nd-fe-b基纳米复合永磁材料矫顽力及其机制的研究进展

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1、万方数据第39卷2010笠第10期10月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERIAISANDENGINEERING、，01．39．No．10October2010Nd．Fe．B基纳米复合永磁材料矫顽力及其机制的研究进展李柱柏1，一，刘新才1，潘晶1，张辉1，张文旺1，2(1．宁波大学新型功能材料及其制备科学国家重点实验室培育基地，浙江宁波31521I)(2．宁波大学理学院，浙江宁波315211)摘要：重点探讨Nd．Fe．B基纳米复合永磁材料晶间交换耦合作用对有效各向异性和矫顽力的影响，对Nd．Fe．B基纳米复合永磁材料矫顽力机制进行讨论分析。硬磁相之间的

2、耦合在反磁化场作用下将促进畴壁位移和磁距反转，不利于提高纳米复合永磁材料的矫顽力，在晶问形成适当的非磁性相减弱硬磁相之间的耦合作用可一定程度地提高纳米复合永磁材料矫顽力。除形核场，自钉扎作用外，晶粒内部缺陷的钉扎效应能阻止反磁化畴壁的位移，可进一步提高纳米复合永磁材料矫顽力。关键词：纳米复合磁体；交换耦合：各向异性：晶间相；矫顽力中图法分类号：TM273文献标识码：A文章编号：1002一185X(2010)10．1868—07纳米晶高各向异性能的硬磁材料和高饱和磁极化强度的软磁材料结合在一起能产生交换耦合作用，出现明显的剩磁增强效应[1】。当材料的纳米结构满足理

3、想模型的条件时，即晶粒尺寸处于纳米级、软磁相晶粒尺寸不超过软硬磁相交换耦合长度、晶粒形状规则分布均匀、硬磁相晶粒取向排列、软硬磁相充分交换耦合，纳米双相复合永磁材料磁能积理论上可达到1090kJ／m3，即为每立方米兆焦耳级【2】，远远高于目前广泛应用的永磁性能最好的、无软磁相的烧结Nd—Fe．B基永磁材料的磁能积。10多年来，实验室制备的Nd-Fe—B基各向同性纳米复合材料的剩磁较高，但矫顽力较低，一般约为0．3—0．4T，磁能积一般不超过200kJ／m3；通过热压热变形的方法制备出各向异性Nd．Fe．B基复合磁体，矫顽力和磁能积有较大程度地提高，最大磁能积为4

4、38kJ／m3[引，但软磁相的含量较低(一般小于4％)。当提高软磁相含量时，磁体的矫顽力和磁性能急剧降低。与理论模型相比较，纳米复合永磁材料磁性能低，其中矫顽力过低、且过低的矫顽力导致磁体的磁能积过低，究其原因一般认为，永磁材料的实际纳米结构不能满足理想模型的条件。人们通过优化工艺、探索各种方法使材料最大程度地满足理想模型的条件。如添加替代元素或掺杂元烈4一‘71(Pr、Dy、Nb、Cu、Zr、Co、Ga、Ti等)可以细化晶粒；对快淬工艺、退火工艺(如在脉冲磁场下退火【8】)进行改进可改善微观结构，这些方法都能一定程度地提高纳米复合永磁材料的矫顽力，但磁性能还是

5、和理论值相差很远。基于上述事实，人们为探索纳米复合永磁材料矫顽力低的原因，重新对前期的理论进行审视和分析，为进一步提高矫顽力和磁能积提供理论基础和实验途径。1交换耦合作用对矫顽力和各向异性常数的影响1．1交换耦合作用对纳米晶单相磁性材料矫顽力的影响R．Fischer等【9】采用有限元法对纳米晶单相各向同性磁性材料的交换耦合作用对矫顽力的影响进行了微磁计算研究，一方面磁晶的各向异性作用使品粒的磁矩沿自身的易磁化轴方向排列；另一方面，晶间交换耦合作用是短程作用，该作用使晶粒磁矩偏离自身易磁化轴方向而沿耦合方向排列，因此两者是相对矛盾的。当相的交换常数较小时，晶间耦合

6、可忽略。每个晶粒的磁矩反转过程是独立的，主要由自身的各向异性作用决定；随着交换常数的增大，晶粒之间相互收稿日期：2009．10．28基金项目：国家基础研究前期专项(2004CCA04000)：国家自然科学摹金(50744014)：浙江省科技厅项目(2008C11086．1和2008C21046)：浙江省自然科学基金0(406389)；宁波市科技局项目(20068100054)：新型功能材料及其制备科学国家重点实验室培育基地开放基金；宁波大学王宽诚幸福基金作者简介：李柱柏，男，1975年生，硕士生，宁波大学材料科学与化学工程学院，浙江宁波315211；通讯作者：刘

7、新才，教授，博导。电话：0574．87600392，E-mail：liuxincai@nbu．edu．cn万方数据第lO期李柱柏等：Nd-Fe-B基纳米复合永磁材料矫顽力及其机制的研究进展·1869·耦合；各向异性作用和交换耦合作用相互竞争影响晶粒的磁矩方向的转交难易程度。当某一个晶粒的磁矩发生反转时，在交换耦合的作用下邻近晶粒的磁矩反转变得更加容易，从而使矫顽力降低；当交换常数继续增大时，交换耦合范围不再局限于临近的晶粒，晶粒的磁矩反转将更为一致，宏观上磁体的矫顽力会更低。如图1所示，材料的矫顽力随交换耦合常数A的增大而先缓慢下降，当A增大到一定程度时，矫顽力

8、快速下降。矫顽力快速下降