Nd4Fe77.5B18.5纳米合金的磁化和反磁行为

0I:10.13374/j.1ssn1001053x.1997.01.023 第19卷第1期 北京科技大学学报 Vol.19 No.1 1997年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 Nd,Fe7.sB1s纳米合金的磁化和反磁行为 刘旭波肖耀福董明 北京科技大学材料系，北京100083 摘要 研究了Nd,FCnB,5纳米合金的高场磁化特性及磁化场高低对其反磁化行为的影响.结果 表明，在磁化场4，H=7T时，此合金仍设完全饱和.当磁化场H高于某一临界值H时，材料才 表现出明显的永磁性，材料的水磁性来源于各相晶粒间的交换耦合作用， 关键词纳米晶，磁化，反磁化 中图分类号0482.51，TM271 1988年，Coehoorn R等报道了一种成分为Nd,FenB,5的快淬纳米晶永磁材料，在各 向同性条件下，其磁性为：J,=1.6T,,=1.2T,H=240kAWm.由于其特殊的磁特性(U./J, =0.75,高于传统理论值0.5)，立即引起许多研究者的兴趣.近年来，人们在成分调整，磁硬化 方式探讨及实用化等方面做了不少工作2，)，然而关于材料磁化和反磁化行为的研究还很少 见到报道，本工作试图通过材料磁化和反磁化行为的研究，探讨合金永磁性的起因， 1实验方法 名义成分为Nd,FensB15的合金，在真空感应炉中冶炼，于水冷铜模中浇注成型.铸锭破 碎后，重新熔化，在真空快淬炉中，单辊快淬，得到非晶薄带.该片带经恰当晶化热处理(650 ℃，30min),破碎得到研究用磁粉. 实验磁粉、MQ型NdFB快淬粉及钡铁氧体磁粉，分别与质量分数3%的环氧树脂混合， 模压成型，固化处理，制成中8mm×10mm的粘结磁体样品， 磁粉的测量在超导量子干涉仪式(SQUID)抽拉样品磁强计上进行.利用CL-6型直流磁 特性测量仪，测量粘结磁体的磁性 2结果与讨论 2.1Nd,FensBiss纳米合金的高场磁化特性 图1描述了Nd,FensB1g纳米合金的磁化曲线.可以发现：()在磁化起始阶段，随磁化场 的增大，磁极化强度值迅速提高，具有较高的初始磁化率.(2)磁化场H继续增大，磁化强度 缓慢增加，直至4，Hm=7T,仍存在增加的趋势. 上述结果与材料的微规组织密切相关.组织研究结果表明（图2），构成合金的主相为 1996-09-01收稿 第一作者男26岁硕士

第 19 卷 第 1期 1 9 9 7年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e r s iyt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o yg B e ij ni g V o l . 1 9 N O 一 1 F e b 。 1 9 9 7 N d 4 Fe 7 7 . 尹 1 8 . 5纳米合金 的磁化和 反磁行 为 刘 旭波 肖耀福 董 明 北京科技大学材料系 , 北京 10 0 0 8 3 摘要 研究了 N 人eF 75 B : 85 纳米合金的高场磁化特性及磁化场高低 对其反磁化行为的影响 · 结果 表 明 , 在磁 化场 拜几厂7 T 时 , 此合金仍没完全饱和 . 当磁化场 凡 。 高于某 一临界值 mcH 时 , 材料才 表现 出明显的永磁性 . 材料的永磁性来源于 各相晶粒 间的交换藕合作用 . 关键词 纳米晶 , 磁化 , 反磁化 中图分类号 0 4 8 2 . 5 1 , T M 2 7 1 19 8 8 年 , C o e h o o nr R 等 报 道 了一种 成分 为 N d 4 F e , 7 . 5 B ,: . , 的快 淬纳 米 晶永磁 材料 {` ] , 在各 向同性 条件 下 , 其磁性 为 : 人 = 1 . 6 T, rJ 二 l . Z ,T 从 i 一 24 0切 m · 由于其特 殊 的磁特性 (rJ / sJ = 0 . 75 , 高 于传统理 论值 0 . 5) , 立 即引起 许多研究 者 的兴趣 . 近 年来 , 人 们在 成分调 整 , 磁硬化 方式 探 讨及 实 用 化等方 面做 了不 少工 作 2[,3 ] , 然 而 关于 材 料磁 化和 反 磁化 行 为 的研究 还 很少 见到 报道间 . 本 工作试 图通 过材料 磁 化和反 磁 化行 为的研 究 , 探 讨合 金永磁 性 的起 因 . 1 实验方 法 名 义成 分 为 N d声 e ” t 5 B I: . , 的 合金 , 在 真空 感应 炉 中冶炼 , 于 水冷铜模 中浇 注成 型 · 铸锭破 碎 后 , 重新 熔 化 , 在 真 空快 淬 炉 中 , 单 辊 快 淬 , 得 到 非晶 薄 带 . 