纳米晶软磁合金中的结构对技术磁性的影响——Ⅱ.磁弹耦合作用

对磁弹耦合在决定纳米晶软磁合金宏观磁性中的作用进行了探讨,高场磁化规律以及正电子湮没测量表明:对Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金,准位错偶极子造成的应力场对畴壁的钉扎效应是造成纳米晶软磁合金矫顽力的重要原因;结构缺陷造成的应力场与磁致伸缩的耦合作用对纳米晶软磁性能有重要的影响.在结构各向异性和磁弹耦合能共同作用下可解释纳米晶合金表现出最佳软磁性能.     

纳米晶软磁合金的结构对技术磁性的影响——Ⅰ.结构各向异性

考虑到现有理论的局限性,建立了界面非晶相的随机局域各向异性模型,对界面非晶相在合金结构各向异性中的作用进行了研究,结果表明由交换作用和局域磁晶各向异性决定的结构各向异性与界面非晶相的磁性和结构参数有着复杂的关系,晶化后期软磁性能的恶化可由界面非晶相的磁性能减弱来解释.     

纳米晶钛酸铅镧体系的软模及铁电相变研究

采用Raman散射方法系统研究了Pb_1-xLa_xTiO₃(PLT)的软模行为和铁电相变.结果表明,随着晶粒尺寸的减小,Pb_0.86La_0.14TiO₃(PLT14)能从常温常压下的四方铁电相转化为立方顺电相;在高温常压及常温高压下纳米晶PLT14的相变温度和压力均比体材料情况下低;对于不同晶粒尺寸的PLT体系,系统从四方相转化为立方相的相边界随晶粒尺寸的减小移向更低的La离子浓度,还论述了软模随晶粒尺寸、温度、压力和La离子浓度的变化行为以及系统发生相变的机制.     

纳米复合材料Fex(SiO2)1-x中的界面相互作用和渗透效应对磁性的影响

采用机械合金法制备了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x系列样品 .用X射线粉末衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )、M ssbauer谱和Faraday磁天平系统地研究了该系列样品不同Fe合量和不同球磨时间的微结构和磁性 .实验表明样品的微结构和磁性与球磨时间和Fe含量密切相关 .当样品的Fe含量少于 2 0wt% ,并球磨了 80h后呈现出非常复杂的微观结构 :α -Fe纳米晶粒和Fe团簇镶嵌在SiO₂ 基质中 ,形成α -Fe纳米岛状和纳米尺度的类三明治结构 .Fe-SiO₂ 界面的相互作用和渗透效应、纳米晶的尺寸效应和类三明治的特殊微观结构导致了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x的物理性能的变化     

Sm(Co,Cu,Fe,Zr)7.4永磁合金的胞状组织的析出发育和Zr的作用研究

用粉末冶金方法制备的Sm(Co,Cu,Fe,Zr)_7.4合金,其磁性能:B_r=1.12(T),_iH_c=1078(kA/m),(BH)_max=243.6(kJ/m³).采用透射电子显微镜和Mo-ssbauer谱仪研究了合金的胞状组织析出过程和Zr的作用.研究发现:胞状组织形成温度为460℃,富Zr长片相在780℃出现,合金的矫顽力随胞状组织发育尺寸,数量多少,完善程度而变化.合金中的Zr促使Fe原子由1:5相进入2:17相,(Zr加速了2:17相中Fe原子由Co₁晶位转移到Co₃晶位,从而增加了两相之间成分差别,增加了单轴各向异性,有利于合金矫顽力的提高.     

Si和Nb对Fe3Al合金基体和缺陷中价电子密度的影响

通过测量二元Fe₃ Al以及含Si或Nb的Fe₃ Al合金的正电子寿命谱参数 ,计算了合金基体和缺陷处的价电子密度 .结果表明 ,Fe₃ Al合金基体的价电子密度较低 ,当Al和Fe结合成Fe₃ Al时 ,Al原子提供价电子与Fe原子的 3d电子形成局域的共价键 .Fe₃ Al合金中金属键和共价键共存 .Fe₃ Al合金晶界缺陷处价电子密度很低 ,键合力较弱 .在Fe₃ Al合金中加入Si,合金基体和晶界处的价电子密度均降低 ,晶内和晶界处的金属键结合力都减弱 .Si的加入使合金变得更脆 .在Fe₃ Al合金中加入Nb降低了合金中的有序度 ,使晶界缺陷处价电子密度升高 ,金属键结合力增强 .但由于Nb的原子半径比Fe大 ,它取代Fe后晶格发生畸变 ,体积增大 ,导致合金基体的价电子密度降低 ,基体的金属键结合力减弱 .     

