最新35稀土磁致伸缩
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
富硼相组成。随硼含量增加，富硼相的数量有所增加。
有碳取代硼原子亦可形成钕铁碳化合物，其晶体结构 与钕铁硼的相同。NdFeC化合物亦具有相当高的内禀
磁性，但由于其形成困难，同时在高温区要分解，因
此不能用来制备有实际意义的永磁材料。硅与碳虽然
有相同的原子价，但硅的原子半径比硼的原子半径大
得多，因而硅只能取代铁原子晶位而不能取代硼原子 晶位。
（3）由原子的轨道和晶场的相互作用及 自旋－轨道相互作用而引起的磁致伸缩。 （各向异性）（大磁致伸缩的主要来源）
一般所说的磁致伸缩指的是场致形变， 即当施加外磁场时，材料沿某一方向长度 的变化。在铁磁或亚铁磁材料中，当温度 在材料居里点一下的温度时，由于自发磁 化在材料的内部形成大量的磁畴。每个畴 内，由于上述的几种作用机制，晶格都发 生形变。
λ100为正，λ111为负。
随Si含量的增加，其数值 变小。到质量分数wSi为 60%左右达到零。这一事 实对于制作磁致伸缩为零 的FeSi磁性材料是致关 重要的。
稀土磁致伸缩材料主要是稀土－铁系金 属间化合物，这类材料具有比铁、镍大 得多的磁致伸缩值，并且机械响应快、 功率密度高，所以可广泛应用于声纳系 统、大功率超声器件、精密控制系统、 各种阀门、驱动器等，是一种具有广阔 发展前景的稀土功能材料。
•二、磁致伸缩效应和机理
1.线磁致伸缩： 当材料在磁化时，伴有晶 格的自发的晶格变形，即沿着磁化方向生
• 一、概述
• 定义：铁磁材料和亚铁磁材料，在外磁 场被磁化时，其长度和体积都要发生变 化，而失去外磁场后，又恢复原来长度 或体积，这种现象称为磁致伸缩。
•磁致伸缩材料主要分4大类：
1.过渡族金属与合金：
Fe 、Ni合金，Ni－Co， Ni－Co－ Cr和铁基合金Fe－Ni，Fe－Al，Fe－Co －V等。
35稀土磁致伸缩
• 所有的稀土元素与铁和硼均可形成REFeB化合物， 其中钕铁硼均可制成有实用意义的永磁材料。钕铁硼
化合物类金属硼等元素的添加对四方相钕铁硼的形成 起决定性作用。实验结果表明，不含硼的Nd-Fe合金 由a-Fe和NdFe相组成。当硼摩尔分数增加到4%时， NdFe相消失，开始出现钕铁硼相。当硼摩尔分数增 加到7%时，a-Fe相消失，合金由钕铁硼和富钕以及
•磁致伸缩机理
当材料的磁化状态发生改变时，其自 身的形状和体积要发生变化，以使总能量 达到最小。
磁致伸缩一般起源于下列集中作用：
（1）当材料的晶格发生畸变时，其交换 能也随之变化，晶格的排列总是选择一种 能量最低的位置。这种晶格畸变可以是各 向同性的，也可以是各向异性的。
（2）原子的磁偶极距之间的相互作用也 能引起磁致伸缩。（各向异性的）
•正负磁致伸缩： 当未加外加磁场时，磁畴的磁化方向
是随机的；加上外磁场后，通过畴壁的运 动和磁化方向的转动，最终大量的磁畴的 磁化方向将倾向平行于磁场。
如果畴内磁化强度方向是自发形成的长轴， 则材料在外场方向将伸长，这时正磁致伸 缩。
如果磁化强度方向是自发形变的短轴，则 材料在外场方向将缩短，这是负磁致伸缩。
轨道角动量冻结的物理机制：
过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的 控制。晶场的值为102-104(cm-1)大于自旋-轨道耦合 能(l)102(cm-1).
