新型稀土-过渡族金属无序磁性相的结构与磁性研究

自第三代稀土永磁体Nd2Fe14B发现以来，人们一直致力于寻找性能优异的新型稀土-过渡族金属间化合物永磁材料。本项目将利用在2：17型菱方结构中过渡族元素对稀土元素的无序替代，在稀土-过渡族金属间化合物中实现无序富铁富锰结构。利用速凝和激光沉积PLD-CCS技术制备具有无序的菱方结构R2-xTM17+2x的磁性材料，研究其稀土-过渡族合金三元或四元材料晶体和磁结构相图，提高材料中过渡族元素的比例。利用原位变温 x-ray/中子衍射，磁性测量等手段，结合Rietveld 数据结构精修方法， 研究无序替代与元素的类型，浓度等参量的关系，研究结构的稳定性和结构相变的规律。系统研究材料的结构与磁性的关系，寻找具有高居里温度，高磁化强度和强磁晶各向异性的相结构，为开发永磁磁性新相提供基础和依据。

自稀土永磁体Nd2Fe14B发现以来，人们一直致力于寻找性能更优异的新型稀土-过渡族金属间化合物永磁材料。本项目利用稀土-过渡族材料晶体结构中过渡族元素对稀土元素的无序替代，在稀土-过渡族金属间化合物中实现无序的高居里温度的富过渡族磁性材料。通过系统研究获得了大量的具有无序的菱方结构R2-xTM17+2x的磁性材料，研究了其稀土-过渡族合金三元或四元材料晶体和磁结构相图，提高了材料中过渡族元素的比例和磁性能。发现轻重稀土掺杂与Si元素的掺杂有助于形成具有更高过渡元素比例的无序磁性相；通过引入Y和Si元素，成功获得了Fe（Si）/Sm（Y）高达9.1的磁性材料，并实现了材料饱和磁化强度与居里温度的提升。发现平衡态下的无序调制的Th2Zn17型结构和TbCu7型结构的块状Sm-Fe相可以通过添加适当的替代元素来得到。系统研究了材料的结构与磁性的关系，获得了具有高居里温度，高磁化强度和强磁晶各向异性的Sm10Fe90Ti2BNx材料，发现其氮化前为面各向异性，氮化后表现出单轴各向异性，其各向异性场为76 KOe, 饱和磁化强度为1.33T。通过热处理无序相可以转换为2:17有序相，然后进行氮化处理和研磨可以实现矫顽力为12 kOe 和最大磁能积为37MGOe 的永磁磁粉，通过进一步的优化制粉工艺，利用活性剂辅助球磨可实现磁能积达到40MGOe的Sm-Fe-N磁粉。另外我们也从理论上利用能带计算分析了无序结构的磁性。总之，成功制备了具有高过渡族元素比例的稀土-过渡族无序磁性相，获得了高性能的永磁材料，为开发新型永磁材料提供基础和依据。