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纳米晶SmCo二元系永磁体的制备与研究

许刚  
【摘要】: 稀土永磁材料是一种重要的基础功能材料,广泛应用于计算机、网络、通信、航空航天、交通、办公自动化、家电、医疗保健的高新技术领域。现代工业的发展以及航空航天事业的突飞猛进将稀土永磁材料推向更广阔的使用场合,使用条件也越来越高,因而对高磁性能、高使用温度的永磁体有越来越强烈的需求。虽然SmCo系二元合金1:5,2:17二元相已经早已有所研究,但是研究的范围大多是在微米尺度下的结构及其磁性能,而在进入纳米尺度条件下,它们的结构和磁性能将有别于以往的研究;并且希望通过改良制备工艺获得较好性能的纳米晶烧结磁体。另外,传统的制备工艺下较难获得亚稳相,随着人们对亚稳相的认识进一步的深入,以及对亚稳相特殊功能的需求,越来越多的研究者投入对亚稳相的研究,例如:SmCo系1:7,1:13相; 1:13相被预测在SmCo系具有最高磁晶各向异性场及最高的居里温度,将是永磁材料的一大突破。 新的放电等离子烧结技术(SPS)具有烧结速度快,烧结温度低(比传统烧结温度低几百度),能效比率高,环保等特点,利用低温烧结抑制晶粒长大,可加压使材料高致密化,从而获得高致密的烧结块体。SPS快速非平衡烧结技术为Sm-Co体系高温永磁体的研究带来了新气象。本文应用SPS特殊的烧结工艺,结合通过快淬-高能球磨法制备的非晶粉末,在680-720℃、500MPa、保温3分钟的工艺条件下原位烧结,较好控制了非晶晶化的成相过程,成功制备了纳米晶SmCo二元系SmCo_5、Sm_2Co_(17)以及SmCo_(13)等烧结磁体。 使用XRD衍射分析了化合物SmCo_5、Sm_2Co_(17)、SmCo_(13)的晶体结构,并确定烧结磁体晶粒尺寸以及分析晶体结构和性能的影响。采用透射电子显微镜(TEM)观察了磁体的微观结构。采用物理性质测量系统(PPMS)测试磁体的磁滞回线,确定磁体的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等性能,观察到纳米晶磁体的剩磁增强效应;并通过剩磁曲线δM-T的变化趋势,表现出纳米晶间强交换耦合作用。测得室温下SmCo_5磁体具有高矫顽力2.85T,Sm_2Co_(17)磁体有0.87T的矫顽力,SmCo_(13)具有高达0.9T的剩磁及0.39T的矫顽力。使用振动样品磁强计(VSM)测试磁体在不同温度下的磁滞回线,计算其矫顽力温度系数。结果表明,SmCo_5磁体的矫顽力温度系数为-0.146%/℃,说明SmCo_5纳米晶烧结磁体具有良好的高温磁性能。


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