【基金标书】2010CB934600-新型纳米复合磁性材料及其应用的关键基础研究.doc

项目名称:新型纳米复合磁性材料及其应用的关键基础研究首席科学家:张志东中国科学院金属研究所起止年限:2010年1月-2014年8月依托部门:中国科学院一、研究内容纳米复合永磁材料关键科学问题:进行纳米复合永磁材料的结构设计,发展纳米复合永磁材料可控制备技术。特别是重视发展以bottom-up化学过程+快速烧结为主导的技术路线,力争突破制备高性能的各向异性纳米复合永磁材料的技术瓶颈。研究纳米晶的生长机制、结构特征、结构稳定性和性能可靠性,从一个更深的层次来理解纳米复合永磁材料的纳米晶在生长过程中的行为及其与磁性能之间的关系。从理论上分析不同结构的纳米复合磁性材料中导致软磁相不成为反磁化核的中心而能够和硬磁相耦合在一起的临界尺寸与微观组织结构特征。探索满足实现纳米耦合的高矫顽力的硬磁新相和高饱和磁化强度的软磁新相。从实验方面调节和改变材料的交换作用强度、改变和增强材料的磁晶各向异性、饱和磁化强度,从根本建立易于实现纳米耦合的条件。研究新型可控制备技术相分离过程中亚稳相的成相规律及其与成分、温度、时效的关联性。建立纳米复合磁性材料微观组织结构与磁性能的关系模型,获得相分离后的相关联性及它们之间的磁交换作用机制和交换耦合的条件。用快速烧结制备纳米晶和热变形等工艺制备高性能的各向异性Nd2Fe14B/a-Fe纳米复合永磁材料,通过优化两相的微观组织结构和成分,以获得最佳永磁性能的材料,掌握新型纳米复合结构制备的关键技术。主要研究内容:纳米复合永磁材料的结构设计和制备技术的发展采用快淬、HDDR结合相分离法、化学合成、快速烧结制备纳米晶和热变形工艺等多种新工艺和实验手段,探索适宜可控制备纳米结构永磁材料的方法,不仅能够实现硬磁-软磁双相耦合或硬磁相间的耦合,而且实现硬磁晶粒排列取向呈现织构,以求接近或达到理论预期的高磁能积,掌握制备新型高性能纳米复合永磁材料的关键技术、获得最佳的纳米复合结构与磁性能,这是本课题的创新性之处。特别是重视发展以bottom-up化学过程+快速烧结为主导的技术路线,力争突破制备高性能的各向异性纳米复合永磁材料的技术瓶颈。研究相分离与成分、温度、时效的关联性。研究相分离法、热变形工艺等非平衡过程的相形成规律及结晶过程中的晶体学生长特征,相分离的介观结构变化、相交换耦合的结构条件。掌握用上述方法制备NdFeB基、2:17相、新型Co基1:7相等为主体的纳米复合永磁材料的成分设计及工艺条件,控制纳米复合永磁材料的晶粒尺寸和微观结构,以获得最佳永磁性能。2、纳米复合磁性材料的磁性耦合机理研究永磁相和软磁相实现纳米耦合的机理和条件。如:用中子衍射技术与XRD技术结合确定材料的磁性相结构和晶体结构,研究成分、结构、元素晶格占位、磁性相变、健长、夹角等结构因素与材料性能的关系。用磁力显微镜观测新相的磁畴结构,结合磁性测量研究磁畴宽度、畴壁厚度及其影响因素与耦合作用强度、磁晶各向异性、饱和磁化强度、最大磁能积等磁性参数的关系。用SEM和TEM电子显微镜观测材料中晶粒结构、取向、尺寸对磁性的影响。即综合利用各种观测手段,获得物质结构和磁性结构与材料最终性能的关系,为研究纳米耦合机理和优化耦合条件提供实验基础。理论分析不同结构的纳米复合磁性材料中形成最佳磁性交换耦合的临界尺寸;从实验上探索满足具有高矫顽力的硬磁和高饱和磁化强度的软磁相耦合的条件。本课题的创新性之一就是利用交换弹性耦合效应或纳米复合微观组织结构来改变材料的交换作用强度、磁晶各向异性、饱和磁化强度,来调节材料的交换长度lex、畴壁厚度dW、单畴临界尺寸dC以及硬磁参数k,建立易于实现纳米耦合的微观结构和条件。从实验测定的总交互作用中分离出对磁化过程有重要意义的短程交换和长程磁偶极交互作用。建立微观组织结构与磁性能的关系模型,研究其磁性交换耦合作用机制和条件,实现纳米复合微观组织结与磁性能的可控制备。3、探索实现纳米耦合的高矫顽力和高磁能积的硬磁新相和高饱和磁化强度的软磁新相元素周期表中常温下能够提供强磁性的金属只有Fe,Co,Ni。其中a-Fe磁性最强,。Fe-。本项目将采用间隙原子效应来实现最有效的磁性调制。将N、C、H等作为间隙原子加入母合金,基于间隙原子的磁体积效应和化学键效应,改变稀土-铁化合物的电子能带结构和晶场作用。同时,改变材料的磁畴结构,形成硬磁材料理想的180度畴壁的磁畴结构,探索制备新型高性能永磁相。进一步开展间隙原子效应研究,包括电子能带结构、晶场作用计算,为有效地调控材料的内禀磁性提供依据。同时拟把间隙原子效应研究扩展到软磁材料,寻求饱和磁化强度高于Fe-Co合金的间隙型软磁材料,探索新型的高矫顽力兼高磁能积的双相纳米耦合材料。这是本课题的另一创新点。4、高性能永磁纳米复合材料的化学合成及