邹欣伟,张敏刚,孙刚,马勤稀土永磁材料的研究进展 本刊E-mail:bjb@mail.sxinfo.net 综述 大磁能积(BH) 为376 kJ/m3 408 kJ/m ,也达到世界先进水平。 1 Sm—Co系稀土永磁材料 Sm—Co系稀土永磁材料是2O世纪六七十年代发展起来的。包括l:5 黏结型是将快淬法或氢爆法等其他方法制得的Nd—Fe—B磁粉与 黏结剂、添加剂均匀混炼造粒,经成型(模压成型或注射成型等各种成型 方法)和后续固化处理即可获得成品永磁体。整个工艺流程为:磁粉、黏 型(第一代稀土永磁)和2:l7型(第二代稀土永磁)Sm—Co稀土永磁体。 1968年Strnad等人首先用粉末法制造}}{第一块YCo 永磁体.最大磁能 积(BH)一达9.6O kJ/m 。随后其他人通过同样的方法制备m SmCo 永磁 结剂和添加剂一混炼一造粒一成型(压制、注射、挤压和压延等)一固 化一充磁一黏结型Nd—Fe—B永磁体(各向异性和各向同性)。 黏结型与烧结型相比,其成品巾由于掺有非磁性物质的黏结剂、助 体,其最大磁能积(BH) 达到40.6 kJ/m 。SmCo 永磁体的成功研制引起 了世界各国永磁材料工作者的重视,从而导致世界范围内对稀土永磁材 料的研究热潮。SmCo,磁体的优异永磁特性来源于SmCo 化合物.它属于 低对称CaCu 型六方晶系,空问群为P6/mmm SmCo 磁体巾c0的含量 剂等,并且在生产过程巾受工艺条件限制,使其磁粉颗粒取向度、成品密 度、磁性能低于烧结型。但是正是由于加人了黏结剂而使其获得了许多 优良特性:一是成型性好.可制成烧结磁体不可能实现的轻质、薄壁环 较高,而co是稀缺昂贵的战略资源.因此,人们开始弩虑co的取代。 1977年ojima T等人用粉末冶金法制备H:sm co 永磁体 其虽大 磁能积(BH)max达到240 kJ/m 左右。R!c0 化合物具有 rh! i 型和 Th,.Zn, 型两种类型的晶体结构 一般来说,重稀土元素倾向具有Th 型结构,某些化合物高温下具有Th Ni, 型结构。而在低温时以同素异构 的方式转变Th2Zn仃型结构。rrh i, 型结构是稀土永磁材料的重要晶体 结构类型之一,它属于六方品系,空间群为P63/mmc。Th:,Zn。 型品体结构 也是稀土永磁化合物最基本的品体结构类型之一,它属于菱方品系(三 方品系),空间群为3m。R—Co系永磁体其矫顽力机理可用形核场理论和 畴壁钉扎理论分别进行解释。 日前制备Sm—Co永磁的lT艺基本上可以划分为两个阶段,即制备 磁粉阶段和生产制品阶段。前者包括粉末冶金法、还原扩散法、熔体快淬 法、氢脆法等;后者包括磁粉成型烧结法、磁粉黏结法、磁粉热压热扎法、 直接铸造法等。在实验室范围内还发展了活性烧结法、固相反应法、溅射 沉积法和机械合金化等方法。 Sin-Co系稀土永磁材料磁性能十分优异,非常适合于高温和恶劣环 境的特殊应用。但其主要成分是储量稀少的稀土金属元素钐(Sm)和稀缺 昂贵的战略金属钴(co),价格比较昂贵,这使它的发展受到了很大限制, 目前SmCo永磁主要用于航空航天及军事工业。 2 Nd—Fe—B系稀土永磁材料 1983年,几乎是在同时,Croat,Koon和Hadjipanyis等人先后 快 淬一热处理的工岂制备出Nd—F—B高矫顽力永磁体。日本的Sagawa等人 则另辟蹊径,首先用粉末冶金法研制出更高性能的Nd—Fe—B永磁体,磁 能积高达288 kJim ,从而宣告了第三代稀土永磁材料的诞生。Nd—Fe—B 永磁材料具有较高的室温各向异性场(H =TT)和高的饱和磁极化强度 (J 1.6T),最大磁能积的理论值高达5l2 kJ/m ,因此受到人们的普遍重 视。经实验确定,这种磁体的硬磁主相为Nd Fel4B四方晶格,空间群为 P42/mnm,其矫顽力机理也可以用形核场理论和畴壁钔寸L理论来进行解 释。 Nd—Fe—B系稀土永磁,其原材料较Sm—Co系稀土永磁材料资源丰 富和廉价,因此各国学者一直致力于其磁性能的提高。