Pd41Ni10Cu28P21大块非晶合金结构与晶化过程

采用水淬的方法获得了Pd₄₁Ni₁₀Cu₂₈P₂₁大块非晶合金 .结果表明 ,这一合金体系具有很强的玻璃形成能力 ,其约化的玻璃转变温度T_rg为 0 .71 4.结构分析显示 ,Pd₄₁Ni₁₀Cu₂₈P₂₁非晶合金比以往所报道的Pd₄₀Ni₄₀P₂₀ 非晶具有更接近于“冻结”液态的密堆积结构 .非晶的晶化实验表明 ,晶化初期多种晶相同时结晶析出 .低于 71 0K退火非晶样品 ,亚稳相形成 ,继续提高退火温度亚稳相消失 .此外 ,从热力学和动力学角度就Cu部分替代Ni对合金的玻璃形成能力的影响进行了探讨     

Nd-Fe(Co,Al,Ga)-B合金的磁性及Al,Co,Ga原子的晶位占据研究

本文研究了Nd-Fe(Co,Al,Ga)-B永磁合金的磁性能并且用Mssbauer谱仪等手段研究了Al,Co,Ga诸原子在上述合金中的晶位占据。选用粉末冶金方法研制出上述实用磁体,其磁性能是:B_r=1.19T,_jH_G=1130kA/m,(BH)_max=262kJ/m³,α(B,)=0.04％/℃,T_c=450—550℃。研究结果发现Al原子主要占据j₂晶位;Ga原子优先占据j₂和k₂晶位;Co原子优先占据8 j₂,16k₂晶位。Co在四方相中占据上述晶位是造成永磁合金居里温度上升的原因。     

硬磁性Nd60A110Fe20Co10大块金属玻璃的玻璃转变和晶化过程

采用动态力学热分析（DMTA）,示差扫描量热法（DSC）,X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）考察了Nd₆₀A₁₁₀Fe₂₀Co₁₀大块金属玻璃（BMG）的玻璃转变,晶化过程及晶化过程对磁性能的影响规律.结果表明用DMTA方法确定Nd₆₀A₁₁₀Fe₂₀Co₁₀ BMG在10 K/s的升温速率下玻璃转变温度为480 K,初始晶化温度为588 K.晶化过程为：非晶→非晶＋亚稳FeNdAl新相→非晶＋初晶δ相→初晶δ相＋共晶δ相＋Nd₃Al＋Nd₃Co.该体系合金具有硬磁性是由于合金中存在高度弛豫的非晶相,完全晶化后材料的硬磁性消失.     

小角X射线散射技术研究非晶合金回火过程中结晶-非晶两相系统比内表面

本文应用小角X射线散射技术(SAXS),结合广角X射线衍射(WAXD)确定了Cu₇₃Sn₆Ni₆P₁₅非晶合金经过473K回火后形成的结晶-非晶两相系统的比内表面.结果表明这个非晶合金在473K回火过程中,当回火时间从5min增加到4h时,两相系统比内表面从144m²/cm³减少到96m²/cm³.本文确定出的两相系统比内表面的误差约为7％.     

