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稀土—铁金属间永磁化合物间隙原子效应的研究

杜红林  
【摘要】: 利用中子衍射、X射线衍射、气固相反应分析、宏观磁性测量等实验手段以及磁晶各向异性和电子能带结构计算等,较为系统地研究了间隙氮、碳、氢原子对R2Fe14B、Pr(Fe,V)12、R(Fe,Mo)12和R(Fe,Si)11Cx(R=Y、Nd、Pr、Ce)几种类型化合物结构与磁性的影响,得到了以下结果: (1)在R2Fe14BNx和Y2Fe14BHx化合物中氮原子占据x和z均接近于0.10的4e(0,0,z)和4f(x,x,0)间隙晶位,氢原子进入16k(0.1311,0.3404,0.3104)晶位,适度氮化可以显著提高R2Fe14B化合物的抗氧化性能。氮化后化合物的居里温度由于体积膨胀效应明显升高;铁原子的平均磁矩降低约2~3%,原因是占据4f和4e晶位氮原子的2p电子与多个晶位Fe原子的3d电子存在着杂化;铁次晶格的磁晶各向异性变化不大,稀土次晶格的磁晶各向异性有所降低,自旋再取向温度降低。单离子模型计算发现随着氮含量的增加Pr2Fe14B化合物的二阶晶场系数的绝对值变小。能带结构计算表明氮原子的介入使Fe(4c)、Fe(8j1)和Fe(16k2)的磁矩降低,Fe(4e)磁矩增大。 氢原子的加入使得居里温度和饱和磁化强度升高,而磁晶各向异性场降低。 (2)1:12化合物中V和Mo原子都优先占据8i替代晶位,其氮化物中氮原子进入2b间隙晶位,使得晶格发生膨胀。氮化以后,饱和磁化强度有明显的增大,居里温度大幅度升高,而且易磁化方向变为沿c轴方向,磁晶各向异性计算表明稀土次晶格的磁晶各向异性常数K1由氮化前的负值变为正值。尽管矫顽力低于钕铁硼,但镨系1:12型氮化物具有更低的价格,更高的居里温度、剩磁和更大的磁能 积,低温下性能更好,因此错系1:12型氮化物磁粉具有一定的应用 价值,而且还有很大潜能。 门)熔炼方法制备的YFe;。伽。人x碳化物中,碳原子基本上是进 入Zb间隙晶位,对磁性的影响与间隙氮原子相似。PrFe;MMo;.;C*化 合物中大部分碳原子择优占据8 i晶位,少量进入了 Zb间隙晶位,表 明碳在晶格中的占位不仅和替代元素种类有关,还和元素配比有很 大关系。由于只有少量碳原子进入Zb晶位,PrFe;。Mo;尤;。化合物仍 为易面的磁晶各向异性。 熔炼碳化物具有与氮化物相仿的忧异内禀磁性能,而且有很高的 高温稳定性,适于做永磁材料并可制备烧结磁体,但化合物中的碳 含量还需提高。 门)ROe,StXG及其氢化物具有BaCd;;型四方结构,硅原子择优 进入sd晶位,碳原子进入SC间隙位置,占位率约70兄 碳原子对结构 起稳定作用;由于近邻Fe干e原子之间电子云的重叠程度较低,Fe原 子磁矩较小,居里温度不高。居里温度和饱和磁化强度将随硅替代 量的减小和碳元素的增加而升高。化合物铁次晶格和稀土离子如Nds“ 的磁晶各向异性为易面的,且易面磁晶各向异性随碳元素的增加而 增强。稀土钵原子的4f电子壳层不稳定。氢化物中氢原子进入晶格 中的三个间隙位置,分别是sc、32i*)和32iQ。氢化后居里温度 和平均铁原子磁矩由于体积膨胀效应有明显的增大,铁次晶格的磁 晶各向异性有所减小。


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