專利名稱：NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料。本發(fā)明也涉及一種復(fù)合材料的制備方法。具體地說是
一種具有擇優(yōu)取向的磁性記憶合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
NiMnGa鐵磁性記憶合金是近年來發(fā)展起來的一種新型記憶材料，兼具熱彈性馬 氏體相變和鐵磁性，既可用作溫度傳感器，也可用作磁場(chǎng)傳感器。研究發(fā)現(xiàn)，只有在單晶 的NiMnGa合金中才能獲得大的磁誘發(fā)應(yīng)變，目前國外已有公司(Ad即taMat公司)利用 NiMnGa單晶制作小型驅(qū)動(dòng)器，其大小和一個(gè)普通曲別針相當(dāng)，測(cè)試響應(yīng)時(shí)間0. 2ms。國內(nèi)也 有沈陽工業(yè)大學(xué)采用仿生學(xué)原理成功地將NiMnGa單晶應(yīng)用于蠕動(dòng)型直線電機(jī)中，測(cè)試結(jié) 果良好。這些例子充分說明了 NiMnGa磁性記憶合金在工程應(yīng)用方面的價(jià)值，有望成為未來 新一代執(zhí)行器的關(guān)鍵材料。但是由于NiMnGa單晶材料制備困難，且在單晶生長(zhǎng)過程中存在 分凝效應(yīng)而導(dǎo)致成分偏差，既不利于獲得穩(wěn)定的磁感生應(yīng)變，又不能滿足大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用 的需求。NiMnGa多晶材料容易制備，成分均勻，但存在較脆的缺點(diǎn)。因此如何能更好地發(fā) 揮鐵磁性記憶合金的大可逆應(yīng)變量與高響應(yīng)速率優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避開材料本身易脆的缺點(diǎn)，是 NiMnGa合金應(yīng)用的趨勢(shì)。 為了解決NiMnGa合金存在的問題，國際上科學(xué)家提出了制備NiMnGa磁性記憶 合金顆粒/樹脂智能復(fù)合材料的概念，目的是利用NiMnGa合金優(yōu)良功能特性的同時(shí)，通 過樹脂基體改善NiMnGa合金的力學(xué)性能。目前研究的NiMnGa合金顆粒/樹脂復(fù)合材料 基本分為兩類，一類是復(fù)合材料固化期間不施加外磁場(chǎng)，形成的具有隨機(jī)取向分布NiMnGa 合金顆粒的復(fù)合材料(0-3型復(fù)合材料)，另一類是復(fù)合材料固化期間施加外磁場(chǎng)，形成的 具有擇優(yōu)取向分布NiMnGa合金顆粒的復(fù)合材料(1_3型復(fù)合材料)。美國麻省理工學(xué)院 J. Feuchtwanger等在研究NiMnGa合金顆粒/樹脂復(fù)合材料的阻尼性能時(shí)指出，具有擇優(yōu) 取向NiMnGa合金顆粒的1_3型復(fù)合材料可以更好地對(duì)外應(yīng)力場(chǎng)作出響應(yīng)，從而產(chǎn)生較高的 能量吸收。但是他們并沒有給出具有擇優(yōu)取向的復(fù)合材料的制備方法，而且選用的NiMnGa 合金顆粒通過電火花腐蝕方法制備，這種方法不僅成本高，而且效率低，增加了復(fù)合材料的 制備成本。加拿大的研究人員R. Ham-Su等指出，具有擇優(yōu)取向NiMnGa合金顆粒的1_3型 復(fù)合材料可以較好地發(fā)揮NiMnGa合金的磁性形狀記憶性能，他們初步研究了 1_3型NiMnGa 合金顆粒/樹脂復(fù)合材料的制備方法，但是在施加外磁場(chǎng)取向NiMnGa顆粒時(shí)，他們需要采 用反復(fù)翻轉(zhuǎn)復(fù)合材料樣品的方法來抑制NiMnGa合金顆粒的沉淀，存在制備過程復(fù)雜、顆粒 分布狀態(tài)較難控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有擇優(yōu)取向，既具有溫度場(chǎng)響應(yīng)特性也具有磁場(chǎng)響 應(yīng)特性的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。本發(fā)明的目的還在以提供一種工藝 簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)性好，適合于批量生產(chǎn)的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是(l)選擇顆粒尺寸范圍為 5 70微米的NiMnGa磁性記憶合金顆粒；(2)干燥并篩分所述NiMnGa磁性記憶合金顆粒； (3)用偶聯(lián)劑對(duì)磁性記憶合金顆粒進(jìn)行表面處理；(4)將環(huán)氧樹脂在50 7(TC水浴內(nèi)加熱 稀釋；(5)將偶聯(lián)劑處理后的磁性記憶合金顆粒放入步驟(4)稀釋的環(huán)氧樹脂中，磁性記憶 合金顆粒的含量為10 50wt^，進(jìn)行充分的攪拌，并超聲振蕩10 15分鐘；(6)將適量的 環(huán)氧樹脂固化劑加入步驟(5)制備的混合物中，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?7)將混合物填入模具， 利用超聲波振蕩10 15分鐘；(8)將步驟(7)的模具放在強(qiáng)度為1000 3000奧斯特的 均勻磁場(chǎng)內(nèi)使NiMnGa顆粒在磁場(chǎng)作用下得到取向，同時(shí)進(jìn)行24小時(shí)室溫固化；(9)將步驟