该 片带 经恰 当晶 化 热处理 ( 6 5 0 ℃ , 30 m in ) , 破碎 得到研 究 用磁粉 . 实验 磁粉 、 M Q 型 N d F e B 快淬 粉及 钡铁 氧体磁粉 , 分别 与质量 分数 3% 的环 氧树 脂棍合 , 模压 成型 , 固化 处理 , 制成 中8 ~ x lo ~ 的粘 结磁 体样 品 . 磁 粉 的测 量在 超 导量子 干 涉仪 式 (s Qu ID )抽 拉样 品磁强计上进 行 . 利用 c L 一 6 型 直流 磁 特性 测量 仪 , 测 量粘 结磁体 的磁 性 . 2 结果与讨论 2 . 1 N d 4 F e 7 7 . , B l : . , 纳米合金 的高场 磁化 特性 图 l 描述 了 N d 4 F e ” _ SB I : , 纳 米合 金 的磁化 曲线 · 可 以 发现 :( 1) 在磁 化起 始 阶段 , 随磁化 场 的增 大 , 磁极 化强 度值 迅速 提高 , 具 有较 高 的初始 磁化 率 . (2) 磁 化场 mH 。 继 续增 大 , 磁 化 强度 缓慢 增加 , 直至 气mH = 7 T, 仍存在 增加 的趋 势 · 上 述 结 果 与 材 料 的 微 观 组 织 密 切 相 关 . 组 织 研 究 结 果 表 明 (图 2) , 构 成 合金 的 主 相 为 19 9 6 一 0 9 一 0 1 收稿 第一 作者 男 2 6 岁 硕士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 01. 023

·114- 北京科技大学学报 1997年第1期 160 80 0 0 2 3 0.1m HoH/T 国INd,FenB,纳米合金的磁化曲线 图2Nd,FensBs纳米合金的组织 Fe,B相，其晶粒尺寸仅几I0nm,在其单酶尺寸范围内.Fc,B相是一个典型的软磁性相(U =1.6T,4,Hm=0.4T),当避化场Hm不太高的情况下，Fe,B单畴晶粒内磁矩就沿Hn的方向 分布.表现为在初始阶段有较高的磁化率.磁化场进一步增大至4。H。=7T,合金仍没完全 饱和，这表明材料组织中存在磁晶各向异性相当高的相.它是少量Nd,Fe,B相存在造成的. 2.2磁化场Hc对Nd,Fe,B1g,粘结磺体的反磁化特性的影响 钡铁氧体和快淬NFeB材料，都是高磁晶各向异性上相为基体的传统水磁材料，一般将 其矫顽力机制分别归结为形核型和钉扎型.为了比较，选择它们作为传统永磁的代表，以 Nd,FenB1a快粹NdFeB及钡铁氧体的 1.0 粘结磁体为研究对象（起始态为热退磁 -0.8 态)，研究磁化场H同它们的最大磁极化 强度J。,剩磁、及矫顽力H的相互关 0.6 系（图3）.结果发现：①钡铁氧体和快淬 0.4 NdFeB的，-H。及H,-Hn曲线，同各 0.2 自的J。一Hm曲线形状相似，变化趋势及 快梗一致：②Nd,Fen,B,a则表现出不同 。纵铁氧体 的特征，即仅当Hm高于某一临界值 0.8 o NdFeB Hcu,Hnc=0.3T)时，才表现出一定大 Nd FensBis 0.6 小的H。,·并随H.的继续升高而迅速 0.4 提高，而Hm<H时，相应的Jm表现出 较高的数值. 0.2 由上述可以知道，该种材料具有不 0.3 同于传统永磁的磁硬化方式.传统永磁 0.60.91.2 1.5 HoH /T 获得某种程度初始磁化（表现为一定大 小的J),即磁体磁化状态由宏观无序到 图3材料不同磁化场(H)下的：大磁化强度()，剩 磁B,和娇顽力H。 某种程度宏观有序，即使这种宏观有序

Vol.19 No.1 刘旭波等：Nd4Fe7sB1ss纳米合金的磁化和反磁行为 115￥ 程度不高(Jn较小，也表现出一定的非可逆性，即存在一定大小的J,和H。而Nd,Fe,Bs材 料，仅当Hn>Hmc时，才表现出这种不可逆性（在仪器测量误差范围内）：Hm<H时，磁化导 致的宏观磁有序，几乎是完全可逆的. 合金的这些特征是由其特殊的永磁性起因决定的.一般认为，Nd,FenB185纳米合金由少 量的高磁晶各向异性的Nd,Fe,B相和大量低磁晶各向异性的Fe,B相构成，晶粒间存在交换 作用.一般认为合金组织中高磁晶各向异性的区域（永磁性区）和低磁晶各向异性的区域（软 磁性区)相间分布，交换作用经过界面从软磁性区延续进人永磁性区，当磁化场为零时 (H=O),软磁性区磁晶各向异性低，且由于存在界面交换作用，根据自由能最小原理，为降 低系统总能量，其磁矩分布倾向于同邻近永磁性区磁矩取向一致（即沿永磁区易磁化轴方 向).这样尽管引起软磁性区磁晶各向异性能升高，但导致界面交换作用能大大降低，总体上 有利.当Hm<H时，所导致的外场静磁能不足够高，磁化仅引起软磁性区的部分磁矩沿 Hn方向取向，没能引起永磁区磁矩沿H方向分布；外场Hm消除，由于界面交换作用，软磁性 区磁矩取向仍趋向于原来方向（即同邻近永磁区的磁矩分布接近一致），表现为J,≈0，H。