纳米晶复合永磁材料的交换耦合相互作用和磁性能-物理学进展.PDF

第 2 1 卷 　第 2 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 2 1 ,No . 2 　200 1 年 6 月 PRO GR ESS IN PH YSICS J un . ,200 1 ( ) 文章编号 200 1 020 13 126 纳米晶复合永磁材料的交换耦合相互作用和磁性能 高汝伟 　代由勇 　陈伟 　章亚明 ( 山东大学物理系 ,济南 　250 100) 张茂才 　乔 　王佐诚 (北京科技大学国家新金属材料重点实验室 ,北京 　100083) 李卫 　李岫梅 　王玉山 (钢铁研究总院新材料所 ,北京 　100081) 罗 　军 ( 山东高新磁性材料有限公司 ,济南 　25 1400) 摘 　要 : 　本文介绍了纳米磁性材料晶粒交换耦合相互作用的有关理论 。采用不同模型讨 论了晶粒交换耦合相互作用对纳米单相软磁材料 、永磁材料及双相复合永磁材料磁性能的影 δ ( ) 响 。简述了用 M H 曲线和不可逆磁导率的变化研究晶粒交换耦合相互作用及反磁化过 程的方法 。讨论了合金成分配比、添加元素 、制备及热处理工艺对磁体硬磁性能的影响 。从 理论和实验两方面分析 、研究了纳米复合永磁材料的反磁化过程和矫顽力机制 。 纳米复合永磁材料 ; 晶粒交换耦合相互作用 ;微结构 ;磁性能 ;矫顽力 关键词 : 　 中图分类号 : 　O469 ;O482 . 54 ;O TM273 　　文献标识码 : 　A 0 　引　言 1988 年荷兰菲利浦公司研 究所 的 Coehoom 等人[ 1 ] 用熔体快淬方法制备 出了 N d Fe B 非晶薄带 , 经晶化热处理后得到的各向同性磁粉具有明显的剩磁增强效 4 77 . 5 18. 5 应 ,即 M M / 2 。结构分析发现 ,合金粉末由 10～30 纳米的硬磁性 N d Fe B 相和软磁 r s 2 14 性 Fe B 相构成 。随后的研究指出:纳米晶粒构成的复合永磁材料出现剩磁增强效应是由 3 于晶粒之间的交换耦合相互作用引起的。199 1 年德国的 Kneller 等人[2 ] 从理论上阐述了 软 、硬磁性相晶粒之间的交换耦合相互作用可使材料同时具有硬磁性相的高矫顽力和软 磁性相的高饱和磁化强度 ,因此可具有很高的磁能积 ,有可能发展成为新一代永磁材料 。 1993 年 Skomski 和 Coey 等人[3 ] 指出:取向排列的纳米双相复合磁体的理论磁能积可达 到 1 MJ / m3 , 比目前永磁性能最好的烧结 N dFeB 磁体的磁能积高一倍 。他们的宣言引起 收稿 日期 :2000123 1 基金项 目: 国家自然科学基金资助的研究课题 132 物 理 学 进 展 2 1 卷 了磁学和磁性材料研究工作者的广泛关注 ,纷纷从理论和实验方面开展这一课题的研究 。 几年的研究结果表明:实验上 ,特别是工业生产中制备的纳米双相复合磁体的磁能积与理 论预期值相差很多 ,虽然纳米复合磁体的剩磁有很大提高 ,但是矫顽力下降太多 , 限制了 磁能积的提高 ,导致这类磁体的硬磁性能远低于理论值 。纳米复合永磁材料的磁性能、特 别是矫顽力的研究是 目前磁学和磁性材料研究领域的热门课题 。本文主要介绍了纳米磁 性材料晶粒交换耦合相互作用的有关理论 ,讨论了晶粒交换耦合相互作用对纳米晶单相 磁性材料及双相复合永磁材料磁性能的影响 ,简述了研究晶粒交换耦合相互作用及反磁 化过程