题目：各向异性纳米晶SmCo高温永磁材料研究

随着科技发展和社会进步，航空航天、国防及民用高技术领域对于使用温度高达500℃的永磁材料提出明确需求。SmCo永磁材料因其高的居里温度(750-920℃)和强的磁晶各向异性场(6-30 T)成为高温永磁材料的首选。现有的高温永磁材料研究主要集中在具有纳米胞状结构的2:17型SmCo永磁材料和具有纳米晶结构的纳米晶SmCo永磁材料。纳米晶SmCo永磁材料因细小的纳米晶结构表现出高矫顽力，有可能发展成为性能优异的高温永磁材料。然而，由于纳米晶晶粒细小、容易发生团聚，采用常规方法，如甩带、机械合金化等，制备得到的纳米晶永磁材料通常都是各向同性的，磁性能不够高。理论上来说，获得单轴各向异性可以将永磁材料的磁能积提高到相应的各向同性磁体磁能积的四倍。因此，研究各向异性纳米晶SmCo永磁材料对于获得性能优异的高温永磁材料具有重要意义。本文以各向异性纳米晶SmCo烧结永磁体为研究对象，系统地研究了其制备方法，烧结过程中的相演化和微观组织结构演化规律，制备工艺参数对磁性能的影响规律，以及限制磁体矫顽力提高的根源。

成功制备了各向异性纳米晶SmCo6.6Ti0.4永磁体，该磁体宏观上具有晶体学各向异性和磁各向异性的，微观上由取向的纳米晶晶粒组成的，其剰磁比达到80%。采用表面活性剂辅助高能球磨（SAHEBM）、磁场取向和放电等离子烧结（SPS）的方法制备得到了各向异性纳米晶SmCo6.6Ti0.4永磁体。SAHEBM得到的粉末为由细小的纳米晶晶粒组成的具有平面外[001]取向、平均厚度约为200 nm，长度为1-20 μm的薄片。制备得到的纳米晶磁体以具有TbCu7结构的1:7 H相为主相，其平均晶粒尺寸约为38 nm，微观上纳米晶晶粒存在择优取向，宏观上表现出c轴方向的晶体学各向异性和磁各向异性，磁体沿着易轴方向的剰磁比达到0.80。

明确了各向异性纳米晶SmCo6.1Si0.9永磁体在烧结过程中的相演化和微观组织结构演化规律，阐明了相和微观组织结构演变对磁性能的影响。研究结果表明：铸态SmCo6.1Si0.9合金由具有TbCu7结构的1:7 H 单相组成；随着烧结温度的提高，少量具有Th2Zn17结构的2:17 R相首先在磁体中析出，但1:7 H 相仍然是主相；随着烧结温度的进一步提高，1:7 H 相消失，磁体由2:17 R 主相和少量的具有CaCu5结构的1:5 H相组成。在2:17 R相内部出现大量的相变孪晶，1:5 H相以颗粒形式在2:17 R相的晶界和晶粒内部析出。各向异性纳米晶SmCo6.1Si0.9永磁体和2:17型SmCo永磁体的相和微观组织演化规律的对比表明：纳米晶晶界为Sm原子扩散提供了通道，使得1:5 H纳米颗粒在2:17 R相晶界和晶粒内部析出，而不是形成类似于2:17型SmCo永磁体的纳米胞状结构。对磁性能的研究结果表明：1:7 H相的分解降低磁体的矫顽力，1:7 H单相磁体具有更高的磁性能。

掌握了制备工艺参数，包括表面活性剂的种类和含量、球磨时间、烧结温度和压力，对各向异性纳米晶SmCo6.1Si0.9永磁体磁性能的影响规律，明确了影响磁体磁织构和矫顽力的内在因素。研究结果表明：表面活性剂，包括油酸(OA，C18H34O2)和油胺(OY，C18H37N), 对于磁体磁织构的形成起着主要作用，其中油酸的效果比油胺好。然而，由于油胺中不含氧采用油胺的磁体相对于采用油酸的磁体而言氧化较少，采用油胺制备得到的磁体的矫顽力(7.7 kOe)大于采用油酸制备得到的磁体的矫顽力(4.2 kOe)。增加表面活性剂的含量可以增强磁织构，却导致矫顽力的降低。增加球磨时间可以提高矫顽力，却降低磁织构。增加烧结温度或压力可以通过提高磁体密度来提高矫顽力，而由于部分粉末的主轴偏离取向方向磁织构有所下降。对于密度相同的全密度磁体而言，更高的烧结温度会导致晶粒长大，从而导致矫顽力的降低。影响烧结磁体的磁织构的内在因素是粉体前驱体的取向度和烧结过程中粉体取向度的变化；影响烧结磁体的矫顽力的内在因素是密度、晶粒尺寸和氧化量。

揭示了限制各向异性纳米晶SmCo5磁体矫顽力提高的根源在于氧化导致的相变和氧化物界面层，提出了提高磁体矫顽力的可能路径与研究方向。XRD的结果表明：同样的烧结温度(650℃)下，采用干磨的方法制备得到的各向同性磁体由1:5 H单相组成，具有高的矫顽力，而采用湿磨的方法制备得到的各向异性磁体中出现了2:17 R相，矫顽力较低。对于各向异性磁体而言，球磨时间为1 h的磁体由1:5 H主相和2:17 R少量相组成，球磨时间为5 h的磁体由2:17 R 单相组成。DSC和TG的测试结果表明1:5 H相的相变主要是由样品的氧化导致的。氧化导致相变和氧化物界面层的形成, 而相变和氧化物界面层共同导致磁体矫顽力的降低。欲提高磁体的矫顽力，控制烧结过程中的氧化是非常必要的，包括去除表面活性剂和降低在烧结过程中的氧含量。