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稀土—铁金属间永磁化合物间隙原子效应的研究

作　者: 杜红林
导　师: 张焕乔；张百生；勾成
学　校: 中国原子能科学研究院
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 稀土永磁材料 间隙原子效应 中子衍射 氮化物 碳化物 氢化物
分类号: O482.5
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要


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。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
第一章 引言  9-23
  §1．1 永磁材料简介  9-11
  §1．2 永磁材料发展简史  11-12
  §1．3 稀土-过渡族金属间化合物的结构和磁性  12-13
  §1．4 具有永磁应用的稀土-过渡族金属间化合物的研究概况  13-18
  §1．5 研究背景和选题依据  18-20
  参考文献  20-23
第二章 中子衍射简介  23-33
  §2．1 国内外中子衍射概况  23-24
  §2．2 中子的核散射  24-27
  §2．3 中子的磁散射  27-29
  §2．4 中子衍射的特点  29-30
  §2．5 Rietveld峰形精修法  30-32
  参考文献  32-33
第三章 理论简介  33-48
  §3．1 引言  33-35
  §3．2 分子场理论  35-36
  §3．3 稀土-过渡族金属间化合物中的交换作用  36-38
  §3．4 晶场理论  38-40
  §3．5 磁晶各向异性  40-42
  §3．6 铁磁性能带理论  42-43
  §3．7 能带计算方法  43-46
  参考文献  46-48
第四章 实验方法  48-56
  §4．1 样品制备  48-49
    §4．1．1 R_2Fe_（14）B及其氮化物、氢化物  48
    §4．1．2 R（Fe，M）_（12）及其氮化物、碳化物  48-49
    §4．1．3 R（Fe，M）_（11）C_x及其氢化物  49
  §4．2 宏观磁性测量  49-52
    §4．2．1 磁测量装置  49-50
    §4．2．2 磁参数的测定  50-52
  §4．3 中子衍射和X射线衍射谱的测量  52-54
  §4．4 中子衍射数据处理  54-55
  参考文献  55-56
第五章 R_2Fe_（14）B型化合物的间隙原子效应研究  56-83
  §5．1 研究背景  56-59
  §5．2 R_2Fe_（14）B型间隙化合物的宏观磁性能  59-64
    §5．2．1 R_2Fe_（14）B型间隙氮化物的抗氧化性能  59-60
    §5．2．2 R_2Fe_（14）B型间隙化合物的结构和磁性  60-64
  §5．3 R_2Fe_（14）B间隙化合物的中子衍射研究  64-72
    §5．3．1 R_2Fe_（14）BN_x的中子衍射研究  64-67
    §5．3．2 Y_2Fe_（14）BH_0．7的中子衍射研究  67-72
  §5．4 磁晶各向异性计算  72-77
  §5．5 能带结构  77-81
  §5．6 小结  81-82
  参考文献  82-83
第六章 R（Fe,M）_（12）型化合物的间隙原子效应研究  83-99
  §6．1 研究背景  83-85
  §6．2 PrFe_（10．5）V_1．5及其氮化物的结构和磁性  85-90
    §6．2．1 中子衍射研究  85-88
    §6．2．2 磁晶各向异性计算  88-89
    §6．2．3 Pr（Fe,V）_（12）N_x化合物的永磁应用前景  89-90
  §6．3 熔炼型R（Fe,M）_（12）碳化物的结构和磁性  90-97
    §6．3．1 中子衍射研究  90-95
    §6．3．2 1：12型熔炼碳化物的永磁应用前景  95-97
  参考文献  97-99
第七章 R（Fe,M）_（11）C_x型化合物及其氢化物的中子衍射研究  99-109
  §7．1 研究背景  99-100
  §7．2 中子衍射研究  100-108
  参考文献  108-109
第八章 结论  109-112
攻读博士学位期间发表文章目录  112-114
致谢  114

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 磁学性质
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