≈ 0.当H>H时，磁化足以引起永磁区的磁矩也沿H的方向取向；当外场消除时，同样由于 界面交换作用，磁矩分布不能恢复原状，表现为一定大小的J及H。· 可见，Hmc为磁体磁矩产生不可逆转动的开关场，决定了材料的矫顽力.H的大小接近 材料的最大矫顽力H,(图2)也证明了这一点.这说明材料的矫顽力（或永磁性）来源于永磁相 与软磁相间的交换耦合作用. 3结论 (I)Nd,FenB1B纳米合金具有较高的初始磁化率；当磁化场高达7T时，仍未使合金完 全磁化至饱和 (2)存在一临界磁化场Hmc,当H。<Hc时，材料表现出很弱的磁滞现象；当Hm >H时，表现为典型的永磁性.这同晶粒间的交换耦合作用密切相关. 参考文献 1 Coehoorn R.J de Phys,1988,49(C8):669 2 Shen B G.Solid State Commum,1990,74:893 3 Knell E.IEEE Tran Magn,1991,27:3588 4 Schneider J.Mater Letters,1990(9):201

V lo . 19 N 0 . 1 刘旭波等 : N 山 F 7e 乃B ; 85 纳米合金的磁化和 反磁行为 · 1巧 · 程 度不 高 J(m 较小 ) , 也 表现 出一 定的 非可 逆性 , 即存 在一 定大小 的 rJ 和 代 , · 而 N d 4 eF ” : B l s , , 材 料 , 仅 当 从 > mH 。 时 , 才表 现 出这种 不 可逆 性 ( 在仪器 测量 误差 范 围 内;) mH < mH 。 时 , 磁 化 导 致 的宏观 磁有 序 , 几 乎是 完全 可逆 的 . 合 金 的这些特 征是 由其 特殊 的永 磁性 起 因决定 的 一般 认为 , N d 4 eF 7 . S B I & 。 纳米 合金 由少 量 的 高磁 晶各 向异性 的 N d Z eF 14 B 相 和大量 低 磁 晶各 向异性 的 eF 3B 相 构成 , 晶 粒 间存 在 交换 作 用 一般认 为合 金组 织 中高磁 晶各 向异性 的 区 域 (永磁 性 区 ) 和低 磁晶 各 向异性 的 区 域 ( 软 磁 性 区 ) 相 间 分 布 , 交 换 作 用 经 过 界 面 从 软 磁 性 区 延 续 进 人 永 磁 性 区 . 当磁 化 场 为 零 时 气 一 0), 软 磁性 区 磁 晶 各 向异性 低 , 且 由于存在 界面 交换 作 用 , 根 据 自由能最 小原 理 , 为 降 低 系 统 总能 量 , 其 磁 矩 分 布倾 向 于 同邻近 永 磁 性 区 磁 矩取 向一 致 ( 即沿 永 磁 区 易磁 化 轴 方 向) . 这 样尽 管 引起 软 磁性 区 磁 晶 各 向异 性 能升 高 , 但 导致 界面 交换 作用能 大 大 降低 , 总体 上 有 利 . 当 mH < mH 。 时 , 所 导 致 的外 场静 磁 能不 足 够 高 , 磁 化 仅引起 软磁 性 区 的部分 磁 矩沿 mH 方 向取 向 , 没能 引起 永磁 区 磁矩 沿 mH 方 向分布 ; 外 场 mH 消除 , 由于界 面交 换作 用 , 软 磁性 区磁 矩取 向仍趋 向于 原来方 向 ( 即同邻近 永磁 区 的磁矩 分布 接近 一致 ) , 表 现 为 rJ 、 0 , 从 , 二 0 . 当 mH > mH C 时 , 磁化 足 以 引起永 磁 区 的磁 矩也 沿 mH 的方 向取 向; 当外场 消除 时 , 同样 由于 界面 交换作 用 , 磁 矩分 布不 能恢 复原状 , 表 现 为一定 大小 的 rJ 及 从 1 . 可见 , mH 。 为 磁体磁 矩 产生 不 可逆 转 动 的开 关 场 , 决 定 了 材料 的矫 顽 力 . 风 c 的大 小接 近 材料 的最 大矫顽 力 从 * ( 图 2) 也证 明了 这 一点 . 这说 明材 料的矫 顽力 ( 或永 磁性 )来源 于永磁 相 与软 磁相 间 的交 换祸 合作 用 . 3 结论 (1) dN 4r 气 5 B 1 8 . , 纳 米合 金具 有 较 高的 初 始磁 化率 ; 当磁 化场 高 达 7 T 时 , 仍 未使合金 完 全磁 化至饱 和 . (2) 存 在 一 临 界 磁 化 场 mH ’c 当 mH < mH 。 时 , 材 料 表 现 出 很 弱 的 磁 滞 现 象 ; 当 H 。 > 呱 时 , 表现 为典型 的永磁性 · 这 同晶粒 间的交 换祸 合作 用密切 相 关 . 参 考 文 献 1 C o e h o o nr R . J d e P h y s , 1 9 8 8 , 4 9 (C S ) : 6 6 9 2 S h e n B G . S o li d S at t e C o m m u m , 1 9 9 0 , 7 4 : 8 9 3 3 K卫 e ll E . I E E E T ar n M a g n , 1 9 9 1 , 2 7 : 3 5 8 8 4 S e hn e i d e r J . M a t e r L e t e r s , 1 9 9 0 ( 9 ) : 2 0 1

