Fe16N2强磁材料的高温高压合成

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摘要：利用H2、NH3制备高纯的Fe、Fe3N粉末，将这两种粉末按α″-Fe16N2成分配比混合，压样后置于高温高压环境的设备，保压快冷制成名义成分为Fe16N2非晶块体材料。然后在不同温度下低温真空退火，制备成α″-Fe16N2块体样品。通过结果表明，合成此块体的最佳退火温度为190℃，制备成的样品为软磁材料，矫顽力（Hcb）值约为50 A/m，室温比饱和磁化强度（Ms）值为205 A·m2/kg，其值比纯铁的室温比饱和磁化强度（Ms）大200 A·m2/kg。55173

毕业论文关键词：高温高压，氮化，α˝-Fe16N2，比饱和磁化强度

Abstract: Use of H2, NH3 preparation of high purity Fe, Fe3N powder, these two powders by α″-Fe16N2 ingredients mixing ratio, the pressure-like device placed in high temperature and pressure environment, pressure made rapid cooling of non-nominal composition Fe16N2 the ingot material was then vacuum annealed at different cryogenic temperatures, prepared α″-Fe16N2 bulk samples. By The results showed that the optimal annealing temperature synthesis of this block is 190 ℃, prepared samples of soft magnetic materials, the coercivity (Hcb) value of about 50 A / m, room temperature than the saturation magnetization (Ms) is 205 A • m²/kg, its value than pure iron at room temperature than the saturation magnetization (Ms) large 200 A • m²/kg.

Keywords: HTHP, Nitride, α˝-Fe16N2, Specific Saturation Magnetization

1 引言 4

2 实验部分 4

2.1 Fe粉、Fe3N粉的制备 4

2.2 Fe16N2非晶样品的高温高压制备 5

2.3 样品的真空低温退火 5

2.4 样品的表征 6

3 结果讨论 6

结论 11

参考文献 12

致谢: 13

1 引言

由于理想的磁记录介质和磁传感器材料应当具有极高的饱和磁通密度、优异的软磁性能、较低的矫顽力、较强的抗腐蚀性和耐磨性等特点，所以寻找这样一种软磁材料引起了人们的广泛关注。直到1951年，Jack发现了体心四方结构的α″-Fe16N2，这是迄今为止被发现的具有最高饱和磁通密度、超高饱和磁化强度、高抗腐蚀能力的软磁材料，在当时引起了人们的高度关注。之后人们开始尝试用各种方法制备α″-Fe16N2，就是希望获得这种优异的高纯度软磁材料，进而用于磁记录介质和磁感元件材料。

到目前为止[1, 2]，人们已经尝试过多种制备α″-Fe16N2的方法。比如，Jack利用高温氮化、快淬、低温、退火等方法获得的粉体材料中的α″-Fe16N2，但其含量不超过50%。Kikkawa等人采用先还原而后再氮化的方法，得到了纯度较高的粉体样品，其α″-Fe16N2的含量约60%-84%。诸葛兰剑等人用球磨法得到样品中的α″-Fe16N2相含量只有约23.5%。总的来说，他们研制出的粉末样品都含有诸多杂相，纯度都不高。

人们还尝试过研制出α″-Fe16N2薄膜材料，比较典型的是，Komuro通过采用分子束外延技术在GaAs上沉积了一层铁膜而获得α″-Fe16N2薄膜材料，但所得薄膜中的α″-Fe16N2含量并不高。另外，人们也尝试过许多其他方法[3]，但是所得薄膜中α″-Fe16N2含量都不尽相同。后来人们发现薄膜材料与衬底之间存在应力，这种应变力会使其晶格发生畸变，进而改变其磁矩，导致人们无法准确获知无应力是否存在，无法准确获得单相α″-Fe16N2的磁性能以及微结构等参数。可以说，时至今日，人们仍没有办法制备出纯相的块体α″-Fe16N2样品。目前,人们主要还是采用以NH3、N2和NH3/H2气体为氮源,通过气相沉积等方法,让Fe与这些气体发生气固反应从而制备成Fe-N合金。