[00369017]纳米晶复相永磁材料的微结构及其控制

由具有纳米尺度的软磁相(如a-Fe)和永磁相(如Nd2Fe14B等)组成的纳米晶复相永磁材料是最有潜在发展前途的新一代永磁材料，理论预言，这类材料的最大磁能积可以超过100MGOe。软磁相的晶粒粗大和不均匀(d=20-100nm)是制约纳米晶复相永磁材料发展的一个关键问题。为了将软磁相的晶粒尺寸控制在理论模型要求的范围内(d£10nm)，人们应该首先弄清楚隐藏在软磁相晶粒粗大这个现象后面的科学问题。通常，人们认为软磁相晶粒粗大的原因是由于它的形成温度较永磁相低，在永磁相形成时软磁相的晶粒急剧长大。在非晶合金晶化动力学研究的基础上，课题组认为，造成软磁相晶粒粗大的根源可能是由于晶体的成核激活能高而生长激活能低，那么原位研究软磁纳米晶的成核和生长动力学是弄清这个问题的关键。该实验室采用低温、长时间加热技术，通过放慢非晶合金晶化过程中纳米晶的成核和生长过程，配合高温X射线衍射原位测量，成功地实现了纳米晶的成核和生长动力学的分离研究，解决了这一实验难题。采用该技术，测定了FeCoNdDyB非晶合金晶化过程中软磁相a-Fe的成核激活能(En=3.0eV)和生长激活能(Eg=1.8eV)。Eg/En＜1，表明a-Fe纳米晶难成核，易长大，这导致了其晶粒粗大和不均匀。这一结果证实了课题组的观点。因此，提高软磁纳米晶的成核率同时降低它的生长速率，是减小其晶粒尺寸的关键。由于高压能降低固态相变中形成新相所需的成核功，具有提高新相成核率的作用；另外，高压又能抑制原子的扩散，降低晶核的长大速率。为此，该实验室开展了高压下纳米晶复相永磁材料的制备研究，采用高压来控制SmFeSiC非晶合金晶化过程中软、硬磁纳米晶的成核和生长，成功地将a-Fe/Sm2(Fe，Si)17Cx纳米晶的晶粒尺寸d从20-30nm减小到d£10nm，制备出了最大磁能积为25MGOe的a-Fe/Sm2(Fe，Si)17Cx纳米晶复相永磁体。另外，发现高压能改变纳米晶的相选择，在低压下a-Fe相先结晶，而在6GPa下Sm2(Fe，Si)17Cx相则先结晶，由此提出了Sm2Fe17型晶体成核的压力诱导机制。