而6c 位置有最大的维格纳2赛茨原胞体511第2期 陈东风等:稀土永磁材料Ho 2Fe 9Ga 4A l 4粉末中子衍射研究611原子能科学技术 第31卷积,所以Ga、A l不进入9d位置,而择优点据6c位置。
此外,如果一个原子位置被Ga、A l占据,通常由于“拥挤”,它周围的原子位置就较难被其它的Ga、A l占据。
相反,如果某位置不被Ga、A l原子占据,那么它周围的位置就容易被Ga、A l原子占据。
因为9d位置有4个18f近邻位置,所以这些近邻位置就相对容易被Ga、A l原子占据。
表1 Ho2Fe9Ga4A l4晶体结构和磁结构参数Table1 Crysta llograph ic and magnetic structure param eters原子位置占据数x 10-10m y 10-10m z 10-10m m z ΛB 当T=50K时a=b=81738(1)×10-10m、c=121635(1)×10-10mHo(6c)10001350(2)-913(6)Fe(9d)101500150144(23) Ga(18f)016701301(1)000A l(18f)013301301(1)000Fe(18h)101500(1)01500(1)01155(1)0151(28)A l(6c)10001107(1)0R I=4157%R F=2162%当T=300K时a=b=81765(3)×10-10m时、c=121699(4)×10-10mHo(6c)10001353(2)Fe(9d)10150015Ga(18f)016701295(1)00A l(18f)013301295(1)00Fe(18h)101500(1)01500(1)01157(1)A l(6c)10001111(2)R I=5147%R F=3143% 注:R I为积分强度R因子,R F为结构因子;m z为沿c轴方向磁矩对于在低温下样品显亚铁磁性且是单轴各向异性的定性解释如下:样品的磁晶各向异性主要是稀土次晶格贡献的结果。
若稀土的一级磁晶各向常数K1[Ho]>0,则为易轴。
对于R次晶格,如果稀土的二级晶场项对磁晶各向异性起主要作用,根据单离子模型,K1[R]的大小和方向由二级晶场参数A20和二级Steven s系数ΑJ的乘积决定。
即K1[Ho]∝-ΑJ A20,若-ΑJ A20 >0,则Ho次晶格的贡献是易轴的,反之为易面的。
一般来说,在R2Fe17中,A20为小的负值。
而Ho的ΑJ(Ho)=-2122×104,这说明可能是由于Ga、A l对Fe的替代,使A20的符号已由负变正,导致Ho次晶格的贡献为易轴。
A20取决于稀土价电子电荷密度的非球对称性和Ga、A l对Fe的某些特定晶位替代。
由于稀土的价电子与周围近邻原子的价电子杂化,将引起Ho价电子非球对称发生巨大的变化,这种变化强烈地影响着A20的大小和符号。
本实验首次用中子衍射发现了Ho2Fe9Ga4A l4在低温(50K)的单轴磁各向异性。
证明了单轴各向磁异性主要是稀土次晶格贡献的结果,并推测这与Ga、A l择优替代6c位置的Fe有关。
这一发现为稀土永磁系列研究提供了实验数据。
参 考 文 献1 Jacob s TH,Bu schow KHJ,Zhou GF,et al.M agnetic In teracti on s in R2Fe17-x A l x(R=Ho,Y).J M agn M agn M ater,1992,116:220.2 Coey JM D,Sun Hong.I mp rovedM agnetic P roperties by T reatm en t of Iron2based R are Earth In term etallicCompounds in Ammona .J M agn M agn M ater ,1990,87:L 251.3 Sun Hong ,Coey JM D ,O tan i Y ,et al .M agnetic P roperties of a N ew Series of R are 2earth Ironn itrides :R 2Fe 17N y (y ～216).J Phys :Conden s.M atter 1990,2:6465.4 H u BP ,Coey JM D .Effect of H ydrogen on the Cu rie T emperatu re of N d 2(Fe 15M 2);M =A l ,Si ,Co .J L ess 2Common M et ,1988,142:295.5 Coey JM D ,Sun Hong ,O tan i Y ,et al .Gas 2phase Carbonati on of R 2Fe 17(R =Y ,Sm ).J M agn M agn M ater ,1991,98:76.6 Gou C ,Chen D F ,Yan QW ,et al .Pow der N eu tron D iffracti on Studies of the C rystallograph ic andM agnetic Structu res of Ho 2Fe 17-x A l x C (x =4and 7).J Phys :Conden sM atter ,1995,7:837.7 Yan QW ,Zhang PL ,Sun XD ,et al .A N eu tron Pow der D iffracti on Study of the Structu re of Ho 2Fe 17-xGa x C 2(x =410and 515).J Phys :Conden sM atter ,1994,6:3567.8 陈东风,勾 成,孙 凯.用粉末中子衍射研究Ho 2Fe 9Ga 2A l 6和Ho 2Fe 9Ga 6A l 2的晶体结构和磁结构.原子能科学技术,1996,31(1):17.9 勾 成,牛世文,张泰永,等.中子三轴谱仪.原子能科学技术,1988,22(2):151.10 Izum i F .A Softw are Package fo r the R ietveld A nalysis of X 2ray and N eu tron D iffracti on Pattern s .Kobu t 2sugaku Zassh i.1985,17:37.NEUTRON POWD ER D IFFRACT I ON STUD IES OF RARE -EARTHPER M ANENT M ATER I AL :Ho 2Fe 9Ga 4A l 4Chen Dongfeng Gou Cheng Sun Kai(Ch ina Institu te of A to m ic E nergy ,P .O .B ox 275230,B eij ing ,102413)Yan Q i w ei Zhang Pan lin Shen B aogen Gong H uayang(S ta te K ey L abora tory of M ag netis m ,Institu te of P hy sics ,Ch inese A cad e m y of S ciences ,P .O .B ox 603,B eij ing ,100080)R idw an M u jam ilah M arsongkohadi(M a teria l S cience R esea rch Cen ter ,N a tiona l A to m ic E nergy A g ency ,K aw asan P usp ip tek ,S erp ong ,Ind onesia )AB STRA CTT he sam p le of Ho 2Fe 9Ga 4A l 4is p rep ared and the Cu rie tem p eratu re of sam p le is 166K .T he crystallograp h ic and m agnetic structu re of sam p le w as studied by pow der neu tron diffracti on at 50K and 300K .T he atom fracti onal occup ancies of gallium and alum inum and the atom m agnetic m om en ts of Ho and Fe are ob tained by R ietveld analysis p rogram .T he m agnetic structu re of sam p le at 50K show s easy 2ax is an iso trop y .Key words N eu tron diffracti on C rystallograp h ic structu re M agnetic structu re 711第2期 陈东风等:稀土永磁材料Ho 2Fe 9Ga 4A l 4粉末中子衍射研究。