1987年日本住友 特殊金属公司宣布获得404.8 kJ/m 的Nd—Fe—B磁体:1990年日木东北 金属公司的研究者称可以得到磁能积为4l8.4 kJ/m 的Nd—Fe—B磁体; 1993年lO月美国金属学会年会上,住友公司义宣布已规模生产出磁能 积高达433.6 kj/m 的Nd—Fe—B磁体;2000年Kaneko Y宣布制备出磁能 积444 kj/m 的Nd—Fe—B永磁体。 Nd—Fe—B永磁材料从制备方法和丁 上可分为烧结永磁和黏结永 磁两大类。烧结型是把规定成分的磁体粉末在磁场巾挤压成型赋予各向 异性后加以烧结制成,目前生产的NdFeB永磁合金有80%~90%运用此 法。其生产 艺成热简便、产量较大、质量较好,但成品率低,仅为70%左 右(主要原因是机加lT时的损失大,但废料可同收利_I丰J)。整个工艺流程 为:原料一合金熔炼(巾频感应炉)一制粉一存磁场巾成型一高温烧结一 时效(热处理)一磁化一各向异性的Nd—Fe—B永磁体。 烧结Nd—Fe—B永磁材料的生产技术与性能已经基本趋于完善。在 2005年日本生产的烧结N(J—Fe—B永磁合金最大磁能积(BH) =474 kj,ln ,达到理论值的93%。巾国有几家公司的烧结Nd—Fe—B永磁合金最 114 状、嵌件整体成型的制品;二是可加_T性好,不易产生裂纹和缺口,易得 尺寸精度高的产品;三是制作工艺简单,利于实现磁体制作_T艺的自动 化和大批量生产等,这些优点促进了黏结Nd-Fe—B永磁体的快速发展。 Nd—Fe—B永磁体的不足之处在于:一是Nd Fe, B化合物居里温度相 对较低 :3l2℃左右, 而工作温度低,磁体的热稳定性较差。二是磁体 耐腐蚀性和抗氧化性较差,三是以此种化合物为基的磁体矫顽力也不够 高,这在某种程度上也限制了Nd—Fe—B永磁体的应用。因此,自从它问 世以来,人们一直致力于通过合金元素的部分替代(或掺杂)等方法来改 善Nd—Fe—B合金的热稳定性和抗蚀性,并进一步提高其磁性能。 3 Sm—Fe—N系稀土永磁材料 1990年Coey等人发现大部分Rye 化合物于450℃一550℃氮化处 理后,将形成SmFeN间隙金属问化合物,如Sm. ̄Fe ,N ,其内禀磁特性几 乎与Nd'Fe,,13化合物相当,同时具有比Nd ̄Ye。,13化合物更高的各向异性 场和更高的居里温度(Z.=500℃,比Nd Fe: 高出约190℃)。目前,世界 各国对Sin,_(Fe,M)。 的研究已经取得进展,其中日本的住友金属矿山 公司已经推出了商品化的各向异性st (Fe,M) N 磁粉和磁体。我国在 这方面的研究还有一定差距,但在2005年也具备了规模性生产Sm—Fe— 永磁体的能力。 Sm:(Fe,M), 问隙氮化物磁粉的制备方法和Nd—Fe—B磁粉的制备 方法类似,主要有熔体快淬法、机械合金化法、HDDR法和粉末冶金法等 4种主要方法。快淬法、机械合金化法、HDDR法制得的磁粉可以获得很 高的矫顽力,原因在于获得了纳米尺寸的品粒。但由于得到的都是各向 同性粉,剩磁不高,因而磁能积也不高,一般在100 kJ/m 左右。而粉末冶 金法可以获得各向异性的磁粉,其最大磁能积远高于前3种方法制备的 磁粉。 由于高于60O℃后Sm:(Fe,M)tTN 会发生分解,目前只能制备黏结 磁体。按黏结剂类型,可分为有机物(如环氧树脂、尼龙等)黏结磁体和软 金属(如zll,sn等)黏结磁体:按加工方法分类,可分为压制成型、挤压 成型和注射成型磁体。日本的Himshi Yamamto用环氧树脂黏结的 (Sma9N(kI)2( sCoo 2)t7NⅫ磁体的(BH)一=1O1.8 kJ/m’。Suzuki等在1993 年的斯德哥尔摩的磁学会议上,报道了他们制备的环氧树脂黏结磁体的 磁能积高达l 54A kj/m 。 虽然Sm:(Fe,M) N 黏结磁体具有优异的性能和广泛的应用前景, 但制备Sm (Fe,M)17N 致密化磁体仍是科研人员所追求的,致密化磁体 可以充分发挥其具有的优异磁性能的潜力,更能拓宽其应用范围。