Nd-Fe-B(B≤50at.％)三元系相图的研究

本文用X射线衍射、热学分析、磁性测量等手段研究了Nd-Fe-B(B≤50at.％)三元系相图,主要结果如下:1.重新测定了Nd-Fe二元系相图,确证NdFe₂相是不存在的。2.测定了Nd-Fe-B(B≤50at.％)三元系室温横截面。在该三元系中存在三个化合物:Nd₂Fe₁₄B,Nd₈Fe₂₇B₂₄,Nd₂FeB₃。 指出:在未经退火的Nd-Fe-B三元母合金中,存在有过冷液相(非晶)的可能性。实用Nd-Fe-B新型永磁合金,由三相构成,主相为Nd₂Fe₁₄B,次相为Nd和Nd₈Fe₂₇B₂₄。3.测定了Fe₉₄B₆-Nd₁₂Fe₈₂B₆-Nd_33.5Fe_60.5B₆和Nd₂Fe₁₇-Nd₂Fe₁₄B-Nd₈Fe₂₇B₂₄纵截面。指出:在制备Nd-Fe-B三元永磁合金时,最高烧结温度不得高于1100℃,而后热处理的温度在600℃左右为宜。4.研究了Nd₂Fe₁₄B,Nd₈Fe₂₇B₂₄的结构和Nd₂Fe₁₄B的单相区。Nd₂Fe₁₄B为四方晶系,a=8.800,c=12.190,z=4,空间群为P4₂/mnm,X射线密度D_X=7.60g/cm³,测量密度D_O=7.50g/cm³。在测量精度范围内,观测不到Nd₂Fe₁₄B有单相区存在。Nd₈Fe₂₇B₂₄为四方晶系,a=7.12,c=27.40,z=2,D_X=7.01g/cm³,D_O=7.00g/cm³,可能的空间群为P4₂/n。5.在实验的基础上,讨论了Nd₂Fe₁₄B的热稳定性,并对制备Nd-Fe-B永磁合金的粉末冶金工艺提供了解释。     

纳米SnO2的Raman光谱研究

利用Raman光谱和X射线衍射系统地研究了纳米SnO₂的微观结构和空间对称性与退火温度的关系,并与非晶SnO₂薄膜和单晶的结果进行了比较.发现,Raman新峰N₁和N₂完全遵循Matossi力常数模型,退火温度接近673K时,纳米微粒内局域无序和晶格空位密度迅速下降,晶格畸变和Raman新峰几乎同时消失.并对Raman新峰N₁和N₂与纳米SnO₂的微观结构的变化进行了深入的探讨.     

RTiFe11金属间化合物的结构与磁性

本文研究了RTiFe₁₁的晶体结构和内禀磁性(R=Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er和Y),并分析了RTiFe₁₁的磁结构与各种磁性离子间的交换作用。发现R为重稀土时,R—Fe交换作用与(g_J —1)²J(J+1)成比例,在R为轻稀土时,要考虑5d-4f电子交换作用因稀土离子而异所带来的修正。分析了在RTiFe₁₁中Fe—Fe交换作用与原子间距的依赖关系,并给出了提高居里温度的实验结果。利用合金的能带模型分析了Fe原子的饱和磁矩,并通过适宜的原子代换研究了提高饱和磁矩的途径。RTiFe₁₁呈现多样性的磁晶各异性性质。利用实验方法测定了Fe次晶格的易磁化方向与磁晶各向异性常数随温度的变化。根据晶场理论,按照点电荷模型计算了稀土离子的磁晶各向异性及其随温度的变化,解释了所观测到的自旋再取向现象。     

小角X射线散射确定非晶合金的三个激活能

应用小角X射线散射技术(SAXS)确定了Cu₇₃Sn₆Ni₆P₁₅非晶合金在温度区间443—473K范围内的晶化激活能E_c=210kJ·mol~(-1),晶体成核激活能E_n=238kJ·mol~(-1)和晶体长大激活能E_g=140kJ·mol^-1,并分析讨论了三者的关系。文中指出确定晶体长大激活能的正确方法是使用晶体体积长大速度,使用了新的校正回火非晶合金小角X射线散射强度背底误差的方法。     

铝化物金属间化合物中自由电子密度、微观缺陷及其键组成

通过测量Ni₅₀Al₅₀,Ti₅₀Al₅₀,Fe₆₀Al₄₀,Fe₇₂Al₂₈合金和高定向石墨晶体的正电子寿命谱参数,分别计算了这些样品基体和缺陷态的自由电子密度.结果表明,合金基体的自由电子密度较低,合金中金属键和共价键共存.以具有确定键组成的石墨晶体作为参照,计算了这些合金中分别参与形成金属键和共价键的价电子数占总价电子数的百分比.不同的合金具有不同的键组成,Ni₅₀Al₅₀,Ti₅₀Al₅₀和Fe₆₀Al₄₀合金中的共价键成分都比较高,均高于Fe₇₂Al₂₈合金中的共价键成分.金属间化合物中的成键特征对其晶体结构和晶界结构有较大的影响.共价键成分高的合金中,其晶界缺陷处的自由电子密度较低.讨论了自由电子密度、微观缺陷和键组成对合金力学性能的影响.     

