新型Sm-Co基三元永磁合金的电子结构及磁性研究

论文摘要

随着现代工业和国防科学技术的发展，稀土永磁材料在计算机、通讯、航天航空以及核工业等部门的应用日益广泛，传统的稀土永磁材料的某些磁性质（如矫顽力、居里温度及温度系数等）已不能适应新的应用要求。因此，具有更加优异磁性能的新型永磁材料的研究和开发已经成为当代磁学科研工作者的一个重要课题。 目前，关于新型永磁体的研究大多集中在可应用于较高温度（≥450℃）的Sm-Co系列高居里温度和高矫顽力永磁材料。对于Sm2Co17（2：17型）永磁体，虽然其表现出高居里温度（Tc=920℃）和高磁能积[（BH）max=297KJ／m3]，但是它的温度系数太差（β=-0.3％），致使其在300℃时，内禀矫顽力就下降到1T以下。近年来，实验发现具有TbCu7（P6／mmm）型结构，以Sm-Co为基的稀土永磁材料具有较大的各向异性场（HA=10～18T）和较低的内禀矫顽力温度系数（β=-0.11％）等高温优异磁性能，表现出更好的应用前景，引起了人们很大的兴趣。但是单纯的SmCo7是亚稳相，不易制得，而且在较高温度就分解成合金SmCo5与Sm2Co17。现在人们发现，如果在亚稳相SmCo7中加入某种第三元素（取代少量Co），降低系统的内能，就有可能使亚稳态合金SmCo7成为高温稳定相。因此，近几年的研究工作，都是通过大量实验，寻找三元合金Sm（Co，M）7（M=Si，Cu，Ti，Zr，Hf等）的稳定结构。尽管人们对合金Sm（Co，M）7做了大量研究工作，而且在实验室中取得了少量性能很好的样品，但其实验重复性很差，无法实现规模生产。至今，寻找三元合金Sm（Co，M）7的工作仍然处在实验的初期阶段，人们对1：7型Sm-Co-M合金的实验研究并没有达到预期的效果。 MS-Xα方法是由Slater等人根据能带理论的Hartree-Fock-Slater方程发展起来的一种关于物质电子结构及磁性的量子化学计算方法，这种方法与传统的Hartree-Fock自洽场分子轨道理论不同。与从头计算方法比较，MS-Xα方法在处理含有重原子的体系时，计算量的增加相对较少；其计算结果的精确度也可与从头计算方法相比拟。因此，我们采用基于原子团簇模型的MS-Xα方

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 序言
• 1.1 稀土合金永磁材料简介
• 1.2 Sm-Co基永磁材料发展概况
• 1.2.1 Sm-Co系二元合金的发展概况
• 5系永磁体'>1.2.2 SmCo₅系永磁体
• 2Co₁₇系永磁体'>1.2.3 Sm₂Co₁₇系永磁体
• 7系永磁体'>1.3 新型永磁材料—SmCo₇系永磁体
• 7系永磁体'>1.3.1 RT₇系永磁体
• 1.3.2 1：7型Sm-Co-M系永磁体
• 1.4 基本理论
• 1.4.1 关于物质宏观磁性的两个重要模型
• 1.4.1.1 局域电子模型
• 1.4.1.2 巡游电子模型
• 1.4.2 R-T合金中的交换相互作用
• 1.4.2.1 T-T交换作用
• 1.4.2.2 R-R交换作用
• 1.4.2.3 R-T交换作用
• 1.4.3 R-T合金的磁晶各向异性
• 1.4.4 R-T合金的居里温度
• 1.5 MS-Xα方法
• 1.5.1 MS-Xα方程
• 1.5.2 Muffin-tin近似
• 1.5.3 价轨道及内层轨道
• 1.5.4 Muffin-tin势表达式与体系总能量
• 1.5.5 重叠球近似和参数的选择
• 1.5.6 MS-Xα计算程序说明
• 1.6 本论文拟开展的研究工作
• 参考文献
• 5的电子结构、自旋和轨道磁矩及其交换作用'>第二章 SmCo₅的电子结构、自旋和轨道磁矩及其交换作用
• 2.1 研究意义
• 2.2 计算模型及参数
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 磁矩
• 2.3.2 电子态密度
• 2.3.3 Co原子的轨道磁矩对磁晶各向异性的影响
• 2.3.4 合金中Sm-Co间的交换耦合作用
• 2.3.5 居里温度
• 2.4 本章小节
• 参考文献
• 7的电子结构及磁性质'>第三章 亚稳相SmCo₇的电子结构及磁性质
• 3.1 引言
• 3.2 研究模型
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 磁矩
• 3.3.2 电子态密度
• 3.3.3 Sm（5d）-Co（3d）间的交换耦合作用
• 7的稳定性'>3.3.4 合金SmCo₇的稳定性
• 3.3.5 磁晶各向异性
• 3.3.6 居里温度
• 3.4 本章小节
• 参考文献
• 7的磁性及电子结构的影响'>第四章 Cu与Ti对Sm（Co,M）₇的磁性及电子结构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型及参数
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Cu与Ti对磁矩的影响
• 4.3.2 Cu与Ti对DOS的影响
• 4.3.3 Cu与Ti对合金稳定性的影响
• 4.3.4 Cu与Ti对3d-5d耦合的影响
• 4.3.5 Cu与Ti对居里温度的影响
• 4.4 本章小节
• 参考文献
• 5.85Si_0.90的电子结构及磁性质'>第五章 合金SmCo_5.85Si_0.90的电子结构及磁性质
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型及参数
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 掺杂原子Si对合金磁矩的影响
• 5.3.2 掺杂原子Si对DOS的影响
• 5.3.3 掺杂原子Si对合金稳定性的影响
• 5.3.4 掺杂原子Si对3d-5d耦合的影响
• 5.3.5 掺杂原子Si对居里温度的影响
• 5.4 本章小节
• 参考文献
• 7的磁性及电子结构的影响'>第六章 Hf与Zr对Sm（Co,M）₇的磁性及电子结构的影响
• 6.1 引言
• 6.2 计算模型及参数
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 Hf与Zr对合金磁矩的影响
• 6.3.2 Hf与Zr对DOS的影响
• 6.3.3 Hf与Zr合金的稳定性
• 6.3.3.1 Hf与Zr对合金的结构稳定性的影响
• 6.3.3.2 Hf对合金的磁稳定性的影响
• 6.3.4 Hf与Zr对3d-5d耦合的影响
• 6.3.5 Hf与Zr对居里温度的影响
• 6.4 本章小节
• 参考文献
• 第七章 总结
• 致谢
• 博士期间发表的论文目录及获奖情况
• 学位论文评阅及答辩情况表