SmCo，NdFeB永磁材料的价电子结构与磁性和力学性能的关系

摘要

稀土永磁材料由于具有优异的磁性能，使其一问世就立即引起人们极大地关注，利用其能量转换和磁的各种物理效应可以制成多种形式的功能器件。与稀土永磁材料的磁性能和制备技术研究相比，其价电子理论研究很少见有报道。本论文应用固体与分子经验电子理论研究了Fe，Co，Ni，SrriCOs，Sm2Col7和Nd2Fe14B的价电子结构，计算了它们的磁矩和居里温度，并讨论它们与价电子结构的关系，同时还探讨了Nd-Fe-B磁体的力学特性。
　　 计算得到α-Fe，β-Co及Ni的价电子结构合理，居里温度和磁矩都只与四种电子中的磁电子相关；对结合能起主要贡献的是共价电子，晶格电子项作用很小，哑对电子和磁电子项起削弱作用；对熔点起主要作用的是最强键上的共价电子对数。根据共价电子对的空间分布，可推断出磁电子的空间分布，据此得到Fe，Ni单晶易磁化方向的定性解释。
　　 SmriCos，Sm2Co17和Nd2Fe14B的价电子结构合理，磁矩和居里温度的计算结果均与实验值相符。各Co晶位、各Fe晶位磁矩不同是由于共价电子与磁电子发生了转化；居里温度主要与磁电子相关，同时原子间键距也会影响到合金的居里温度；Nd2Fe14B晶体中，除Fe©晶位外，所有Fe原子上、下两侧的有效正电荷数及平均核间距都明显不同，这种沿c轴方向上的明显差别造成了晶体电场，它促使各个Fe原子磁矩沿c轴方向排列。
　　 SmiCo5单胞内，原子层间结合非常紧密，相比而言，在单胞的棱边和表面处，原子间的结合比较弱。在Nd-Fe-B磁体中，主相相结构比富Nd相稳定，富Nd相的结合强度远低于主相的结合强度，这可能是Nd-Fe-B磁体的断裂方式主要为沿晶断裂的原凶之一。通过对比主相和富Nd相的相结构因子得出占体积分数大的主相的晶格电子密度pLV较小，这可能是Nd-Fe-B磁体塑性差，机械加工困难的原因之一。通过考查SmCos和Nd2Fe14B的强弱键分布图，发现所有与Sm原子和Nd原子相连的键都比较弱，推断稀土永磁材料的脆性主要是由稀土原子引起的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 稀土永磁材料的磁性起源与特征

1.2 稀土永磁材料的发展

1.3 磁学基本理论

1.3.1 原子的磁性

1.3.2 自发磁化的基本理论

1.4 本文的研究内容和意义

本论文的主要工作

参考文献

第二章 固体与分子经验电子理论

2.1 EET的基本内容

2.1.1 EET中原子状态的描述及构造

2.1.2 四个基本假设

2.1.3 键距差方法

2.2 键距差方法的程序实现

2.3 EET在材料科学中的应用

2.4 固体与分子经验电子理论的意义

参考文献

第三章 过渡族元素Fe，Co，Ni的价电子结构分析及物理性能计算

3.1 引言

3.2 价电子结构的计算

3.2.1 α-Fe，β-Co及Ni的实验键距和等同键数

3.2.2 α-Fe，β-Co及Ni的rα方程

3.2.3 建立nA方程

3.2.4 理论键距的计算

3.3 α-Fe，β-Co及Ni的价电子结构及比较

3.4 物理性能的计算及结果

3.4.1 元素晶体结合能计算公式

3.4.2 B族元素熔点计算公式

3.4.3 居里温度计算式

3.4.4 物理性能计算结果

3.5 分析与讨论

3.5.1 磁结构分析及易磁化方向的理解

3.5.2 物理性能与相应电子数的关系

3.6 本章小结

参考文献

第四章 SmCo5和Sm2Co17化合物的价电子结构与磁性的关系

4.1 引言

4.2 价电子结构及居里温度的计算

4.2.1 实验键距和等同键数

4.2.2 居里温度的计算

4.2.3 价电子结构和居里温度的计算结果

4.3 键能的概念及计算

4.3.1 键能的概念及影响因素

4.3.2 EET中键能的计算公式

4.3.3 SmCo5键能的计算结果

4.4 分析与讨论

4.4.1 SmCo5和Sm2Co17晶体的磁性与价电子结构的关系

4.4.2 SmCo5键合强弱与价电子结构的关系

4.5 本章小结

参考文献

第五章 Nd2Fe14B晶体的价电子结构与磁性

5.1 引言

5.2 Nd2Fe14B晶体的价电子结构

5.2.1 Nd2Fe14B的晶体结构

5.2.2 实验键距与等同键数

5.2.3 价电子结构和居里温度的计算

5.3 计算结果

5.4 分析与讨论

5.4.1 Nd2Fe14B晶体的磁性与价电子结构的关系

5.4.2 Fe原子磁矩指向的解释

5.4.3 6个Fe晶位的s，p，d电子转化关系

5.5 本章小结

参考文献

第六章 Nd-Fe-B的力学特性分析

6.1 引言

6.2 富Nd相与主相的价电子结构及相结构因子

6.2.1 富Nd相与主相的价电子结构对比

6.2.2 富Nd相与主相的相结构因子

6.3 相结构因子与力学性能的关系

6.4 断裂方式的价电子结构分析

6.5 本章小结

参考文献

第七章 结论

附录：文中各元素的杂阶表

硕士期间发表的论文

致谢