ThMn12型NdFeN稀土—铁间隙化合物及性能研究

论文摘要

NdFeN作为新一代稀土永磁材料，在计算机、通讯、汽车、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。本文针对NdFeN永磁材料，理论上，基于密度泛函理论LSDA（局域自旋密度近似）+U（有效库仑相关能）方法，计算了NdFe12N的磁矩和态密度。实验上，利用机械合金法制备NdFe12-xMoxNy磁粉，系统研究了成分、球磨时间、热处理温度和时间、氮化时间等对NdFe12-xMoxNy化合物的微结构以及磁性能的影响。计算结果表明，NdFe12N磁矩主要来源于过渡金属Fe原子，Fe原子在三个不同晶格位置上的磁矩明显不同，这是由不同Fe位置的最近邻原子不同造成的。NdFe12N费米面处电子的能态密度比较高，且自旋向下电子的成键和反成键态大部分位于费米面的两侧，说明NdFe12N结构不稳定，需要添加稳定元素。实验研究结果表明，稳定元素Mo的加入对Nd（Fe,Mo）12相的形成和稳定具有决定作用，但过高的Mo含量会造成NdFe12-xMox磁性能下降，当x等于1．5时，NdFe12-xMox磁粉最大磁能积达到最大值40．81kJ／m3。球磨后，NdFe12-xMox磁粉主要由非晶相和纳米晶α-Fe相组成，球磨非晶化机制是纳米粒子局部熔化-快速凝固的过程。随球磨时间的增大，NdFe12-xMox磁粉磁性能逐步增大。晶化温度和时间显著影响NdFe12-xMox磁粉中Nd（Fe,Mo）12相的结晶度和晶粒大小。晶化温度越高、时间越长，NdFe12-xMox磁粉中的Nd（Fe,Mo）12结晶度越高，磁性能越大。但温度过高、时间过长会使Nd（Fe,Mo）12晶粒过度长大，磁性能降低。氮化能引起Nd（Fe,Mo）12晶格膨胀，明显地改善NdFe12-xMox磁粉的微结构，提高NdFe12-xMox磁粉的磁性能，氮化温度过低、时间过短则N原子不能进入Nd（Fe,Mo）12间隙位置，氮化温度过高、时间过长则α-Fe析出，磁性能降低。本论文得到的优化制备工艺参数为：球磨时间16h，晶化温度900℃，晶化时间120min，550℃、5×104Pa氮气压力下氮化2h。获得NdFe10.5Mo1．5N0．9磁粉性能达到Br=0．541T，Hcj=780．6kA／m，（BH）max=63．54kJ／m3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 永磁材料及发展
• 12型稀土-铁化合物的结构和磁性研究概况'>1.3 ThMn₁₂型稀土-铁化合物的结构和磁性研究概况
• 12型稀土-铁化合物的结构'>1.3.1 ThMn₁₂型稀土-铁化合物的结构
• 12型稀土-铁化合物的研究进展'>1.3.2 ThMn₁₂型稀土-铁化合物的研究进展
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 12N磁性能的第一原理计算研究'>第二章 NdFe₁₂N磁性能的第一原理计算研究
• 2.1 磁学基本理论
• 12N磁性能的第一原理计算研究'>2.2 NdFe₁₂N磁性能的第一原理计算研究
• 2.2.1 计算原理
• 2.2.2 软件介绍
• 12N磁矩计算和态密度分析'>2.2.3 NdFe₁₂N磁矩计算和态密度分析
• 12N磁矩计算和态密度分析'>2.2.4 YFe₁₂N磁矩计算和态密度分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 NdFeN的制备与性能研究
• 3.1 NdFeN制备方法简介
• 3.1.1 NdFeN制备工艺过程
• 3.1.2 微观结构分析方法和磁性能测试方法
• 12-xMo_x相结构和磁性能的影响'>3.2 Mo含量对NdFe_12-xMo_x相结构和磁性能的影响
• 12-xMo_x微结构和磁性能的影响'>3.3 球磨时间对NdFe_12-xMo_x微结构和磁性能的影响
• 12-xMo_x微结构的影响'>3.3.1 球磨时间对NdFe_12-xMo_x微结构的影响
• 12-xMo_x磁性能的影响'>3.3.2 球磨时间对NdFe_12-xMo_x磁性能的影响
• 12-xMo_x相结构和磁性能的影响'>3.4 真空退火对NdFe_12-xMo_x相结构和磁性能的影响
• 12-xMo_x相结构和磁性能的影响'>3.4.1 退火温度对NdFe_12-xMo_x相结构和磁性能的影响
• 12-xMo_x相结构和磁性能的影响'>3.4.2 退火时间对NdFe_12-xMo_x相结构和磁性能的影响
• 12-xMo_xN_y相结构和磁性能的影响'>3.5 氮化对NdFe_12-xMo_xN_y相结构和磁性能的影响
• 12-xMo_xN_y磁性能的影响'>3.5.1 氮化温度对NdFe_12-xMo_xN_y磁性能的影响
• 12-xMo_xN_y相结构和磁性能的影响'>3.5.2 氮化时间对NdFe_12-xMo_xN_y相结构和磁性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果