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1、第14卷 第3期粉末冶金工业Vol.14No.32004年6月POWDERMETALLURGYINDUSTRYJun.2004纳米复合磁体的开发动向罗 阳(IEEETC215永磁委员会,北京100081)摘 要:本文从纳米复合磁体的概念入手,综合评述了近年纳米复合磁体的研究结果和开发动向,重点介绍了Fe3B/Nd2Fe14B系复合磁粉SPRAX的制备工艺,纳米晶结构和性能特征。关键词:纳米复合磁粉,Fe3B/Nd2Fe14B磁体,快速凝固中图分类号:TF125.8文献标识码:A文章编号:1006-6543(2004)03-0029-06DEVELOPMENTTRENDOFNANOCOMP
2、OSITEMAGNETLUOYang(IEEETC215PermanentMagnetCommittee,Beijing100081,China)Abstract:Recentresearchanddevelopmentofnanocompositemagnetwerepresented.Theempha2siswasputonthemanufacturingpractice,nanostructureandpropertiesofFe3B/Nd2Fe14BsystemcompositemagnetpowderknownasSPRAX.Keywords:nanocompositemagn
3、etpowder;Fe3B/Nd2Fe14Bmagnet;rapidsolidification1 纳米复合磁体概念软磁具有高的饱和磁化强度(J),极低的矫顽力(Hc),硬磁则与之相反。软磁材料,在极低的磁场(H)下,其磁感(J)即达到饱和(Ms)。反之,硬磁材料的J远低于软磁,但其Hc极高,一旦磁化后,要使磁感J为零,则需加极高的反向磁场(Hc),Hc即矫顽力)。图1 软磁性相与硬磁性相的机械混合体模型(a)及其退磁曲线(b)常久以来,人们就期望能以某种特殊的工艺使软磁与硬磁相结合,即使材料兼有软磁的高饱和磁1991年E1F1Kneller提出了基于邻相间原子磁[1]化强度和硬磁的高矫
4、顽力,从而开劈出一条创造理矩交换相互作用的纳米复合材料的理论模型。想磁性材料的新途径。其中心思想是用硬磁相将紧邻的软磁相磁化,软磁但将软磁性相与硬磁性相简单地机械混合(如相被紧邻的硬磁相磁化。当软磁性相的尺寸足够图1),并不能保持两者各自的优点。此种混合体的小,小到与其畴壁厚度(纳米量级)相当时,则软磁性退磁曲线是一条紧贴J轴与H轴的下凹曲线,其剩相与硬磁性相之间产生“原子磁矩交换相互作用”,磁与矫顽力都远不及单一相原有的,特别是矫顽力软磁相的磁矩被硬磁相的磁矩通过原子磁矩交换相的衰退尤为明显。互作用而耦合在一起,即被磁化,从而表现出单一的收稿日期:2003-08-25作者简介:罗阳(1
5、934-),男(汉),云南昆明市人,研究员,IEEETC-15永磁技术委员会委员,长期从事硬磁材料研究与开发工作。 粉末冶金工业 第·30·14卷硬磁特性。此种相互作用也可理解为弹簧的机械耦表1 纳米复合材料中两相尺寸差异对软磁性合,故又称“交换弹簧磁体”。此种双相材料既能充相磁化体积百分率的影响分保持软磁相原有的高饱和磁感强度,又能充分发硬磁相一维软磁相一维硬、软磁一维软磁被硬磁磁化尺寸/nm尺寸/nm尺寸之比的体积百分数/%挥硬磁相的高矫顽力,从而创造出兼有成分相各自201001:5<016
6、优点的新型材料。20501:215<5要实现邻相间有效的原子磁矩交换相互作用,20301:115<2220251:1125<38其必要条件有3:20221:111<55(1)两个相的尺寸必需达到纳米的量级,严格地说,各相的尺寸应相当于成分相的磁畴畴壁厚度。Nd[2]2 纳米复合材料2Fe14B晶体单畴的平均畴宽为117μm,而畴壁厚度是单畴畴宽的百分之一(约17nm),原子磁具有高饱和磁化强度的软磁性相和具有高矫顽矩的有效作用范围仅限于畴壁厚度。力的硬磁性相按上述3个条件(即纳米量级的尺寸、(2)两相的体积分布必须均匀,不能出现偏析。彼此均匀而弥散的分布、两相尺寸基本一致)相结这样才能保
7、证软磁相被紧邻的硬磁相充分而完全地合,才可能出现纳米复合磁体。磁化。自从纳米复合磁体的概念出现后,人们即进行(3)两相的尺寸分布必须均匀,尺寸大小差别不了种种探索,包括制备工艺、材料成分、相的组分等能过大;否则相邻相间的磁性耦合不完全。等。熔体旋淬仍是最普遍使用的制备工艺,报道过符合上述条件的纳米复合磁体理想模型及其退的材料相组分有α:2Fe/Nd2Fe14B;Fe3B/Nd2Fe14B;α2磁曲线示于图2。Fe/SmFeN;(Co