因而 探索新的制备工岂,制备出致密化的磁体将是下一步的研究重点。更高 的热稳定性、抗氧化性是Sm (Fe,M) N 永磁材料的优势所在,是人们对 它感兴趣的主要原 。随着制备工艺的不断优化和制备方法的不断革 新,Sm:(Fe,M) N 永磁材料将在汽车电机等对磁体丁作温度要求较高 的领域发挥重要作Ⅲ。 4双相复合永磁体材料 一般情况下,具有很高各向异性场的硬磁性相如Nd_,Fe B,Sm_,Fel7, 其饱和磁化强度偏低。而具高饱和磁化强度的软磁性相,如n—Fe,Fe3B 等,其各向异性又低。于是人们设想能否设计一种磁体充分利用软、硬磁 性相的上述优点,既具有高的饱和磁化强度,又具有高的各向异性场,从 维普资讯 http://www.cqvip.com 邹欣伟。张敏刚。孙刚,马勤稀土永磁材料的研究进展 而具有高的磁性能。双相复合永磁体就是在上述思路下发展起来的,其 典型的组织为:Nd_,Fe J4B/Fe3B。Nd2Fe J4B/ct—Fe.Sm2Fel7Ndet—Fe等。其磁化 机理是假设晶问存在交换耦合作用,交换耦合的结果是软磁性相利用硬 磁性相提供的高各向异性场,可以将其磁性能的潜力发挥出来,产生具 有高剩磁和高矫顽力的磁体。 进人20世纪90年代。纳米材料成为新材料的研究热点,自然而然 纳米技术被引入永磁材料的研究中,这样纳米品复合永磁体应运而生, 通过纳米尺度下两相问的磁交换耦合作 获得高的综合磁性能。需要 指出的是交换耦合作用是近距离作用。其作用范围等于畴壁厚度(约为 5 nm),所以只有当晶粒尺寸小于20 nm时,其增强剩磁的效果才显著。 若晶粒大小不均匀,在品界不均匀区利于反向畸形核,会使其矫顽力降 低。 快淬法(MS)、机械合金化法(MA)、氢处理法(HDDR)等工艺同样 可以用于制备纳米复合永磁磁粉,但它们各有其特点。快淬法得到的微 晶粉末有很高的矫顽力,品拉取向是混乱的,因而是各向同性的; HDDR_T艺比快淬法简便,成本较低,制得的粉末品粒尺寸小、稳定性 好、矫顽力高,适合制作各向同性的黏结磁体;德国西门子公司开发的 机械合金化(MA)法Nd—Fe—B磁粉,其温度特性与快淬法(MS)法制备 的一样良好,而且制造工艺比MS法简便。设备也并不复杂,通常为球 磨机。 据预测,纳米品复合永磁材料的磁能积很高,最高可达880 l【J/m 。近 年来,国内外许多研究人员都在从事这方面的研究,但磁性能远远没有 达到理论值,磁能积一般仅能达到160 ld/m ̄左右。最大为2l3 kJ/m3左 右。为提高理论汁算水平,众多研究者在调整合金成分、添加微量元素、 优化工艺参数等方面进行了不懈的努力。据13本《工业材料》报道,13本 三荣化成公司已成功地开发出磁能积高达558.4 kJ/m 的纳米结构稀土 磁体,这是迄今为止所报道的磁能积最高的磁性材料,它已突破了烧结 Nd—Fe—B的理论值。 5 Nd(Fe,Mo).2N 系稀土永磁材料 早在1983年,北京大学的杨应昌教授发现ThMn 型的R(Fe,M). (R=Al,Mn)化合物具有铁磁性。随后人们经过研究叉发现Ti,sj,Al, Co。Mo和稀土一铁可生成ThMn.:结构的化合物,其中许多具有适合制 备永内禀磁性,但与NdFeB相比具有较大差距。1991年。杨应昌教授成 功地将氮原子引人到ThMn. 结构的R(Fe,Mo)12化合物中,开辟了间隙 型含氮稀土铁基金属化合物研究的另一大领域,其巾Nd(Fe。Mo).!N 等 几种化合物的内禀磁性与Nd2Fe. B相近,有希望成为永磁材料。经过20 多年的自主研发。杨应昌教授开发出了具有优良性能的NdFeN磁粉原 料,这种磁粉的稀土含量较NdFeB低l/3。并且粒度小。不需防腐工艺处 理。具有非常好的市场前景。泼项目具有原创性。是我国未来发展突破国 外专利包围的一个有效的切人点.应给予足够的重视。 