稀土永磁材料的性能与结构 32页PPT文档

况且，铁磁性金属原子与稀土原子都存在耦合磁 矩，根据RKKY理论可知，过渡金属与稀土原子 之间存在着特殊的间接交换作用，使3d电子自旋 与稀土金属原子磁矩平行排列，形成铁磁性耦合 现象，而产生自发磁化。在稀土合金化合物中， 稀土金属原子与磁性原子的磁短构成铁磁性耦合， 产生较高的饱和磁化强度。因此，将3d过渡族元 素的强磁性(高Ms及Tc)和稀土元素的高各向异性 结合，通过适当工艺，就可获得具有高磁能积、 高矫顽力、高剩磁和居里温度也高的磁性能优异 的稀土水磁材料。
2．钕铁硼(Nd－Fe－B)合金 的晶体结构
以Nd2Fe14B为代表的稀土铁硼永磁合金的磁 性相晶体结构如图7—6所示。它是四方晶系，空 间群为P42／mnm。一个晶胞由4个Nd2Fe14B分 子组成，含有68个原子，分布在9个晶位上。Nd 原子占两个品位(4f、4g)，Fe原子占六个晶位 (16K1、16K2、8J1、 8J2 、4e、4c)，B原于占一 个晶位(4g)。通过中子衍射确定了Nd2Fe14B在室 温下的磁结构，磁矩排列是铁磁性的，Nd与Fe的 磁矩均与晶胞c轴平行，因此Nd2Fe14B具有较高 的饱和磁化强度和磁晶各向异性场。
稀土水滋材料之所以具有上述那么多优异
性能而成当今人们公认的磁性能最好的永磁材 料，这可由它们的主要组成原子的磁性质来 说明。稀土永磁材料是以稀土合金化合物为 基体，如稀土－铁系合金是由4f稀土族元素和 3d过渡族元素组成的金属间化合物。稀土金 属原子的顺磁磁化率高、各向异性场强高，但 原子交换作用弱，居里温度也低；而3d过渡族 金属原子的原子交换强、饱和磁化强度高，居 里温度也高，但各向异性，稀土永磁材料已有两大类、三代产品。 第一大类是稀土—钴合金系(即RE—Co永磁)，它 又包括两代产品。1966年K.Strm等人发现RECo5 型合金具有极高的磁各向异性常数，导致第一代 稀土永磁1:5型SmCo合金，即SmCo5(磁能积典型 值为200kJ／m3的诞生。从此开始了稀土永磁材 料的研究开发，并于1970年初投入生产；第二代 稀土永磁材料是2:17型SmCo合金，即 Sm2Co17(磁能积300 kJ／m3)大约是1978年投入 生产。它们均是以金属钴为基体的稀土永磁合金。 需用珍贵的钴、钐资源。
磁体高出一倍。钕铁硼磁体不但磁能积大，而且不
含资重金属钐和钴，原料易得、价格便宜，因此极 受人们重视，发展也极为迅速。
近年来，科学家们还研究成功第四代稀土 永磁材料－稀土铁氮合金(RE－Fe－N系)， 这是一类氮间隙的稀土过渡金属间化合物， 例如Sm2Fe14N2。它们与Nd2Fe14B永磁体 相比具有更高的居里温度和较好的内禀矫 顽力等优异的磁特性。这种稀土过渡金属 化合物很有希望成为下一代(即第四代)新的 稀土永磁材料，并在近期内成为实用的新 材料。
三、稀土永磁材料的结构
稀土永磁材料的磁性能与其组成的稀土化 合物的晶体结构密切相关。稀土钴、稀土铁 等稀土永磁合金的磁性相的晶体结构主要分 为：RECo5(如SmCo5)型、RE2Co17(如 Sm2Co17)型和RE2Fe14B(如Nd2Fe14B)型结 构。
1．稀土钻系(RE－Co)永磁合金的 晶体结构
稀土永磁材科的优异性能
几种典型的稀土永磁材料和一般永磁材料的 综合性能比较，从中可以看出，稀土永滋材料的 最大磁能积是传统的永磁材料铁镍钴和铁氧体的 5－10倍(甚至更高)，剩磁也较高(与铁镍钴合金 相当)，稀土永磁材料的矫顽力极高(如烧结 NdFeB的Hc为800－240kA／m)是非稀土永磁材 料无法比拟的，稀土永磁材料的居里温度也适中。 因此，稀土永磁材料是一类高磁能积、高矫顽力、 高剩磁和综合性能最好的永磁材料。
RECo5合金(如SmCo5)具有CaCu5型的六方 晶系结构，空间群为Pb／mnm，稀土占据a晶位， Co占据c晶位和g晶位，如图7—3所示。它由两 种不同的原子层沿[001]轴方向交替堆垛而成。 其中一层的子层由稀土原子和Co原子组成(A层)， 另外一层由Co原子组成(B层)，这种CaCu5型结 构即是由上述A层和B层的堆垛，即ABABAB等 组成。这种低对称性的六方结构使RECo5化合物 有较高的单轴磁晶各向异性，其易磁化方向平行 于c轴方向。
第二大类是钕铁硼合金(即RE—Fe－B系永磁)。 1983年日本和美国同时发现了钕铁硼合金(Nd2Fe14 B，磁能积为400kJ／m3)，称为第三代稀土永磁材料， 当Nd原子和Fe原子分别被不同的RE原子和其他金属
原子所取代可发展成多种成分不同、磁性能不同的 RE－Fe－B系永磁材料。在以上三代稀土永磁材料 中，以钕铁硼的最大磁能积最高，商品RE—Fe－B 系样王永品”磁的。体 目(BH的 前)，(mB已H日达)本m到约已为4制441得9k9J最—／大4m0磁03 ，k能J被／积誉m达3称5：4为0，k“J实／永验m磁室3 的Nd—Fe－B 磁体，而正在研究中的纳米复合稀土 永磁合金的理论磁能积可达M kJ／m3级，比现有永
所有稀土族元素均可形成RE2Co5和 RE2Co17化合物，除La外，其他稀土元素 均可形成稳定的RE2Fe14B金属间化合物， 这为稀土永磁材料的开发和应用提供了宽 广的选择范围。
稀土永磁材料的性能与结构
永磁材料中最新、性能最好的是稀土永磁材料，它是 稀土元素尤其是轻稀土元素与过渡族金属Fe、Co、Ni、 Cu、Zr等或非金属元素如B、C、N等组成的金属间化合 物经适当加工处理后得到的。
世纪60年代末稀土永磁材料问世以来，稀土元素在磁 性材料中的应用日益增加，现已有钕、钐系等元素用于 永磁材料，且品种和性能都在不断发展和提高。随着现 代工业和高新技术的发展，对稀土永磁材料的需求量越 来越大，据统计，目前全世界稀土永磁材料的年产量已 超过30000t，而且以每年接近30％的速度高速增长，预 计到2019年世界稀土永磁材料年产量将超过10万吨。稀 土永磁材料已成为向新技术、新兴产业与社会进步不可 缺少的新材料。