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1、大连海事大学 装订线毕 业 论 文二一 年 六 月非晶磁性材料的设计专业班级：应用物理学06级（1）班姓 名：林敏 指导老师：陈季香 物理系2内容摘要磁性材料在日常生活和工业上都有不可替代的作用，尤其是非晶磁性材料由于其优越的特点而倍受青睐，其中Fe-Nd-B已经制备出比较好的非晶磁性材料。本文的主要内容是验证团簇判据原理的合理性，并给预测新的Fe-Nd-B非晶磁性材料指明方向。本文的主要内容和得到的结果如下：团簇线判据，以前亦称“变电子浓度线判据”，是指在三元相图上二元特殊团簇与第三组元的成分连线。它反映了优化的三元非晶相与基础二元团簇之间的结构联系，可视为从二元团簇向三元相的生长路径。其实
2、团簇线判据可以被认为是团簇结构添加连接原子组成新的成分，即团簇不一定是二元的，也可以是三元的，也就是说，不仅要分析二元相Fe-Nd，Fe-B的团簇，而且也要分析Fe-Nd-B的团簇。要得到块体的非晶体，三种元素需要有一定的比例，已知的非晶磁性材料包括Nd15Fe77B8，本文证明此非晶磁性材料成分符合团簇线判据，也就是说团簇线判据原理是合理的。通过carine软件画出Fe-Nd，Fe-B,Fe-Nd-B相的团簇结构，筛选出比较好的团簇结构，本文选择好的团簇结构是根据密堆度的大小和团簇结构的分析来判断的，其中BFe9，Fe11Nd2，这两种团簇添加连接原子可分别形成与Nd15Fe77B8很接近的
3、成分BFe9Nd2和BFe11Nd2，这证明了团簇线判据理论的合理性。但是经过分析好的团簇不仅只有BFe9和Fe11Nd2，我们还找出Fe7Nd6，Nd3Fe18，Fe9Nd4，B3Fe8四种比较好的团簇，可以尝试通过添加一个，两个，三个Nd原子或者B原子来组成新的成分，为后期工作者提供寻找Fe-Nd-B非晶磁性材料的方向和数据。关键词：非晶磁性材料；团簇模型；团簇模型的选取；团簇线判据ABSTRACTMegnetic materials can not be substituted not only in our daily life, but also in industry. Espec
4、ially amorphous megnetic materials such as Fe-Nd-B amorphous megnetic materials are very popular because of their superior features.this paper is to validate whether the cluster line criterion is proper and point out the oriention of finding the new Fe-Nd-B amorphous megnetic materials.The cluster l
5、ine criterion, which is also called “e/a-variant criterion”， refers to a specific composition line linking a specific cluster composition to the third. elementwhich reflects the structure relationship between the optimized ternary amorphous alloy and the basic binary cluster. It can be regarded as t
6、he growth pathway from the binary cluster to a ternary phase.In fact, the cluster line criterion can be regarded as adding clusters with joint atoms to form new composition, thats to say, cluster can not only to be binary , but also ternary, so we should analyse binary phase Fe-Nd, Fe-B, but also te
7、rnary phase Fe-Nd-B.To get bulk amorphous body, the three kinds of element should be in proper proportion. we have known that Nd15Fe77B8 is a kind of good amorphous megnetic material.this paper will testify that Nd15Fe77B8 give agreement with the cluster line criterion,saying that the cluster line c
8、riterion is resonable.We picture the cluster structure of the phases of Fe-Nd, Fe-B, and Fe-Nd-B by Carine. we select better clusters accroding to packing consideration and cluster structure .among the good clusters, BFe9，and Fe11Nd2 can match the well-known composition by add joint atoms, this can
