高丰度稀土永磁材料的内禀磁性和矫顽力机理研究

发布时间：2020-07-12 17:40

【摘要】：高丰度稀土永磁材料是一种重要的功能材料并且广泛应用于日常生活的各个方面,受到人们的关注。材料的内禀磁性及其随温度的变化关系研究对于磁体成分的设计、工艺条件的优化、适用的温度区间以及材料性价比等都有极为重要的意义。充分了解高丰度双主相烧结磁体的矫顽力机制对双主相烧结磁体的生产制备和性能调控以及新材料的开发都具有非常重要的指导意义。采用双主相方法制备含混合稀土的稀土永磁材料,不仅能够充分利用各种稀土资源,还能减少稀土分离造成的环境污染,节约原材料成本。本文研究了MM_(13)Fe_(81)B_6(混合稀土MM的成分为La_(28.2)Ce_(52.0)Pr_(5.1)Nd_(14.7))合金的内禀磁性能和双主相MM_(14)Fe_(79.9)B_(6.1)/Nd_(13.5)Fe_(80.5)B_6烧结磁体的永磁性能及其矫顽力机制,并对烧结磁体不同初始状态的磁化过程与磁畴的关系进行了分析,得到的主要结果如下:用电弧熔炼法制备了MM_(13)Fe_(81)B_6合金,通过GSAS精修拟合XRD图谱得出MM_2Fe_(14)B的晶格常数a=b=0.8780 nm,c=1.2185 nm,稍低于Nd_2Fe_(14)B的值。通过趋近饱和定律拟合得到300 K时MM_2Fe_(14)B晶体的饱和磁化强度为27.36μ_B/f.u.,其随温度的变化规律与Nd_2Fe_(14)B类似。利用分子场模型拟合了MM_2Fe_(14)B的饱和磁化强度与温度的关系,拟合值与实验结果具有相同的变化趋势。使用粉末取向法制备了具有良好c轴排布的多晶取向样品。根据磁体难轴方向磁化过程中的能量关系,通过多种办法拟合得到300 K时MM_2Fe_(14)B的磁晶各向异性场μ_0H_a=4.2 T,磁晶各向异性常数K_1=1.39×10~6 J/m~3,K_2=4.2×10~5 J/m~3。利用单离子各向异性理论拟合得到MM_2Fe_(14)B晶体不同温度的磁晶各向异性常数与实验值非常接近,其变化关系与Nd_2Fe_(14)B类似。随着温度的降低MM_2Fe_(14)B磁体在74 K会出现自旋重取向现象,10 K时自旋重取向角度达到18°。MM_2Fe_(14)B磁体的居里温度为488 K,说明磁体可以应用于室温环境。用双主相方法制备了MM_(14)Fe_(79.9)B_(6.1)/Nd_(13.5)Fe_(80.5)B_6的比例依次为0:100、20:80和30:70的烧结磁体。磁体主要包含2:14:1主相,仅含少量α-Fe相,并且不同成分的磁体具有几乎相同的晶粒取向度,标准差大约为14°。Nd_2Fe_(14)B的居里温度为T_C=585.2 K。当混合稀土MM占稀土总量的20.2 at.%和30.3 at.%时,磁体具有三个不同的磁相变温度T_(C1)、T_(C2)和T_(C3),依次为509.4 K、565 K、573.2 K和508.8 K、555.2 K、568.8 K。随着混合稀土含量的增加,磁体内部晶界相的含量增加,其分布的不均匀程度增加,磁体的永磁性能逐渐下降,并且磁体内部的交换耦合作用变弱,反磁化过程变得更加不一致。随着温度的升高,磁体的永磁性能变弱,退磁曲线的方形度变差,磁体内部晶粒的反磁化过程和晶粒之间的相互作用发生明显变化。温度越高,磁体中不同晶粒的反磁化过程变得越独立,晶粒之间的交换耦合作用变弱,反磁化过程更加不一致。双主相磁体在不同温度具有不同的矫顽力机制,200 K时磁体接近于形核型,而380 K时畴壁钉扎型占据主导地位;300 K的反磁化过程相对复杂,形核和钉扎两种矫顽力机制可能共存,磁体的反磁化过程不能用单一的矫顽力机制描述。300 K的角度FORC和SORC分布曲线证实,磁体确实具有两种类型的反磁化机制。利用磁光克尔显微镜观测了不同初始状态下不同成分烧结磁体的磁畴状态发现,热退磁状态时磁体内部晶粒为多畴状态,交流退磁状态的晶粒则几乎为单畴结构。热退磁起始磁化过程的回复曲线反映晶粒内部磁畴壁移动和消失的具体情况,而退磁回复曲线则体现晶粒的磁化反转和晶粒之间的相互作用情况。交流退磁起始磁化的回复曲线和退磁回复曲线说明相同的磁性质,都体现了磁体内部晶粒的磁化反转和晶粒之间的相互作用情况,并且退磁过程回复曲线与磁体的初始状态无关。热退磁的小回线出现明显的不对称性,不同磁场下小回线的变化过程比较复杂,这是由于磁体内部晶粒从多畴转变为单畴和单畴晶粒反磁化过程混合交叠发生造成的。交流退磁的小回线具有很好的对称性,反映的是磁体内部晶粒的磁化反转和晶粒之间的相互作用情况。热退磁状态的回复曲线和小回线过程相互等价,体现相同的磁性质。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM273
【图文】：

示意图,磁滞回线,示意图,矫顽力机理

高丰度稀土永磁材料的内禀磁性和矫顽力机理研究中国科学院大学博士学位论文或磁感应强度 B 随外磁场的变化曲线。从退磁状态开始磁化至饱和场的曲线称为起始磁化曲线。如图 1.1 所示，通过技术饱和磁滞回线可以得到永磁材料的部分技术磁参量，如：内禀矫顽力、剩磁、最大磁能积等。

饱和磁极化强度,各向异性常数,磁性材料,单轴

.1.1.6 温度系数永磁材料的磁性能在外界环境温度发生变化时也会变化，这种变化的程度温度稳定性，是衡量永磁材料高温环境应用的重要指标。为了方便描述温度性，人们引入了温度系数的概念，即单位温度变化引起的性能改变的百分比性材料一般具有负的温度系数。永磁材料的内禀矫顽力和最大磁能积是衡量材料性能的最关键指标，因而剩磁和矫顽力温度系数最受关注[7]。磁温度系数： m= r( ) r(T0) r(T0)( 0)× 100%.............................................(1顽力温度系数： h= c( ) c(T0) c(T0)( T0)× 100%...........................................(1中，Br(T)、Hc(T)依次是温度为 T 时的剩磁和矫顽力，m和 βh依次对应磁体度 T 到 T0之间的剩磁和矫顽力温度系数。

永磁材料,演变过程

第 1 章绪论磁硬化因子。满足 k >1 的材料可以克服任意形状产生的退磁的磁化强度，可以作为永磁材料。k 在 0.5 到 1 之间的材料称于 0.5 的材料则为软磁材料，具体材料分类如图 1.2 所示。磁材料的发展历程材料具有一定的矫顽力，充磁后的磁体能够保持较强的磁性，矫顽力的反向磁场的退磁作用。因而永磁体能够对外提供一定这些性质使得永磁材料广泛应用于能源动力和自动化控制等领，永磁材料的不断发展对科技的进步和生产力的发展起到了重磁材料的具体发展过程如图 1.3 所示。

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