(8) 中初步固化的復(fù)合材料在100 15(TC下進(jìn)行2 8小時(shí)充分固化所得到的NiMnGa磁 性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。 本發(fā)明的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法(l)選擇顆粒尺 寸范圍為5 70微米的NiMnGa磁性記憶合金顆粒；(2)干燥并篩分所述NiMnGa磁性記憶 合金顆粒；(3)用偶聯(lián)劑對(duì)磁性記憶合金顆粒進(jìn)行表面處理；(4)將環(huán)氧樹脂在50 70°C 水浴內(nèi)加熱稀釋；(5)將偶聯(lián)劑處理后的磁性記憶合金顆粒放入步驟(4)稀釋的環(huán)氧樹脂 中，磁性記憶合金顆粒的含量為10 50wt^，進(jìn)行充分的攪拌，并超聲振蕩10 15分鐘； (6)將適量的環(huán)氧樹脂固化劑加入步驟(5)制備的混合物中，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?7)將混合 物填入模具，利用超聲波振蕩10 15分鐘；(8)將步驟(7)的模具放在強(qiáng)度為1000 3000 奧斯特的均勻磁場(chǎng)內(nèi)使NiMnGa顆粒在磁場(chǎng)作用下得到取向，同時(shí)進(jìn)行24小時(shí)室溫固化；
(9) 將步驟(8)中初步固化的復(fù)合材料在100 15(TC下進(jìn)行2 8小時(shí)充分固化。
本發(fā)明采用機(jī)械攪拌的方法將鐵磁性形狀記憶合金顆粒與樹脂材料相復(fù)合，在制 備過程中通過外加磁場(chǎng)作用調(diào)整鐵磁性形狀記憶合金顆粒的取向，最終得到一種新型的智 能復(fù)合材料，既能溫度響應(yīng)，又能磁場(chǎng)響應(yīng)。 本發(fā)明通過優(yōu)化工藝參數(shù)，調(diào)整復(fù)合材料固化時(shí)的溫度和粘度，以及外加磁場(chǎng)的 大小和方向，制備了具有擇優(yōu)取向的復(fù)合材料，其內(nèi)部NiMnGa合金顆粒呈條帶狀擇優(yōu)分 布。制備的復(fù)合材料呈現(xiàn)熱彈性馬氏體相變，既具有溫度場(chǎng)響應(yīng)特性(熱誘發(fā)應(yīng)變約為 200ppm)，也具有磁場(chǎng)響應(yīng)特性(磁誘發(fā)應(yīng)變約為50ppm)。該復(fù)合材料的制備工藝簡(jiǎn)單、成 本低、重復(fù)性好，適合于批量生產(chǎn)。


圖1為NiMnGa合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備過程示意圖； 圖2為NiMnGa合金顆粒的交流磁化率測(cè)試曲線； 圖3為NiMnGa合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料固化期間加磁場(chǎng)取向示意圖； 圖4為NiMnGa合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的顯微組織； 圖5為NiMnGa合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的交流磁化率測(cè)試曲線； 圖6為NiMnGa合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱誘發(fā)應(yīng)變測(cè)試曲線。
具體實(shí)施例方式下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 本發(fā)明的具有擇優(yōu)取向的NiMnGa磁性記憶合金顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備 方法的工藝路線是 1.利用專利號(hào)ZL200710071687. 8的專利文件中公開的高能球磨法制備NiMnGa
磁性記憶合金顆粒。所述的NiMnGa磁性記憶合金顆粒優(yōu)選的原子百分比為Ni 49. 8%、Mn
28. 5%和Ga 21. 7%的Ni49.8Mn28.5Ga21.7磁性記憶合金顆粒顆粒; 2.充分干燥并篩分NiMnGa合金顆粒，使顆粒尺寸控制在5 70微米； 3.用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)合金顆粒進(jìn)行表面處理； 4.利用6(TC水浴加熱稀釋液態(tài)E-44環(huán)氧樹脂； 5.將偶聯(lián)劑處理后的合金顆粒放入步驟4配好的溶液中，設(shè)計(jì)顆粒含量為
50wt^，然后進(jìn)行充分的攪拌，并超聲波振蕩15分鐘； 6.往步驟5的溶液中加入三乙烯四胺固化劑，攪拌均勻； 7.將步驟6的混合物注入模具，然后超聲波處理15分鐘，使顆粒在樹脂基體中均 勻分布，并去除樹脂內(nèi)部氣泡； 8.將模具放在20000e均勻磁場(chǎng)中，使NiMnGa顆粒得到取向(如圖3所示)，并室 溫固化24小時(shí)； 9.成型產(chǎn)品在12(TC下保溫4個(gè)小時(shí)，使復(fù)合材料充分固化； 10.用掃描電鏡觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，如圖4所示，NiMnGa顆粒在樹脂基體內(nèi)