·116· 北京科技大学学报 1997年第1期 Magnetization and Demagnetization Behaviour for Nd Fe7.sBIss Nanocrystalline Alloy Liu Xupo Xiao Yaofu Dong Ming Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The magnetization feature under high magnetised fields and the effect of magnetised field on demagnetization behaviour for Nd,FeBs nanocrystalline alloy were investigated.The results indicate that the alloy is not saturated magnetised while magnetiza- tion-fieldm=7T.The material shows typical characteristics of permanent magnet as magnetization-field Hm is larger than a critical magnetization field Hme.The permanent magnet features of this alloy origine from exchange-coupling inteaction between crystalline grains. KEY WORDS nanocrystalline,magnetization,demagnetization 中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中令中中中中中中中中争中中中中中中中中中中中中中中令中中中 (上接112页) 参考文献 1 Odarawa O,Ikeuchi J.J Jpn Inst Met,1981,45:316 2 Odarawa O.J Am Ceram Soc.1990,73(3):629 3 段辉平，股声，柳牧，赖和怡.94秋季中国材料研讨会论文集V.北京：化学工业出版社，1995 4《无机化学》编写组编《无机化学》（下）.北京：人民教育出版社，1978 Reactive Characteristics of Multi-component Thermit Duan Huiping Yin Sheng Lai Heyi Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The reactive characteristics of multi-component thermit,Fe,O,-CrO,- Nio-Al,were studied in detail by thermal analytical technique.The thermal properties of CrO,play an important role in the thermit reaction and effect on the composition of reaction products. KEY WORDS thermit,reactive characteristics,gasification

. 1 1 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 7年 第 l期 M a g n e t i z a t i o n na d D em a g n e t i z a t i o n B e h va i o u r of r N d 4 F e 7 7 . SB l s . 