纳米晶稀土永磁材料

1　纳米晶稀土永磁材料

纳米稀土磁性材料具有优异的磁性能，在机械、电子、通信等领域具有重要应用。近年来本实验室在纳米稀土磁性材料方面取得的主要进展包括：采用放电等离子法制备全致密各向同性纳米晶NdFeB磁体；通过热塑性变形制备晶粒呈扁平状的高性能各向异性纳米晶NdFeB磁体。

1.1　全致密各向同性纳米晶NdFeB磁体的研究

制备高性能纳米晶磁体的关键是如何在磁体中实现致密化的同时保证晶粒的纳米化。本文采用放电等离子（SPS）烧结技术将淬态的Nd^11.8+x（FeCoGa）^82.2-xB⁶非晶粉末进行烧结，在大幅降低烧结温度和缩短烧结时间的前提下实现磁体致密化。图1是在100MPa的压力下，保温时间为5min时，烧结温度对磁体密度和磁性能的影响。当烧结温度较低时，磁粉塑性变形相对困难；达到700℃后，在压力作用下磁粉塑性变形相对容易，磁体密度为7.5g/cm³，达到理论密度的98％。磁体十分致密，孔洞很少，如图2磁体断面的微观组织所示；烧结时间较短，磁体晶粒的生长受到抑制，晶粒都在100nm左右，如图3磁体的SEM图谱所示，两者共同决定此时磁体具有较高的性能。

烧结温度（℃）

烧结温度（℃）

图1　SPS烧结温度对磁体性能的影响

图2　磁体断面SEM形貌（700℃/5min）

图3　磁体的SEM图谱（700℃/5min）（x30000）

1.2　高性能各向异性纳米晶NdFeB磁体

将SPS制备的各向同性磁体加热到700～750℃之间，施加30～40MPa的压力，在压力和温度的共同作用下，各向同性磁体中的部分球状Nd²Fe¹⁴B晶粒发生热塑性变形，100nm左右的晶粒变形成长度在1μm左右，而厚度在50～100nm左右变化的扁平状晶粒，其C轴（易磁化轴）平行于压力方向，如图4所示。图5为热变形后磁体的XRD图谱，由此可知磁体的（410）、（210）等特征衍射峰的强度大大减弱，而（006）、（105）、（004）和（008）等特征衍射峰的强度大大增强，这是因为热变形后磁体的晶粒转向于平行压力施加方向。因而，热变形后磁体的晶粒在压力平行方向出现织构，磁铁也由各向同性转变成各向异性。

图4　热变形后晶粒形貌图，箭头所指为压力施加方向

图5　热变形后样品XRD图谱

由于热变形后磁体中Nd²Fe¹⁴B晶粒的易磁化轴平行于压力方向，因而沿着压力方向对磁体进行磁化可使其磁化强度提高，退磁后磁体获得较好的磁性能：Br达到1.3T；Hcj达到860kA/m；（BH）m大幅提高，达到300kJ/m³。