晶场对电子轨道的作用是库仑相互作用，因而 对电子自旋不起作用。随着3d电子的轨道能级在晶 场作用下劈裂，轨道角动量消失。
• 对开壳层分子（分子中含有不成对电子）， 自旋磁矩肯定不为零，但是否具有轨道磁矩，即 轨道是否“冻结”， 要根据不同情况而定。徐 光宪教授根据量子化学的结论总结出轨道不“冻 结”（轨道磁矩有贡献）的三个条件：（1）未 成对电子占据的是简并轨道中的一个；（2）在 与该未成对电子占据轨道简并的诸轨道中，至少 有一个没有与该未成对电子自旋平行的电子占据； （3）上述两个简并轨道可以通过绕某轴旋转适 当角度而彼此重跌。显然“冻结”的起码前提条 件是不成对电子占据简并分子轨道。
各向异性，当自发磁化后，4f层电子云 会在某一个或几个特定的方向能量达到 最低，从而引起晶格沿着这几个特定的 方向产生较大的畸变，这样当施加外磁 场时就产生了大的磁致伸缩。
轨道角动量冻结
在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩 仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。 此现象称为轨道角动量冻结。
长或缩短，称为线磁致伸缩。变化的数量 级为10－6～10－5.当磁体发生线磁致伸缩 时，体积几乎不变，而只改变磁体的外形。
在磁化未达到饱和状态时，主要是磁体长 度变化产生线磁致伸缩。
l
l
线性磁致伸缩系数
• 2.体积磁致伸缩：
当材料在磁化状态改变时，体积发生膨 胀或收缩的现象。饱和磁化以后，主要 是体积变化产生体积磁致伸缩。（一般 磁体中体积磁致伸缩很小，实际用途也 很少，在测量和研究中，所以一般磁致 伸缩都指的是线磁致伸缩）。
• 稀土离子超磁致伸缩的来源
主要来源于未满的4f层电子，受外层 5s、5p和6s电子的屏蔽。且稀土金属的 原子间距比半径大1-2数量级。
所以轨道与自旋耦合作用比稀土中心离子 和周围配体离子所产生的晶体场的相互 作用大1-2个数量级。
• RE-GMM拥有大的磁致伸缩系数： 稀土离子的4f电子轨道具有强烈的
三、稀土超磁致伸缩材料的结构
• Tb0.27Dy0.73Fe2-x（0≤x ≤ 0.5）等典 型稀土-铁三元系超磁致伸缩材料。
• 磁性晶体的性能除了与晶体结构有关外， 还与晶体的微结构以及磁性体的磁畴结 构密切相关。
四、稀土超磁致伸缩材料的性能
• 磁致伸缩常数的测定通常采用应变什来 进行。
• 硅钢片用 Fe－Si台金的λ100 和λ111 与 成分间的关系图如后。
2.重稀土金属合金：
Tb0.6Dy0.4合金
3.稀土与过渡金属间化合物：
REFe3, RE5Fe23, RE2Fe17, TbNi0.4Fe1.6 4.锕系金属化合物
Βιβλιοθήκη Baidu
• 稀土与过渡金属，如Fe，Co等的二元或 三元合金则具有巨大的磁致伸缩值，高 于非稀土的近百倍。
λ达到1500~2000ppm
稀土超磁致伸缩材料 RE-GMM
有碳取代硼原子亦可形成钕铁碳化合物，其晶体结构 与钕铁硼的相同。NdFeC化合物亦具有相当高的内禀
磁性，但由于其形成困难，同时在高温区要分解，因
此不能用来制备有实际意义的永磁材料。硅与碳虽然
有相同的原子价，但硅的原子半径比硼的原子半径大
得多，因而硅只能取代铁原子晶位而不能取代硼原子 晶位。
（3）由原子的轨道和晶场的相互作用及 自旋－轨道相互作用而引起的磁致伸缩。 （各向异性）（大磁致伸缩的主要来源）
一般所说的磁致伸缩指的是场致形变， 即当施加外磁场时，材料沿某一方向长度 的变化。在铁磁或亚铁磁材料中，当温度 在材料居里点一下的温度时，由于自发磁 化在材料的内部形成大量的磁畴。每个畴 内，由于上述的几种作用机制，晶格都发 生形变。
λ100为正，λ111为负。
随Si含量的增加，其数值 变小。到质量分数wSi为 60%左右达到零。这一事 实对于制作磁致伸缩为零 的FeSi磁性材料是致关 重要的。
稀土磁致伸缩材料主要是稀土－铁系金 属间化合物，这类材料具有比铁、镍大 得多的磁致伸缩值，并且机械响应快、 功率密度高，所以可广泛应用于声纳系 统、大功率超声器件、精密控制系统、 各种阀门、驱动器等，是一种具有广阔 发展前景的稀土功能材料。
•二、磁致伸缩效应和机理
1.线磁致伸缩： 当材料在磁化时，伴有晶 格的自发的晶格变形，即沿着磁化方向生
• 一、概述
• 定义：铁磁材料和亚铁磁材料，在外磁 场被磁化时，其长度和体积都要发生变 化，而失去外磁场后，又恢复原来长度 或体积，这种现象称为磁致伸缩。
•磁致伸缩材料主要分4大类：
1.过渡族金属与合金：
