[发明专利]运用电子束加热快速制备纳米双相复合永磁材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁材料的制备领域，具体涉及一种运用电子束加热快速制备纳米双相复合永磁材料的方法。

背景技术

稀土永磁材料是一种重要的基础功能材料，在信息与能源领域占有重要地位。由稀土永磁材料构成的功能器件已成为计算机、网络信息、通讯、航空航天、交通、办公自动化、家电、人体健康、保健、发电与动力等高新技术领域的核心功能器件。一般认为，磁性材料是当前仅次于半导体材料在高新技术与传统技术中具有广泛应用的一类功能材料。一个国家人均消耗稀土永磁材料的数量已经成为衡量该国家富裕水平的尺度之一。因此开展稀土永磁材料的研究具有十分重要的意义。

稀土永磁材料真正意义上的研究要从1966年美国Dayton大学的K.J.Strnat等人发明的第一代SmCo₅开始，并且在此之后不到20年的时间里，永磁材料获得了雨后春笋般的发展，先后出现了第二代永磁材料Sm₂Co₁₇(1977年)和第三代永磁材料Nd₂Fe₁₄B(1983年)，并由此旋起了上个世纪末期全世界范围研究和探索新一代永磁材料的热潮。代表性工作包括(1)稀土铁氮间隙型氮化物。1990年爱尔兰三一大学Coey教授研究组和北京大学杨应昌院士研究组基于在稀土铁合金中氮的间隙原子效应，发现Sm₂Fe₁₇N_x(简称钐铁氮)与Nd(Fe,M)₁₂N_x(简称钕铁氮)具有优异的内禀磁性，可与钕铁硼媲美。(2)纳米双相复合永磁材料。1988年荷兰菲利普的Coehoom等人首先在Nd₄Fe_77.5B_18.5的材料中发现了剩磁增强效应，而这种效应是源于硬磁性相Nd₂Fe₁₄B和软磁性相Fe纳米晶粒间的交换耦合相互作用。1991年德国的Kneller等人从理论上阐述了纳米晶尺度的硬磁性相和软磁性相之间的交换耦合可使材料同时获得硬磁性相的高矫顽力和软磁性相的高饱和磁化强度，因此可具有很高的磁能积。1993年Skomski和Coey等人从理论上预测若能实现硬磁性相的方向性排列，那么各向异性的纳米双相复合永磁材料在理论上的最大磁能积可达到125MGOe左右。纳米双相复合永磁材料由于在理论上具有超高的最大磁能积以及可用于制备粘结或烧结磁体，因此受到了广泛的关注和研究。

稀土铁硼化合物与α-Fe或Fe₃B构成的纳米晶双相复合永磁材料是一种典型的纳米晶双相复合永磁材料。为了使硬磁性相和软磁性相实现较强的耦合效应，就必须将硬磁性相和软磁性相的晶粒尺寸控制在纳米级，而且软磁性相的晶粒尺寸必须小于或与硬磁性相稀土铁硼畴壁厚度的两倍尺度(10nm)相当，为此必须采取合适的技术去实现这种微观结构。

已有的研究表明，运用快淬技术可以制备Nd₂Fe₁₄B或Pr₂Fe₁₄B为基的纳米双相复合永磁材料，现有的技术路线有两条：(1)将富铁的稀土铁硼合金运用快淬技术直接制备为纳米双相复合永磁材料。该方法的优点是工艺简单，成本低；缺点是由于辊速适中，因此获得的晶粒较粗，且由于自由面和贴辊面冷却速度不同，所以样品的微观结构和磁性能并不均匀；(2)将富铁的稀土铁硼合金运用快淬技术先制备成非晶，然后再通过晶化处理获得纳米双相复合永磁材料。该方法的优点是获得的晶粒较为细小，且微观结构也较为均匀；不足是常规的退火工艺升温时间偏长，效率不高。

本发明提出了一种通过电子束加热制备纳米双相复合永磁材料的方法，该方法在0.1-1秒的时间范围内就可以实现对富铁的钕铁硼非晶薄带的快速加热和晶化，制得的纳米双相复合材料晶粒细小均匀，永磁相和软磁相容易实现高效的交换耦合，最终制备的材料表现出了单一磁性相的行为和优异的磁性能，这说明这种方法非常有效。相对于常规的退火处理，该方法加热速率极高，同时加热区域也非常均匀且容易实现，而获得的材料性能均优于常规退火制备的材料性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，要求该制备方法简单易行，效率高，且获得的纳米双相复合永磁材料具有均匀的微观结构和优异的磁性能。

本发明的技术方案如下：

一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，包括以下步骤：