新型Nd2Fe14B-α″-Fe16N2納米復合材料磁性能的研究.pdf

1、稀土永磁材料在我們的生活中扮演著重要的角色，被普遍應用于汽車、醫(yī)療、電子、能源、交通運輸?shù)戎T多行業(yè)。隨著生活水平的提高、科學技術的飛速發(fā)展，人們對材料性能的要求愈來愈高。納米復合體是一種新型的稀土永磁材料，這種材料結合了軟磁材料的高飽和磁化強度與硬磁材料的高磁晶各向異性，在納米尺度范圍內(nèi)通過軟、硬磁兩相晶粒間的交換耦合作用來獲得優(yōu)越的磁性能。納米復合永磁材料與傳統(tǒng)的磁性材料相比具有諸多優(yōu)點，如極高的理論最大磁能積、高剩磁比、較低的稀土含

2、量和低造價等，因而具有很高的實用價值和應用前景，將有可能發(fā)展為新一代高性能稀土永磁材料。納米復合永磁體的種類豐富多樣，不同種類的材料呈現(xiàn)出高低不同的磁性能。由于α''-Fe16N2具有巨飽和磁化強度，是良好的軟磁備選材料，Nd2Fe14B具有大的磁晶各向異性，若將α''-Fe16N2和Nd2Fe14B通過納米耦合來獲得大的磁能積，將可以在滿足使用需求的同時大大節(jié)省稀土用量。本文以Nd2Fe14B/α″-Fe16N2為研究對象，模擬研究了

3、易磁化軸與外場存在夾角β時的磁滯回線、磁化反轉過程和磁能積。并且在微磁學理論的基礎上系統(tǒng)的研究了雙層膜及多層膜體系的磁性能隨著軟、硬磁層厚度、體系厚度與體系層數(shù)的變化關系以及不同外場下磁矩的角度分布情況。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)易軸偏角β在磁矩反轉過程中發(fā)揮著重要的作用。當β=0°時，成核場和矯頑力會隨著軟磁相厚度Ls的增大逐漸減小。當β≠0°時，因為外場和易軸之間有夾角β的存在，磁矩在磁晶各向異性能的作用下偏離外場方向，所

4、以整個磁矩翻轉過程中，不會有明顯的成核現(xiàn)象出現(xiàn)。磁矩隨著外場的減小逐漸偏離初始方向。若軟磁相厚度固定，剩磁和矯頑力隨著易軸偏角β的增大而減小，同時磁滯回線的方形度逐漸降低，導致磁能積隨β的增加而迅速減小。
　　(2)以硬、軟磁層厚度為主要參變量，研究了易軸平行于薄膜平面時Nd2Fe14B/α″-Fe16N2磁性雙層膜的磁滯回線及磁矩分布。研究結果表明硬、軟磁相的厚度對雙層膜磁性能均有很大的影響。隨著硬磁層厚度 Lh的增加，雙層膜的

5、剩磁Mr和最大磁能積(BH)max逐漸降低，而矯頑力變化不大，在硬磁層厚度為2.5 nm時，(BH)max達到最大值。固定硬磁層厚度不變，隨著軟磁相厚度 Ls的增加體系剩磁呈逐漸遞增的趨勢；而對于矯頑力來說，雙層膜的矯頑力隨 Ls的增大先快速減小，然后變化逐漸趨于平緩；而最大磁能積先快速增大，然后又逐漸降低，在軟磁層厚度為4 nm時，雙層膜的磁性能最佳，此時最大磁能積為110.79 MGOe。因此，只有當硬、軟磁層的厚度比例合適時，才能

6、得到磁性能最好的雙層膜。
　　(3)研究了多層膜體系的磁性能隨著體系厚度與體系層數(shù)的變化情況。在相同層數(shù)的情況下，體系的剩磁、矯頑力以及最大磁能積均隨著磁層總厚度L的增加而減小；當多層膜總厚度固定不變時，隨著磁層層數(shù)的增大，即每一層的厚度減小，多層膜的剩磁和最大磁能積都逐漸增大，當層數(shù)增加(磁層厚度減小)到一定值時，進一步增加層數(shù)多層膜的剩磁和最大磁能積趨近于定值。由此可見，多層膜的總厚度及層數(shù)對體系的磁性能起非常重要的作用。軟、