Fe 、Ni合金，Ni－Co， Ni－Co－ Cr和铁基合金Fe－Ni，Fe－Al，Fe－Co －V等。
35稀土磁致伸缩
• 所有的稀土元素与铁和硼均可形成REFeB化合物， 其中钕铁硼均可制成有实用意义的永磁材料。钕铁硼
化合物类金属硼等元素的添加对四方相钕铁硼的形成 起决定性作用。实验结果表明，不含硼的Nd-Fe合金 由a-Fe和NdFe相组成。当硼摩尔分数增加到4%时， NdFe相消失，开始出现钕铁硼相。当硼摩尔分数增 加到7%时，a-Fe相消失，合金由钕铁硼和富钕以及
•磁致伸缩机理
当材料的磁化状态发生改变时，其自 身的形状和体积要发生变化，以使总能量 达到最小。
磁致伸缩一般起源于下列集中作用：
（1）当材料的晶格发生畸变时，其交换 能也随之变化，晶格的排列总是选择一种 能量最低的位置。这种晶格畸变可以是各 向同性的，也可以是各向异性的。
（2）原子的磁偶极距之间的相互作用也 能引起磁致伸缩。（各向异性的）
•正负磁致伸缩： 当未加外加磁场时，磁畴的磁化方向
是随机的；加上外磁场后，通过畴壁的运 动和磁化方向的转动，最终大量的磁畴的 磁化方向将倾向平行于磁场。
如果畴内磁化强度方向是自发形成的长轴， 则材料在外场方向将伸长，这时正磁致伸 缩。
如果磁化强度方向是自发形变的短轴，则 材料在外场方向将缩短，这是负磁致伸缩。
轨道角动量冻结的物理机制：
过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的 控制。晶场的值为102-104(cm-1)大于自旋-轨道耦合 能(l)102(cm-1).
晶场对电子轨道的作用是库仑相互作用，因而 对电子自旋不起作用。随着3d电子的轨道能级在晶 场作用下劈裂，轨道角动量消失。
• 对开壳层分子（分子中含有不成对电子）， 自旋磁矩肯定不为零，但是否具有轨道磁矩，即 轨道是否“冻结”， 要根据不同情况而定。徐 光宪教授根据量子化学的结论总结出轨道不“冻 结”（轨道磁矩有贡献）的三个条件：（1）未 成对电子占据的是简并轨道中的一个；（2）在 与该未成对电子占据轨道简并的诸轨道中，至少 有一个没有与该未成对电子自旋平行的电子占据； （3）上述两个简并轨道可以通过绕某轴旋转适 当角度而彼此重跌。显然“冻结”的起码前提条 件是不成对电子占据简并分子轨道。
各向异性，当自发磁化后，4f层电子云 会在某一个或几个特定的方向能量达到 最低，从而引起晶格沿着这几个特定的 方向产生较大的畸变，这样当施加外磁 场时就产生了大的磁致伸缩。
轨道角动量冻结
在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩 仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。 此现象称为轨道角动量冻结。
长或缩短，称为线磁致伸缩。变化的数量 级为10－6～10－5.当磁体发生线磁致伸缩 时，体积几乎不变，而只改变磁体的外形。
在磁化未达到饱和状态时，主要是磁体长 度变化产生线磁致伸缩。
l
l
线性磁致伸缩系数
• 2.体积磁致伸缩：
当材料在磁化状态改变时，体积发生膨 胀或收缩的现象。饱和磁化以后，主要 是体积变化产生体积磁致伸缩。（一般 磁体中体积磁致伸缩很小，实际用途也 很少，在测量和研究中，所以一般磁致 伸缩都指的是线磁致伸缩）。
• 稀土离子超磁致伸缩的来源
主要来源于未满的4f层电子，受外层 5s、5p和6s电子的屏蔽。且稀土金属的 原子间距比半径大1-2数量级。
所以轨道与自旋耦合作用比稀土中心离子 和周围配体离子所产生的晶体场的相互 作用大1-2个数量级。
• RE-GMM拥有大的磁致伸缩系数： 稀土离子的4f电子轨道具有强烈的
三、稀土超磁致伸缩材料的结构
• Tb0.27Dy0.73Fe2-x（0≤x ≤ 0.5）等典 型稀土-铁三元系超磁致伸缩材料。
• 磁性晶体的性能除了与晶体结构有关外， 还与晶体的微结构以及磁性体的磁畴结 构密切相关。
四、稀土超磁致伸缩材料的性能
• 磁致伸缩常数的测定通常采用应变什来 进行。
• 硅钢片用 Fe－Si台金的λ100 和λ111 与 成分间的关系图如后。
2.重稀土金属合金：
Tb0.6Dy0.4合金
3.稀土与过渡金属间化合物：
REFe3, RE5Fe23, RE2Fe17, TbNi0.4Fe1.6 4.锕系金属化合物
Βιβλιοθήκη Baidu
• 稀土与过渡金属，如Fe，Co等的二元或 三元合金则具有巨大的磁致伸缩值，高 于非稀土的近百倍。
λ达到1500~2000ppm
稀土超磁致伸缩材料 RE-GMM