納米稀土金屬與合金的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、納米稀土金屬與合金由于比表面積和晶界面積的顯著增加，使其在晶體結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)及相變特性、功能特性、力學(xué)性能等方面均顯示出與傳統(tǒng)稀土材料明顯不同的特點(diǎn)。對納米尺度下稀土金屬和稀土合金結(jié)構(gòu)和性能的認(rèn)識(shí)是研究和開發(fā)具有高性能的新型納米稀土材料的關(guān)鍵所在。本文利用惰性氣體蒸發(fā)-冷凝法和放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)，制備出了系列純稀土金屬的納米粉末和納米晶塊體，并對其物性、熱力學(xué)特性及力學(xué)性能等參量進(jìn)行了測試和分析；利用本研究組研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)路線：

2、合金鑄錠均勻化處理→高能球磨制備非晶合金粉末→SPS致密化與晶化，制備出了致密、單相的納米晶SmCo3，Sm2Co17和SmCo9.8合金塊體材料，并對系列納米晶Sm-Co合金的晶體結(jié)構(gòu)、相穩(wěn)定性、相轉(zhuǎn)變規(guī)律及性能進(jìn)行了研究。
　　 利用惰性氣體蒸發(fā)-冷凝法，制備出了純稀土Sm、Dy、Er、Nd、Tb、Gd的納米粉末，其中，除了Sm納米顆粒具有密排六方和菱方兩種晶體結(jié)構(gòu)外，其它5種稀土納米粉末都具有單一的密排六方晶體結(jié)構(gòu)。利用S

3、PS技術(shù)首次制備出了系列純稀土金屬的超細(xì)納米晶塊體材料，測定了系列純稀土納米晶塊體的物性、熱力學(xué)特性和力學(xué)性能，并分別從納米尺度效應(yīng)的物理本質(zhì)上解釋了納米稀土金屬的基礎(chǔ)特性相對于同種粗晶材料發(fā)生顯著變化的原因。
　　 制備出了致密、單相的納米晶SmCo3合金塊體，對其晶體結(jié)構(gòu)和磁性能的研究表明，納米晶SmCo3合金具有單一的Be3Nb型菱方晶體結(jié)構(gòu)，其矯頑力達(dá)到33kOe，剩磁和飽和磁化強(qiáng)度的比值（Mr/M50kOe）達(dá)到0.8

4、。發(fā)現(xiàn)了納米晶SmCo3合金在500-575K范圍內(nèi)由弱鐵磁性向強(qiáng)鐵磁性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的反常磁化現(xiàn)象。利用第一性原理計(jì)算研究了納米晶SmCo3合金的磁性能，結(jié)果表明，與同成分粗晶合金相比，由于納米晶合金晶粒尺寸顯著減小使單胞體積發(fā)生膨脹，導(dǎo)致晶胞中原子占位及原子間距發(fā)生改變，增強(qiáng)了原子間的交互作用，使納米晶SmCo3合金的磁性能顯著提高。
　　 制備出了致密、單相的納米晶Sm2Co17合金塊體，對其晶體結(jié)構(gòu)、相穩(wěn)定性、相轉(zhuǎn)變規(guī)律及磁性

5、能的研究表明，納米晶Sm2Co17合金在室溫下具有Th2Ni17型密排六方晶體結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)粗晶合金室溫下具有Th2Zn17型菱方晶體結(jié)構(gòu)明顯不同，表明在一定納米尺度下，Sm2Co17合金的高溫相能夠在室溫下穩(wěn)定存在；隨納米晶粒尺寸增大，合金發(fā)生由2:17H相向2:17R相的轉(zhuǎn)變，原因是伴隨納米晶粒長大，晶界原子對體系結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)的作用減弱，引起系統(tǒng)吉布斯自由能的變化而使相的穩(wěn)定性發(fā)生改變。與粗晶合金相比，單相納米晶Sm2Co17合金具

6、有更加優(yōu)良的磁性能主要是大量納米晶界對磁疇壁產(chǎn)生釘扎效應(yīng)以及納米晶粒之間交互作用的結(jié)果。
　　 制備出了致密、單相的納米晶SmCo9.8合金塊體，對其晶體結(jié)構(gòu)、相穩(wěn)定性、相轉(zhuǎn)變規(guī)律及磁性能的研究表明，納米晶SmCo9.8合金在室溫下具有TbCu7型密排六方晶體結(jié)構(gòu)。SmCo9.8相只能在晶粒尺寸小于10nm時(shí)才能穩(wěn)定存在，伴隨納米晶粒長大，SmCo9.8將向Sm2Co17(2:17H)相發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種相轉(zhuǎn)變的本質(zhì)原因同樣是納米尺