部沿外磁場(chǎng)方向呈條帶狀分布； 11.用X射線衍射分析儀測(cè)試表明，NiMnGa合金顆粒的易磁化方向沿外磁場(chǎng)方向 擇優(yōu)取向； 12.用交流磁化率測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量復(fù)合材料的馬氏體相變和磁性轉(zhuǎn)變溫度，如圖5 所示，復(fù)合材料的馬氏體相變溫度0 )，馬氏體逆相變溫度(TA)和磁性轉(zhuǎn)變溫度(Tc)與合 金顆粒的基本相同(圖2所示)； 13.用磁致伸縮測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量復(fù)合材料的溫度場(chǎng)和磁場(chǎng)誘發(fā)應(yīng)變，測(cè)試結(jié)果表明， 復(fù)合材料的熱誘發(fā)應(yīng)變約為200卯m(圖6所示)，磁誘發(fā)應(yīng)變約為50卯m。
權(quán)利要求
一種NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征是是(1)選擇顆粒尺寸范圍為5～70微米的NiMnGa磁性記憶合金顆粒；(2)干燥并篩分所述NiMnGa磁性記憶合金顆粒；(3)用偶聯(lián)劑對(duì)磁性記憶合金顆粒進(jìn)行表面處理；(4)將環(huán)氧樹脂在50～70℃水浴內(nèi)加熱稀釋；(5)將偶聯(lián)劑處理后的磁性記憶合金顆粒放入步驟(4)稀釋的環(huán)氧樹脂中，磁性記憶合金顆粒的含量為10～50wt％，進(jìn)行充分的攪拌，并超聲振蕩10～15分鐘；(6)將適量的環(huán)氧樹脂固化劑加入步驟(5)制備的混合物中，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?7)將混合物填入模具，利用超聲波振蕩10～15分鐘；(8)將步驟(7)的模具放在強(qiáng)度為1000～3000奧斯特的均勻磁場(chǎng)內(nèi)使NiMnGa顆粒在磁場(chǎng)作用下得到取向，同時(shí)進(jìn)行24小時(shí)室溫固化；(9)將步驟(8)中初步固化的復(fù)合材料在100～150℃下進(jìn)行2～8小時(shí)充分固化所得到的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征是所述 的NiMnGa磁性記憶合金顆粒的原子百分比為Ni 49. 8%、Mn 28. 5%和Ga21. 7% 。
3. —種NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征是(l)選擇顆 粒尺寸范圍為5 70微米的NiMnGa磁性記憶合金顆粒；(2)干燥并篩分所述NiMnGa磁性 記憶合金顆粒；(3)用偶聯(lián)劑對(duì)磁性記憶合金顆粒進(jìn)行表面處理；(4)將環(huán)氧樹脂在50 7(TC水浴內(nèi)加熱稀釋；(5)將偶聯(lián)劑處理后的磁性記憶合金顆粒放入步驟(4)稀釋的環(huán)氧 樹脂中，磁性記憶合金顆粒的含量為10 50wt % ，進(jìn)行充分的攪拌，并超聲振蕩10 15分 鐘；(6)將適量的環(huán)氧樹脂固化劑加入步驟(5)制備的混合物中，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?7)將 混合物填入模具，利用超聲波振蕩10 15分鐘；(8)將步驟(7)的模具放在強(qiáng)度為1000 3000奧斯特的均勻磁場(chǎng)內(nèi)使NiMnGa顆粒在磁場(chǎng)作用下得到取向，同時(shí)進(jìn)行24小時(shí)室溫固 化；(9)將步驟(8)中初步固化的復(fù)合材料在100 15(TC下進(jìn)行2 8小時(shí)充分固化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法， 其特征是所述的NiMnGa磁性記憶合金顆粒的原子百分比為Ni49. 8%、 Mn 28. 5%和Ga 21. 7%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的偶聯(lián)劑是鈦酸酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的環(huán)氧樹脂是E-44環(huán)氧樹脂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的固化劑是三乙烯四胺。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種NiMnGa磁性記憶合金與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及制備方法。(1)選擇顆粒尺寸范圍為5～70微米的NiMnGa合金顆粒；(2)干燥；(3)用偶聯(lián)劑對(duì)合金顆粒進(jìn)行表面處理；(4)將環(huán)氧樹脂加熱稀釋；(5)將記憶合金顆粒放入環(huán)氧樹脂中，磁性記憶合金顆粒的含量為10～50wt％；(6)將環(huán)氧樹脂固化劑加入步驟(5)制備的混合物中；(7)將混合物填入模具，利用超聲波振蕩10～15分鐘；(8)將模具放在磁場(chǎng)內(nèi)使NiMnGa顆粒在磁場(chǎng)作用下得到取向同時(shí)固化；(9)將固化的復(fù)合材料在100～150℃下進(jìn)行充分固化。本發(fā)明的產(chǎn)品具有擇優(yōu)取向。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)性好，適合于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08K3/00GK101724224SQ20091007332
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者李莉, 田兵, 鄭玉峰, 陳楓 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)