6结语 稀土永磁材料是当前具有很高磁能积和多种优良磁性的永磁材料, 其中第三代稀土Nd—Fe—B永磁材料更是受到科学研究的重视.并已得 到大量应用。目前稀土永磁材料的研究已处在向第四代发展阶段.但是. 日前新一代稀土永磁材料还没有完全取代上一代稀土永磁材料,如Sm— co系永磁体在工作温度较高的环境下和恶劣场合中具有不可代替的优 点。目前在民用和军事领域仍然得到广泛应用。预计将来各种稀土永磁 材料并存且均有发展的情况还将持续。 }本文为山西省科技厅攻关项目(2007032031)论文。 参考文献 【1]Strnat K,Olson J C。Hofer G.Coereivity of mischmetal-cobalt alloy powders[J].J.App1.phys.,1968.39(1):l263-1264. [2】付猛.HDDR法制备NdFeB各向异性磁粉及纳米复合永磁体的研 究[D】.沈阳:东北大学.2004. [3]易健宏.彭元东.2:l7型SmCo稀土永磁材料的研究现状与趋势 本刊E-maihbjb@mail.sxinfo.net 综述 [J].稀有金属材料与工程,2003,33(4):337—342. 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(责任编辑:邱娅男) 第一作者简介:邹欣伟。男。1979年6月生。2003年毕业于陕西科技 大学,助教,太原科技大学材料科学与工程学院,山两省太原市,030024. 1l5 维普资讯 http://www.cqvip.com 科技情报开发与经济 文章编号:l005—6033(2008)12—01 l6一O2 SCI—TECH INFORMATION DEVELOPMENT&ECONOMY 2008年第l8卷第l2期 收稿日期:2008—02—25 运动心理学研究的发展趋势 龚云鹏 (山西旅游职业学院,山两太原,030031) 摘要:阐明了运动心理学研究的重要意义,并对运动心理学研究的发展趋势进行了 述评。 关键词:运动心理学;心理健康;竞技体育 中图分类号:G804.8 文献标识码:A 研究方法过多地依赖于孤立的认知过程.人为 素过多,不能说明人类 行为和状态的无规律性和不可预测性。目前,有些运动心理学家开始利 运动心理学是心理学的一个较为年轻的分支学科,当代许多重要的 心理学思想都对其发展产生过重要的影响。然而,运动心理学在发展过 程巾并非只是将心理学的原理简单应用于体育实践活动中。交际上,体 育实践活动不断向运动心理学提出新的要求,影响着这门学科的发展方 向乃至研究课题和研究方法的变化。运动心理学的研究成果丰富了母学 科一心理学方面的内容,为心理科学的发展做m了重要的贡献。冈此, 研究和认识运动心理学的未来发展具有一定的历史和现实意义。 用生态学、混乱(chaos)、非线性力学、自我组织、知觉一动作的理论和 模式来解释人类的行为,提出要在真实生活这样一个更大的背景下审 视人类的行为。这种观点无疑在理论上是对认知心理学研究方法的一 大挑战。 多年来,传统的实验设汁和定量方法指导着运动心理学的研究。然 而.这种方法在研究过程中也 示If|一些不足之处,主要表现在下面几 1研究课题趋于复杂和多样 从一个学科研究课题的变化可以观察到陔学科发展的线索以及该 学科发展的路线和方向。运动心理学在发展过程巾,研究的对象与领域 不断扩展,美国著名运动心理学家辛格(Singer)预测2l世纪运动心理学 研究涉及的领域将包括下列众多方面:学习、操作、技能;青少年体育锻 炼中的问题;心理技能和程序;心理咨询;运动 体动力学;运动心理的 个方面:一是在设汁控制组与实验组被试时,很难做到完全等组化;二是 采用单因素研究的比较多,而采用多f;I:l素以及检验多个因索交互作用的 研究比较少。因此,未来的研究应注意克服上述的不足。 目前,国内许多运动心理学研究是利用心理量表来进行。在量表使 用过程中普遍存在下列问题:大多数运动心理学T作者都是借助于国 内外比较成熟的测量工具来进行研究,而自行修订或编制的符合心理 测量与评价;与身心健康有关的问题。