纳米ZrO2固体低温内耗谱的研究

本文系统研究了不同颗粒度的纳米ZrO₂块状固体从室温至-200℃的内耗和模量.发现三个内耗峰(P₁,P₂和P₃——对应升温测量或P''₁,P''₂和P''₃——对应降温测量),通过这些内耗峰行为的研究,可以看出,P₃或P''₃峰可以归因于晶界的弛豫,即它是由于纳米ZrO₂固体中晶界的滑动产生的.P₂(或P''₂)与纳米ZrO₂在低温下的相变有关.随着退火温度的升高,能量耗散迅速减小,模量明显增大.     

用高温光电子谱研究SrTiO3纳米微晶薄膜晶粒边界热力学平衡

用高温光电子谱和热重分析方法研究了SrTiO₃ 纳米微晶材料表面 .结果表明热力学平衡过程中各种离子在晶粒边界附近发生迁移和再分布以及晶格氧和气相氧间的相互转换 ,导致表面组分随着温度发生非常明显的变化 .温度上升时体内的晶格氧离子向晶粒表面迁移 ,同时导致钛离子也向晶粒表面迁移并与表面的氧离子形成Ti O团 .温度下降时则发生相反过程 ,但后一过程比前一过程慢得多 .提出一个初步的模型解释这一过程 .     

Y-TZP陶瓷中ZrO2颗粒大小对相变增韧的影响

, 本文研究了Y-TZP陶瓷中ZrO₂晶粒大小对ZrO₂相组成和应力诱导下可相变的四方相含量以及材料力学性能的影响。发现在样品中四方ZrO₂的含量并非随晶粒尺寸减小而单调地增加。实验结果是当ZrO₂晶粒大小在一最佳晶粒尺寸范围内时,样品中四方ZrO₂的含量和在应力诱导下可相交的四方相含量都最高,同时材料的强度与断裂韧性也最佳。对于相同组分的Y-TZP样品来说,断裂韧性与应力诱导下可相变的四方相含量之间有线性关系。本文研究了ZrO₂相变的热力学关系和四方ZrO₂相变对断裂韧性所起作用的关系式,并以此对上述实验结果作了合理的讨论。本文的实验结果与理论分析可很好地相互映证。     

YBCO中微结构对Jc的影响及机制

本文揭示了YBa₂Cu₃O_7-x超导陶瓷材料中微结构特征参量与临界电流密度(J_c)以及Cu-O面行为之间的关系.实验用3个样品的T_c均为90K,但他们的J_c分别为30,300和2000A/cm².结果表明,l/w≥3晶粒数,含畴晶粒数和平直晶界数这3个微结构特征参量,在YBCO超导材料中起着重要作用.研究结果还表明,这些微结构特征参量与结构中二维Cu-O面的行为密切相关,并且也是解释微结构影响J_c原因的关键.     

1∶12型氮化物NdFe10.5Mo1.5Nx的磁畴结构

运用磁力显微镜 (MFM) ,首次观测到 1∶1 2型NdFe_10.5Mo_1.5 合金在氮化处理前后磁畴结构的变化 .结果表明 ,氮化处理前 ,合金样品表面层呈现复杂而细微的波纹畴结构 .吸氮后 ,随着单轴磁晶各向异性常数K₁的急剧增加 ,出现平行排列的片状畴 .通过测量条畴宽度w ,结合磁测量结果 ,计算出母体合金和氮化物NdFe_10.5Mo_1.5N_x的畴壁能γ ,并给出了两者的交换作用常数A以及单畴尺寸D_c,从而定性地解释了 1∶1 2型NdFe_10.5Mo_1.5 合金吸氮后磁畴结构变化的原因 .将计算结果同SmCo₅ 和Nd₂ Fe₁₄ B两种永磁材料作了比较.