几种磁性材料的相变、熵变和永磁性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 3次 | 上传用户:liongliong570
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本本文文主主要要包包括括针针对对几几种种具具有有不不同同类类型型非非共共线线磁磁结结构构材材料料的的磁磁性性相相变变、熵变及其其内内部部相相互互作作用用机机理理的的研研究究,以及针对高丰度稀土-钴基纳米永磁磁粉与烧结磁体的制备技术、永永磁磁性性能能及及其其反反磁磁化化机机制制的的研研究究。具具有有非非共共线线磁磁结结构构材材料料的的磁磁性性能能不不仅仅丰丰富富多多彩彩,而且对成分、、磁各向异性、外磁场、温度、电流、电电场场甚甚至至制制备备工工艺艺等等因因素素都都极极为为敏敏感感,被被认认为为是是未未来来新新型型磁磁性性功功能能器器件件的的材材料料之之源源,其中所涉及的很多新效应、新新现现象象和和新新原原理理值值得得进进一一步深入研究。本本文文系系统统研研究究了了几几种种具具有有不不同同类类型型螺螺旋旋磁磁结结构构的的Mn32.5Ni32.5Ga35合金、HoMn6-xFexSn6(x=0、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8)和DyCoGe金属间化合物在温温度度与与外外磁磁场场共共同同调调制制下下的的磁磁性性相相变变和和磁磁热热效效应应特特性性,以以及及材材料料的的化化学学成成分分与与制制备工艺对其磁化、反反磁磁化化行行为为和和磁磁畴畴结结构构特特征征的的调调制制作作用用与与机机理理。。稀稀土土元元素素是是磁磁性性材材料料重重要要的的甚甚至至是是不不可可或或缺缺的的组组成成元元素素,我我国国每每年年有有不不少少于于40%的的稀稀土土原原材材料料被被用用于于制制造造永永磁磁材材料料。对于由镨、钕钕基基稀稀土土永永磁磁材材料料消消费费量量的的急剧增加所引起的镧、铈铈等等高高丰丰度度稀稀土土元元素素大大量量积积压压的的问问题题,最最直直接接也也是是最最根根本本的的解解决决途途径径就就是是开开发发含含有有镧镧、铈等高丰度稀土元素的永磁材料,其其中中最最关关键键的的两两个个问问题题是是分分别别由由交交换换作作用用和和磁磁晶晶各各向向异异性性强强弱弱决决定定的的居居里里温温度度和和矫矫顽顽力力。本文以兼具高居里温度和强单单轴轴各各向向异异性性的的CaCu5型轻稀土-钴钴基基化化合合物物为为研研究究对对象象,利利用用表表面面活活性性剂剂辅辅助助球球磨磨与与放放电电等等离离子子体体烧烧结结(SPS)方方法法制制备备磁磁粉粉与与烧烧结结磁磁体体,希希望望通通过过调调控控纳纳米米化化磁磁粉粉的的显显微微结结构构与与工工艺艺参参数数,探探索索新新型型实实用用化化的的高高丰丰度度稀稀土土永永磁磁材材料料的的实实现现途途径径与与永永磁磁机机理理。主主要要研研究究结结果果总总结结如如下下:系统研究了Mn32.5Ni32.5Ga35合金的结构、磁性相变、磁熵变,,特别是磁晶各向异性与温度、成成分分的的依依赖赖关关系系及及其其对对宏宏观观磁磁畴畴结结构构的的影影响响。Mn32.5Ni32.5Ga35合金具有Ni2In型型晶晶体体结结构构,空间群为P63/mmc;从顺磁性到螺旋磁结构的转变温度为350 K,在磁场中,,在341 K以以下下可可以以产产生生双双斯斯格格明明子子的的拓拓扑扑磁磁畴畴结结构构,在1 T与2 T磁场下的最大熵变值分别为0.7 J/(kg·K)和11..44 JJ//((kkgg·K)。由于晶晶粒粒之之间间以以静静磁磁相相互互作作用用为为主主导导,所所以以磁磁晶晶各各向向异异性性对对宏宏观观磁磁特特性性尤尤其其是是磁磁畴畴结结构具有重要的影响。