9、prove that the cluster line criterion is resonable.However, through analysing, besides BFe9 and Fe11Nd2 ,we also find good clusters, Fe7Nd6, Nd3Fe18, Fe9Nd4，and B3Fe8.we can try to add one, two, or three Nd atoms or B atoms to compose new composition, thus providing orientation and datas to find new
10、 Fe-Nd-B amorphous megnetic materials for later researchers.Key words: amorphous megnetic materials;clusters modes;selection of clusters;the cluser line criterion.目 录1 引言11.1 磁性研究简史11.2 非晶磁性材料的应用21.2.1 在电力配电变压器中的应用21.2.2 在中小型工频领域中的应用21.2.3 在中频频域中的应用21.3 非晶合金磁性材料Fe-Nd-B31.3.1 非晶合金磁性材料Fe-Nd-B的特点31.3.2
11、 Fe-Nd-B的应用前景31.4 非晶合金的发展进程31.4.1 早期非晶合金发展史31.4.2 大块状非晶合金的研究进展41.5 本论文的研究内容61.6 研究的目的和意义62 非晶磁性材料的结构研究72.1 非晶态结构的描述方法72.1.1 径向分布函数RDF4572.1.2 短程序参数72.2 团簇结构模型82.3 块体非晶合金成分设计思想92.4 团簇结构模型的选取103 Fe-Nd-B团簇的选取123.1 已知的Fe-Nd-B的非晶结构成分123.2 利用CaRIne Crystal 软件画出Fe-Nd-B相的团簇结构123.3 介绍比较好的团簇结构223.4 分析Fe-Nd-B相
12、的团簇结构223.4.1 团簇结构分析223.4.2 如何添加元素形成Ndl5Fe77B8223.4.3 预言新的成分234 结论与展望24参 考 文 献25致谢321 引言1.1 磁性研究简史有些天然铁矿石在采出时就呈现永磁性，其中主要成分为一种氧化铁(Fe3O4，称磁铁矿)的矿石磁性最强，中国古人称它为“慈石”，意为慈爱的石头，隐含了它能吸铁的特性。这名词逐渐转为“磁石”，又转为通俗名称“吸铁石”。这名词逐渐转为“磁石”，又转为通俗名称“吸铁石”。古籍中开始出现磁石和磁石吸铁的记述，应该是在对它们已有了较普及的认识之后。在中国的管子一书中就有磁石和磁石引铁的记载。汉初刘安（公元前179前1
13、22）的淮南子览冥篇中有“若以慈石之能连铁也，而取其引瓦，则难矣”的记载。东汉王充（公元27约97）的论衡乱龙篇中有“顿牟掇芥，慈石引针。”（顿牟即琥珀；芥指芥菜子，统喻干草、纸等的微小屑末）的记述。欧美的有关科技文献常把磁石吸铁的记载远溯到古希腊的泰勒斯时期，但这是根据亚里士多德的转述；柏拉图的早期对话集中引了苏格拉底的话“（这石块）不但吸铁环，而且传给它们同样的吸引别的环的本领，而有时你可看见若干铁块和环接二连三地悬成一条颇长的链”。根据这些记述可以认为，西方关于磁的最早记述始于公元前500年左右。公元1044年，北宋曾公亮、丁度等修撰的武经总要中有应用磁石的水浮型指南针制法的叙述；沈括的
14、梦溪笔谈也记述了用丝悬起的或硬滑支点(如碗的边缘)平衡着的铁针做的实验，并说明铁针所指不是正南而微偏东；略晚于沈括的朱或所著的萍洲可谈。在欧洲，公元1190年以前没有一点关于磁石能指方向的史料，英国科学家吉伯认为它是由马可波罗(12541324)或其同时代人带回的，这样反而把这事推后了一个世纪。法国物理学家库仑于1785年确立了静电荷间相互作用力的规律库仑定律之后，同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。丹麦物理学家奥斯特在1820年发现，一条通过电流的导线会使其近处静悬着的磁针偏转，显示出电流在其周围的空间产生了磁场，这是证明电和磁现象密切结合的第一个实验结果。紧接着，法国物理学家安培等的实验
15、和理论分析，阐明了载着电流的线圈所产生的磁场，以及电流线圈间相互作用着的磁力。奥斯特发现电流的磁场后不久，有些物理学家就想到是否有些物质(如铁)所表现的宏观磁性也来源于电流。那时还未发现电子，但关于物质构造的原子论已有不小的发展。安培首先提出，铁之所以显现强磁性是因为组成铁块的分子内存在着永恒的电流环，这种电流没有像导体中电流所受到的那种阻力，并且电流环可因外来磁场的作用而自由地改变方向。除了古时已知道的磁铁矿和铁外，人们在两千多年中还没有发现其他具有强磁性的物质。发现钴(1733)和镍(1754)后不久就知道它们也像铁那样具有强磁性。至于一般的物质在较强磁场作用下能否多少表现一点磁性，则直到法拉第在老年时期才有系统的观察。英国工程师斯特金于1824年创制了电磁体，故那时实验室可有较强的磁场设备，但法拉第在需要高度稳定的磁场时仍用了大的永磁体。1895年，法国物理学家居里发表了他对三类物质的磁性的大量实验结果，他认为：抗磁体的磁化率不依赖于磁场强度且一般不依赖于温度；顺磁体的