最近,兴奋剂的心理问题、运动性 心理耗竭、运动性心理疲劳的诊断与恢复、特殊人群参加体育锻炼的心 理问题等方面的研究也渐渐引起运动心理学界的重视。源于对丈践的考 虑.运动心理学家没有必要去预测将来所从事的研究巾哪一类是最重要 的。上述研究领域,有的是运动心理学的传统研究领域,有的则是未来的 探索方向。 新研究领域的 现,与幸十会发展的新需求密切相连,使得运动心理 学工作者担当的角色变得日趋多样化。辛格认为未来的运动心理学丁作 者将担当下列角色:科学家、教师、咨询师、提高成绩的顾问、心理诊断医 生、运动员的代言人、促进大众健康的专家。目前,国内运动心理学工作 者担当的角色相对还比较简单(大部分是大学教师和科研单位的研究人 员,极少部分运动队有自己的 擘职心理顾问).辛格的预测为将来运动心 测量要求、适合巾国人运动心理特点的量表极少;较多运 f}j单一的量表 来研究运动心理学的某种特殊性,而对于综合运.1=H心理量表研究运动 心理学的普遍性重视不够。因此,存未来的研究巾应注意心理量表的本 国化、专业化问题,充分挖掘心理量表在研究与实践方面的优势,结合 本学科的特点合理地运用,使国内运动心理学研究水平迈上一个新的 台阶。此外,有学者预测,随着多元实验设计及其他一些研究方法的广 泛使』卅,将来在运动心理学研究巾.仅仅利用心理量表进行的研究会逐 渐减少。 由于完全使川定量方法进行研究存在一定的局限性,近年来定性研 究方法越来越引起运动心理学工作者的重视。其巾.个案研究方法作为 对实验研究方法的一种有效补充在国外运动心理学研究巾得到了足够 的重视。通过对个案的研究与分析.有助于提高运动心理学顾问的々业 理学 作者的教育与培训提供了新的方向。 技能。此外,在竞技运动领域进行个案研究对优秀运动员的培养具有指 导作用。 在运动心理学术来的研究巾是认知心理学和传统的范式还是非传 2研究方法趋于丰富和完善 近年来,在心理学界备受重视的认知心理学的理论与方法已经渗 统的范式占主导地位,现存还很难预测,或许这在很大程度上要取决于 课题和研究问题的性质。但值得重视的是:结合运动实践,利州现场研究 透到运动心理学的研究中,并取得了显著的成果。然而,对认知方法在 运动心理学界的广泛应用,也有学者持有异议,他们认为认知心理学的 方法进行的研究所占比例将会越来越大,人们将更多地从简单的实验和 无意义的概括中解放出来。 Progress in Studies on Rare-earth Permanent-magnet Materials zou Xin-wei,ZHANG Min-gang,SUN Gang,MA Qin ABSTRACT:This paper summarizes the progress in studies on rare—earth permanent—magnet materials,introduces the performance,producing techniques and application fields of some important rare—earth permanent—magnet materials such as Sm-Co,R-Fe-B,Sm-Fe-N,Nd(Fe,Mo)I2N and duel-phase composite permanent—magnet materials,and looks forward to the future development direction of rare-earth permanent-magnet materials. KEY WORDS:rare-earth permanent-magnet material;Sm-Co;Nd-Fe-B;Sm-Fe——N ll6
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