钆掺杂Sm2 Co17 型永磁体微观结构稳定性实现宽温域剩磁温度系数精准调控

　　为解决高温精密仪器对宽温域稳定磁场的需求，研究人员通过钆(Gd)掺杂Sm1?x Gdx (Cobal Fe0.2 Cu0.08 Zr0.025 )7.2 磁体的微观结构调控，首次在20-300°C实现剩磁温度系数(α)从-0.04至0.01%/°C的宽范围可调，其中x=0.6时α达-0.01%/°C且(BH)max 16MGOe，TEM与第一性原理揭示了Gd均匀分布机制，为高温稳定磁体设计提供新范式。

　　

在航空航天、离子推进器等高温应用场景中，永磁体需要同时满足高磁性能和温度稳定性两大严苛要求。传统Sm₂
Co₁₇
磁体虽具有优异高温磁性，但其剩磁温度系数(α)的调控常受限于重稀土(HRE)掺杂引发的微观结构失稳问题。尤其当工作温度超过300°C时，现有Dy/Er掺杂磁体因1:5H相析出困难导致α调控范围有限，难以满足高功率行波管等精密器件的需求。

针对这一挑战，研究人员选择具有特殊分布特性的Gd元素作为掺杂剂，系统研究了Sm_1?x

Gd_x

(Co_bal
Fe_0.2
Cu_0.08
Zr_0.025
)_7.2
（x=0-0.8）磁体的性能演变规律。通过粉末冶金法制备样品，结合振动样品磁强计(VSM)测试高温磁性能，采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)分析相结构与元素分布，并运用第一性原理计算揭示Gd的取代能差异机制，最后通过分子场理论建立Br-T曲线模型。

磁性能研究
当Gd掺杂量x=0.6时，磁体在20-300°C温域展现最优综合性能：α达-0.01%/°C接近零补偿点，同时保持(BH)_max

16MGOe的高能量积。值得注意的是，通过调节x值可实现α在-0.04至0.01%/°C间的连续调控，这归因于Gd³⁺
与Co³⁺
的反铁磁耦合产生的温度补偿效应。

微观结构稳定性
TEM观察发现Gd在2:17R主相和1:5H胞壁相中均匀分布，与Dy/Tb等HRE的偏聚行为形成鲜明对比。第一性原理计算表明，Gd在2:17R和1:5H相中的取代能差仅为0.12eV，远低于Dy的0.52eV，这种热力学特性使其能稳定存在于两相中，从而保障了高温下完整胞状结构的形成。

理论验证
基于两亚晶格分子场理论建立的Br-T模型显示，Gd掺杂后Sm亚晶格的负α(-0.05%/°C)与Gd亚晶格的正α(0.03%/°C)产生协同补偿效应，理论计算与实验数据高度吻合，证实了Gd的独特温度补偿机制。

该研究突破性地通过Gd掺杂实现了Sm₂
Co₁₇
磁体宽温域α的精准调控，微观结构稳定性机制和温度补偿理论的阐明为设计高性能热稳定磁体提供了新思路。论文发表于《Journal of Materials Science》，其成果对发展下一代航天器用永磁元件具有重要指导价值。