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《山东大学》 2005年
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纳米复合永磁材料的交换耦合作用与矫顽力

冯维存  
【摘要】:纳米复合永磁材料由软、硬磁性相在纳米尺度内复合而成。由于晶粒间的交换耦合相互作用,纳米复合永磁材料呈现出明显的剩磁增强效应和单相铁磁性特征。理论研究表明:软、硬磁性晶粒纳米尺度内的交换耦合可使材料同时获得软磁性相的高饱和磁化强度和硬磁性相的高矫顽力,从而实现很高的磁能积(1MJ/m~3)。但多年的实验研究表明:尽管此类材料的剩磁有很大提高,但矫顽力下降太多,致使这类材料的磁能积远低于理论值。究其原因:一方面,理论上计算模型过于简单;一方面,实验上难以制备出晶粒细小、均匀的纳米晶磁体。实验与理论的极度反差导致了上个世纪末有关纳米复合永磁材料的研究一度收缩,而近两年美国Dayton大学S. Liu等人对采用热压、热变形方法所制备的45MGOe纳米复合永磁体的报道再度激起人们浓厚的兴趣。 根据传统的铁磁学理论,当晶粒尺寸低于单畴粒子的临界尺寸时,晶粒将处于超顺磁状态,这显然不能解释纳米结构永磁材料硬磁性能随晶粒尺寸的变化关系。实验研究表明:纳米结构永磁材料的剩磁随晶粒尺寸的减小而增强;而矫顽力与晶粒尺寸之间却不是单调的变化关系,对于不同的相组成,矫顽力呈现不同的变化特征(单相硬磁材料的矫顽力随晶粒尺寸减小而减小,软、硬复合材料的矫顽力则呈现出增加,或者出现极值现象)。 为揭示纳米复合永磁材料中磁性特征的晶粒尺寸效应,国内外许多磁学和磁性材料工作者采用各种理论模型和模拟方法,对纳米单相及复合永磁材料的结构和磁特性展开了研究。其中对矫顽力机理的表述一直是理论研究的焦点。基于传统烧结磁体矫顽力的表达式,Kronmuller等人以及Zhang等人采用插入交换耦合系数的方式来描述纳米复合永磁材料的晶粒尺寸效应。实验表明,纳米复合永磁材料的性能不仅仅与晶粒尺寸的大小有关,还受到两相分数以及相分布的影响。因此,我们认为纳米复合永磁材料作为一个包含不同晶粒尺寸、两相分数以及相分布的复杂系统,其矫顽力的变化不仅要体现晶粒尺寸的影响,还要体现两相分数及相分布规律的影响。 由Alben等人提出、被Herzer应用于揭示纳米软磁材料优异性能的随
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TM273

【引证文献】
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