釓、鋱、鏑納米晶塊體材料的結(jié)構(gòu)、磁性及電輸運(yùn)性能研究.pdf

1、重稀土釓、鋱、鏑是一組具有豐富磁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性金屬元素。它們在永磁材料、磁致伸縮材料、磁光材料以及室溫區(qū)磁制冷材料等多種磁性功能材料中有著廣泛的應(yīng)用。特別是近年來,納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展使得具有納米結(jié)構(gòu)的釓、鋱、鏑金屬及以之為主要成分的化合物受到廣泛的關(guān)注。但是至今為止,制備技術(shù)上的限制使人們很難獲得全致密的釓、鋱、鏑金屬納米晶塊體材料,對于這類塊體材料在結(jié)構(gòu)納米化后物理性能的變化更是知之甚少。據(jù)此,本研究利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(Spark

2、 Plasma Sintering,簡稱SPS技術(shù))的獨(dú)特優(yōu)勢,制備出了晶粒度可控的全致密釓、鋱、鏑金屬納米晶塊體材料。在此基礎(chǔ)上,研究了材料的結(jié)構(gòu)特征及其對材料磁性、電輸運(yùn)特性等物理性能的影響。 首先,采用機(jī)械合金化和放電燒結(jié)的方法,制備出了晶粒度可控的全致密的釓、鋱、鏑金屬納米晶塊體材料。系統(tǒng)研究了球磨工藝和SPS燒結(jié)工藝對合金的晶體結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)在球磨過程中,三種金屬的平均晶粒尺寸均出現(xiàn)了先減小后增大的變化過程。

3、隨后采用SPS技術(shù)將具有最小晶粒度的球磨粉末燒結(jié)成全致密的塊體材料。晶體結(jié)構(gòu)測試發(fā)現(xiàn)三種元素均保持了粗晶狀態(tài)的密排六方結(jié)構(gòu)。顯微組織觀察發(fā)現(xiàn),所制備的塊狀釓、鋱、鏑金屬均為納米晶組織。其平均晶粒尺寸隨著燒結(jié)溫度的升高而逐漸變大,從而實(shí)現(xiàn)了材料晶粒度的可控。 隨后,系統(tǒng)研究了具有不同晶粒度的全致密的釓、鋱、鏑金屬納米晶塊體材料的磁性轉(zhuǎn)變、磁特性參量及電輸運(yùn)特性。研究發(fā)現(xiàn),材料結(jié)構(gòu)的納米化對其上述物理性能具有重要的影響,且三種金屬的

4、物理性能隨其晶粒尺寸的變化表現(xiàn)出基本類似的變化規(guī)律： 第一,隨著晶粒度的變小,材料發(fā)生奈爾轉(zhuǎn)變和居里轉(zhuǎn)變的溫度有所下降； 第二,材料的磁化強(qiáng)度隨著其晶粒度的減小而顯著降低,但矯頑力則增高； 第三,材料的電阻率隨著晶粒度的下降而顯著升高,特別是在低溫區(qū)(5K),其電阻率升高幅度高達(dá)10倍以上。 分析發(fā)現(xiàn),造成三種元素的物性發(fā)生上述顯著變化的主要原因是隨著晶粒度的減小,材料內(nèi)部晶界所占比例顯著升高,一方面,這