EAGER: Novel Nitride-Based Exchange-Spring Nanocomposites

EAGER:新型氮化物交换弹簧纳米复合材料

基本信息

  • 批准号:
    0965801
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-02-15 至 2013-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Novel Nitride-Based Exchange-Spring Magnetic NanocompositesTECHNICAL: With escalating power demands, there is an increased emphasis on producing high power density electrical machines for use as motors, generators, actuators, etc. A promising new technology to produce these power-dense machines employs exchange spring permanent magnets (ESPM). ESPMs are magnetically ?hard? and ?soft? phases that are exchange-coupled to give high energy products, (BH)max. High (BH)max values have been reported for rapidly-solidified, melt-spun, and ball-milled rare-earth-transition metal (RE-TM) intermetallic ESPMs. In addition nitride-based ESPMs are promising candidates for permanent magnets whose performance could exceed that of the NdFeB-Fe RE-TM ESPMs. In this research a novel low-temperature synthesis technique is examined for fabricating nitride-based nanocomposites with high (BH)max values and operating temperatures. This synthesis technique is based on laminating hard magnetic phase nanopowders with soft phases, catalytic nitrogenation of the hard and soft phases, and low temperature densification using pulse plasma compaction. This approach should provide greater grain size control and exchange-coupling between the hard and soft phases, lower temperature synthesis of the nitride phases, lower temperature compaction, and greater corrosion resistance. The PI intends to explore the synthesis of these novel nitride-based nanocomposites, to understand their properties and to optimize their compositions to obtain high energy product permanent magnets. The high payoff of this work derives from the low temperature catalytic nitrogenation of the soft iron phase in the nanocomposites. If successful, this study will yield two important breakthroughs, a new avenue for the synthesis of nitride-based composite materials and specific guidance for developing more energy efficient, compact devices using high energy product permanent magnets. NONTECHNICAL: This project is a promising new technology for the production of nitride-based exchange-coupled permanent magnets for power-dense machines. This approach moves away from current, poorly-defined, nanoscale morphologies to spatially and compositionally engineered nanostructures. This novel design approach offers previously unattainable magnetic properties by exploiting magnetocrystalline and shape anisotropy of materials. The research provides processing breakthroughs and fundamental understanding that should facilitate future commercial development of a new class of high performance permanent magnets. The research effort is coupled to an educational initiative aimed at teaching research methodology to graduate and undergraduate students.
新型氮化物基交换弹簧磁性纳米复合材料技术:随着电力需求的不断增长,越来越重视生产高功率密度电机,用于电动机,发电机,执行器等,一种有前途的新技术,以生产这些功率密集的机器采用交换弹簧永磁体(ESPM)。ESPM是磁性的吗?硬的?然后呢?软?交换耦合的相位,以提供高能量产品,(BH)最大。高(BH)最大值已被报道为快速凝固,熔体旋转,和球磨稀土过渡金属(RE-TM)金属间ESPM。此外,基于氮化物的ESPM是永磁体的有希望的候选者,其性能可能超过NdFeB-Fe RE-TM ESPM。在这项研究中,一种新的低温合成技术,用于制造氮化物基纳米复合材料具有高(BH)最大值和工作温度。该合成技术是基于层压硬磁相纳米粉末与软相,硬相和软相的催化氮化,和低温致密化,使用脉冲等离子体压实。这种方法应该提供更大的晶粒尺寸控制和硬相和软相之间的交换耦合、氮化物相的较低温度合成、较低温度压实和更大的耐腐蚀性。PI打算探索这些新型氮化物基纳米复合材料的合成,了解它们的性能并优化它们的组成,以获得高能产品永磁体。这项工作的高回报来自于纳米复合材料中软铁相的低温催化氮化。如果成功,这项研究将产生两个重要的突破,一个是合成氮化物基复合材料的新途径,另一个是使用高能产品永磁体开发更节能、更紧凑的设备的具体指导。非技术性:该项目是一项很有前途的新技术,用于生产用于功率密集型机器的氮化物基交换耦合永磁体。这种方法从目前定义不清的纳米级形态转向空间和成分工程化的纳米结构。这种新的设计方法提供了以前无法达到的磁性能,利用磁晶和形状各向异性的材料。该研究提供了加工突破和基本理解,应有助于未来一类新的高性能永磁体的商业开发。这项研究工作与一项旨在向研究生和本科生教授研究方法的教育计划相结合。

项目成果

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