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《纳米硬磁相耦合永磁体的有效各向异性与矫顽力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第32卷第4期北京化工大学学报Vol.32,No.42005年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY2005纳米硬磁相耦合永磁体的有效各向异性与矫顽力谢超然(北京化工大学理学院,北京100029)摘要:通过建立球状晶粒模型,研究了纳米硬磁相晶粒之间的交换耦合相互作用对晶粒有效各向异性和矫顽力的影响,结果表明随着晶粒直径的减小,晶粒之间的交换耦合相互作用将随之增强,而材料的有效各向异性和矫顽力将逐渐下降。为了保证材料具有较高的各向异性和矫顽力,晶粒的直径应该大于20nm。同时,通过与实验数据的拟合,得到了矫顽力的最佳计算公式(Hc=0132×
2、2Keff/Js)。关键词:纳米硬磁相耦合永磁体;交换耦合相互作用;有效各向异性;矫顽力中图分类号:O482154;TM273式中,A为交换积分〈,K〉为铁磁交换长度各晶粒引言各向异性的平均值,即有效各向异性常数〈,K〉的数[1]Coehoorn等用熔体快淬法制得Nd4Fe7715值与晶粒直径相对铁磁交换长度的比值有关3/2B1815非晶薄带,经晶化热处理后得到的各向同性纳〈K〉=K1(D/Lex)(2)米磁粉具有明显的剩磁增强效应。研究表明:纳米式中,K1为材料的第一磁晶各向异性常数,D为晶晶粒构成的复合永磁材料出现剩磁增强效应由晶粒粒直径。[223]当D小于L之间的交换耦合相互作用引起。K
3、neller等从理ex时,由于晶粒之间充分的交换耦论上阐述了软、硬磁性相晶粒之间的交换耦合相互合作用,晶粒磁矩取向取决于交换耦合相互作用与作用可使材料同时具有硬磁性相的高矫顽力和软磁磁晶各向异性的平衡,经过迭代计算可得463性相的高饱和磁化强度,具有很高的磁能积,有可能〈K〉=K1×D/A(3)成为新一代永磁材料。虽然纳米复合磁体的剩磁有当DnLex时,随晶粒直径减小,有效各向异性了很大的提高,但矫顽力下降太多,致使磁体的磁能将急剧下降,其影响可以忽略不计,此时材料的畴结积尚未达到烧结磁体的磁能积的1/2,远低于理论构由交换耦合相互作用与静磁相互作用共同决定,值。作为磁性材料磁性能重要指标的矫
4、顽力与材料矫顽力和剩磁均趋近于零,材料表现优异的软磁性。[4]的各向异性常数有着密切的联系。本文从Herzer对于单相硬磁性材料,随着晶粒直径减小到纳关于纳米软磁性材料随机各向异性模型出发,对纳米量级时,晶粒之间的交换耦合相互作用将逐渐增[5]米硬磁性材料的有效各向异性常数进行了研究和计强,有效各向异性也会急剧减小。Schmidts等指算,以期为纳米磁性材料的研究提供参考数据。出硬磁性小晶粒具有的单畴行为的临界直径Lcrit与铁磁交换长度Lex之间满足关系:Lcrit=10Lex。因1纳米硬磁性相材料的交换耦合相互此,根据Herzer的随机各向异性模型,用Lcrit替代作用与有效各向异性Lex
5、,根据(3)式可以计算出硬磁性晶粒的有效各向Herzer的随机各向异性模型指出:纳米软磁性[6]异性常数〈K〉随D的变化。表1为Schrefl等人材料晶粒之间的交换耦合相互作用的影响范围(即给出的磁性相Nd2Fe14B的内禀磁性参数(Js为磁场铁磁交换长度Lex)可表示为强度,K2为第二磁晶各向异性常数)。1/2Lex=(A/〈K〉)(1)表1Nd2Fe14B的内禀磁性参数Table1MagnetismparameterofNd2Fe14B收稿日期:2004211222-3-3J/TA/(pJ/m)K1/MJ·mK2/MJ·ms作者简介:男,1972年生,讲师415016611611215E2
6、mail:xiecr@mail.buct.edu.cn第4期谢超然:纳米硬磁相耦合永磁体的有效各向异性与矫顽力·71·将它们的第一磁晶各向异性常数K1及交换积3Keff=∫Ψ(r)K1(r)Ψ(r)dr=〈K1(r)〉=分A代入(1)式,可以计算出硬磁相Nd2Fe14B的铁fsKs+fhKh(6)磁交换长度为1167nm。对于不同的D,应用(3)式式(6)中,Ks,Kh分别表示软、硬磁性相的各向异性可以计算出硬磁性晶粒的有效各向异性常数随D常数,fs,fh分别表示软、硬磁性相的体积分数(fs=的变化(如表2所示)。1-fh)。可以得到单相纳米磁性材料的有效各向异表2硬磁性Nd2Fe14B的有效
7、各向异性常数与D的关系性常数为Table2DependenceofeffectiveanisotropyconstantofKeff=〈fK1〉+f〈′K′1〉(7)Nd2Fe14BonthegrainsizesD式中,f,f′分别表示晶粒直径小于和大于铁磁交换D/nm6810121416长度Lex的晶粒的体积分数(f=1-f′)。〈Kh〉/(MJ/m)0197114921092174314641