随着温度的降低,Mn32.5Ni32.5Ga35合金的单轴磁晶各向异性常数Ku1不断增大,斜率在102 K和200 K发发生生的的变变化化与与热热磁磁曲曲线线的的自自旋旋重重取取向向特特征征相相一一致致,使得得磁磁熵熵变变曲曲线线在在这这两两个个温温度度出出现现明明显显的的峰峰值值。通过一阶反转曲线((FORC)分析反反磁磁化化过过程程中中的的可可逆逆与与不不可可逆逆成成分分,发现样品的宏观几何尺寸对Mn32.5Ni32.5Ga35的的磁磁化化与与反反磁磁化化行行为为具具有有显显著著的的影影响响。对于截面相同的样品,当当厚厚度度为为0.5 mm时,样样样品品品中中中可可可逆逆逆成成成分分分和和和不不不可可可逆逆逆成成成分分分不不不仅仅仅共共共存存存而而而且且且存存存在在在强强强烈烈烈的的的相相相互互互作作作用用用,而当厚度为0.08 mm时,样样品品中中已已经经不不存存在在不不可可逆逆成成分分。只在厚度为0.5 mm样品中发现的FORC图图所所具具有有的的最最强强峰峰劈劈裂裂特特征征,表明在磁场变化过程中,,样品中发生了某某种种磁磁畴畴结结构构的的产产生生与与湮湮灭灭,由此可以推断,不不可可逆逆成成分分的的存存在在不不利利于于Mn32.5Ni32.5Ga35样样品品中中的的双双斯斯格格明明子子的的产产生生。以Mn-Ho-Mn-Mn-HHoo-Mn层状顺序堆叠的HoMn6-xFexSn6(x==00、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8)材料的磁结构类型取决于Fe的含量。当x≤0.5时,磁磁结结构构主主要要由由Mn(Fe)-Mn(Fe)层层之之间间的的相相互互作作用用决决定定,当x≥0.5时,影影响响磁磁结结构构的的主主要要是是Ho-Mn(Fe)层层之之间间的的相相互互作作用用。当x=0.6时,螺磁-亚亚铁铁磁磁转转变变消消失失,随着温度的升高,由由螺螺磁磁态态直直接接转转变变为为顺顺磁磁态态。当x为0.7和0.8时,HoMn6--xFexSn6(x=0.7、0.8)样样品品在在螺螺旋旋磁磁结结构构中中发发生生自自旋旋重重取取向向。当外磁场为2 T时,xx==0、0.3、0.5、0.6、0.7和0.8样品对应的最大熵变值分别为0.6、0.1、0.3、0.2、0.5和0.2 J/(kg?K)。通过利用SPS的的热热压压烧烧结结过过程程,证明DyCoGe的热热磁磁曲曲线线在在160 K的相变源于样样品品制制备备过过程程中中的的织织构构引引起起的的磁磁各各向向异异性性。SPS烧结过程得到的样品没有明显的织构,因因而而更更接接近近完完全全的的各各向向同同性性。与没有经过SPS烧结样品的磁热效应相比,各各向向同同性性样样品品的的最最大大磁磁熵熵变变数数值值也也有有所所减减小小,当当磁磁场场分分别别为为1 T和2 T时,SPS烧结工艺制备的DyCoGe材料的最大磁熵变分别为1.8 JJ//((kkgg?K)和4.7J/(kg?K)。通过表面活性剂辅助球磨方法制备了(La,Ce)Co5和MMCo5纳纳米米薄薄片片,厚度呈不对称的高斯型分布,,低于平均粒径的颗粒数量多,高高于于平平均均粒粒径径的的颗颗粒粒数数量量少,最小厚度分别为45 nm和20 nm;室温矫顽力分别可以达到437 kA/m和469kA/m,最大剩磁比分别为0.75和0.71。利用此纳米薄片状颗粒,,通过SPS烧结过程制备了(La,Ce)Co5和MMCo5烧结磁体,其中,(La,Ce)Co5烧烧结结磁磁体体的的矫顽力仅为127 kA/m,剩磁比为0.27,而MMCo5烧结磁体的矫顽力低于40 kA/m,剩磁比为0.20。这些结果显示可以实用化的高丰度稀土-钴基永磁材料的实现途径还需要进行更多的深入探索。
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