5 N a n o e叮 s t a lli n e A ll o y Li u X咖 0 Xi a 口 Ya 咖 M a t e ri ai S e i e n e e na d E n g ni e e nri g S e h o o l , U S T D o n g 人五n g B e ij in g , B e ij in g 10 0 0 8 3 , C h ian A B S T R A C T T h e m a g n e ti z at i o n fe a tu re un d e r h i g h m ag n e ti s e d if e l d s an d ht e e fe e t o f m a g n e it s e d if e ld o n d e m a g n e t沈at i o n b e h a v i o ur of r N d ; F e 7 7 , S B ls , 5 n an o c 理s at llin e a ll o y w e er 访v e s it g at e d . T h e r e s u lt s in d i e at e ht at ht e a ll o y 1 5 . n o t s a ut r a t e d m a g n e it s e d w h il e m a gn e itZ a - t i o n 一 fi e l d 拜。 mH = 7 T . T h e m a t e ir a l s h 0 W s yt p i c a l c h ar c t e ir s t i c s o f p e mr an e n t m a g n e t a “ m ag n e t i z ait o n 一 fi e ld H击 1 5 l ar g e r ht an a e ir t i e a l m a g n e t沈a it o n fi e ld mH e . T h e Pe mr an e ln m ag n e t fe a t ir e s o f ht i s a ll o y o ir g in e for m e x e h an g e 一 e o uP lin g i n t e ac t i o n b e wt e e n e yr s at llin e gr a m s · K E Y W O R D S n an o e yr s at lli n e , m a g n e ti z a t i o n , d e m a gn e t i z at i o n (上接 1 12 页 ) 参 考 文 献 4 o d aJ 旧 w a o , kI e u e h i J . J PJ n nI s t M e t , 1 9 8 1 , 4 5 : 3 1 6 o d aj ar w a 0 . J A m C e amr S o e . 1 9 9 0 , 7 3(3 ) : 6 29 段辉平 , 殷声 , 柳牧 , 赖和怡 . 94 秋季 中国材料研讨 会论文集 I V . 北京 : 化学工业 出版社 , 1 9 95 《无机化学》编写组编 . 《无机化学》 (下 ) . 北京: 人 民教育 出版社 , 19 78 R e a e t i v e C h ar a e t e r i s t i e s o f M u l t i 一 c o m P o n e n t T h e mr it D u a n H 扮iP i n g iY n hS e n g L a i H 句 夕 i M a t e ir a l S e i e n e e an d E n g i n e e inr g S e h o l , U S T B e ij in g . B e IJ 11 9 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T T h e r e a e t i v e e h ar a e t e ir s t i e s o f m u lt i 一 e o m P o n e n t ht e rm it , N IO 一 A I , w e er s ut d i e d i n d e at il b y ht e mr a l an a l y t i e a l t e e hn iq u e . T h e o f C心 3 p l盯 an im p o artn t r o l e i n ht e ht e mr it r e a c t i o n an d e fe c t o n r e a e t i o n P r o du e t s . K E Y W O R D S ht e mr it , r e a e t i v e c h ar e t e ir s t i e s , g a s iif e a t i o n F e Z 0 3 一 C旧 3 ht e mr a l Por P e rt i e s ht e e o m P o s i t i o n o f