專(zhuān)利名稱(chēng)：具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Tb-Dy-Fe磁致伸縮材料，更特別地說(shuō)，是指一種具有層狀結(jié)構(gòu)， 高度<111>取向粘結(jié)的TbxDyhFey (0. 4 < χ彡1，1. 9彡y彡1. 95)巨磁致伸縮材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
以TbDyi^e合金為代表的巨磁致伸縮材料因其具有磁致伸縮應(yīng)變量大、居里溫度高、機(jī)電耦合系數(shù)大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)在大功率水下通訊，精密加工和航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)末，為了解決TbDyi^e合金在外加高頻交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的巨大的渦流效應(yīng)以及改善其力學(xué)性能，粘結(jié)TbDyi^e巨磁致伸縮復(fù)合材料受到人們的廣泛關(guān)注。這種復(fù)合材料是由TbDyi^e合金顆粒與高聚物偶聯(lián)劑按照一定配比混合而成。高聚物偶聯(lián)劑一方面起到割斷顆粒間渦電流的作用，同時(shí)也降低材料的磁致伸縮性能。提高顆粒的取向度以及獲得更優(yōu)的顆粒分布組織是提高其磁致伸縮的關(guān)鍵。因巨磁致伸縮TbDyi^e合金的磁致伸縮性能具有強(qiáng)烈的各向異性，沿不同晶體學(xué)方向相差很大，ληι>> λιω，<111>取向材料性能最優(yōu)。因此可以預(yù)期，以<111>取向 TbDyi^e單晶顆粒為功能體制備粘結(jié)材料，可獲得最優(yōu)的磁致伸縮性能。然而，現(xiàn)有報(bào)道尚未獲得高度<111>取向的高性能粘結(jié)巨磁致伸縮材料。根據(jù)現(xiàn)有報(bào)道，其原因主要有以下兩點(diǎn)。其一是部分研究者采用的TbDyi^e母合金為<112>取向。美國(guó)的Carman研究小組將<112>取向TbDyi^e合金棒材切割成針狀短纖維， 利用其形狀各向異性在磁場(chǎng)下取向制備出具有<112>取向的粘結(jié)巨磁致伸縮材料。其磁致伸縮可以達(dá)到1600ppm，然而其工藝復(fù)雜，成本較高。韓國(guó)學(xué)者發(fā)明的樹(shù)脂融入工藝，將定向生長(zhǎng)與化學(xué)溶解相結(jié)合，通過(guò)將<112>取向晶體中的富稀土偽共晶相與S^2反應(yīng)，移除富稀土相，然后在其留下的空隙位置滲入樹(shù)脂，制得<112>取向巨磁致伸縮材料，但其報(bào)道的磁致應(yīng)變最大僅為1013ppm。其二是由于TbDyi^e母合金的磁晶各向異性較小。研究表明， 在混料固化過(guò)程施加一個(gè)靜態(tài)磁場(chǎng)可以改變顆粒的取向度，然而顆粒在磁場(chǎng)作用下克服高聚物的黏滯阻力發(fā)生旋轉(zhuǎn)的前提是合金顆粒具有較高的磁晶各向異性。在專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810073443. 8中公開(kāi)了使用TbxDyi_xFe2_y合金粉制環(huán)形粘結(jié)稀土超磁致伸縮材料；在專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N 200610011895. 4中公開(kāi)了使用TtvxDyxFe2I合金粉制粘結(jié)稀土超磁致伸縮材料；這兩份專(zhuān)利申請(qǐng)中合金成分Tb含量χ值為0. 2 0. 4(原子比)之間。此時(shí)，由于合金顆粒的磁晶各向異性較小，顆粒在外加靜態(tài)磁場(chǎng)的作用下是通過(guò)顆粒旋轉(zhuǎn)結(jié)合磁疇旋轉(zhuǎn)完成取向過(guò)程的。因此顆粒的<111>易磁化軸無(wú)法完全旋轉(zhuǎn)至外磁場(chǎng)方向，導(dǎo)致顆粒的取向度不高。顆粒取向過(guò)程中施加的磁場(chǎng)均為靜態(tài)磁場(chǎng)，顆粒在磁場(chǎng)的作用下趨向于在保持原有位置的情況下形成近似鏈狀排列，這種取向方式無(wú)法改變顆粒在高聚物基體中的整體分布，因此顆粒產(chǎn)生的磁致伸縮將有一部分傳遞給高聚物基體，無(wú)法使得相鄰顆粒產(chǎn)生的磁致伸縮得到有效的傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過(guò)調(diào)控合金的磁晶各向異性，采用粉末粘結(jié)、動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)誘導(dǎo)取向獲得具有層狀結(jié)構(gòu)，高電阻、大磁致應(yīng)變的具有高度<111>取向的各向異性粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法。本發(fā)明的TbxDy^Fey巨磁致伸縮材料的合金成分為T(mén)bxDy^Fey,0. 4彡χ彡1， 1. 9 ^ y ^ 1. 95。制備本發(fā)明的TbxDyi_xFey巨磁致伸縮材料包括有下列步驟第一步制備TbxDyi_xFey合金粉第1-1 步按 TbxDy1^xFeyjO. 4 < χ 彡 1，1. 9 彡 y 彡 1. 95 目標(biāo)成分稱(chēng)取 Tb、Dy、Fe 各元素，混合得到熔煉原料，且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ；第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料；熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2 X ；熔煉溫度為1250°C 1350°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至20°C 40°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料；熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2 X ；熱處理溫度為900°C 1000°C，熱處理4 12小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為 99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至20°C 40°C，取出，制
得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得粒徑為10 300 μ m的TbxDy^xFey合金粉；第二步配制TbxDyi_xFey混合料第2-1步制IOOg的TbxDyi_/ey混合料稱(chēng)取65 90g的TbxDyi_/ey合金粉、9 28g的粘結(jié)劑、2 6g的固化劑、0. 05 Ig的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂E44、環(huán)氧樹(shù)脂E51、環(huán)氧樹(shù)脂6101 ；所述固化劑選用三乙烯四胺、孟烷二胺、間苯二胺；所述過(guò)程控制劑選用甲醇、丙醇、正戊烷；第2-2步將TbxDy1^xFey混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為30°C 50°C 條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料；第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制TbxDyi_xFey磁致伸縮材料第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具；然后將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 1 0. 5MPa ；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，第一帶料模具繞0點(diǎn)擺動(dòng)30 300秒后，靜止1 2小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；
第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角β為10° 90° ；
第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為0. 5Hz IOHz ；第3-3步將第二帶料模具放入40°C 80°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，經(jīng)過(guò) 2 4小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到粘結(jié)TbxDyi_xFey磁致伸縮材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該材料通過(guò)將具有磁致伸縮效應(yīng)的TbxDyi_xFey(原子比為0. 4<x≤1,1.9≤y≤1.95)顆粒與高電阻的環(huán)氧樹(shù)脂混合，先在動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)誘導(dǎo)下取向，然后在靜態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)誘導(dǎo)下固化成型，使得TbxDyi_/ey顆粒沿著磁力線方向排列并形成層狀結(jié)構(gòu)，而每層中的TbxDyi_xFey顆粒呈鏈狀排列，使得每一層中TbxDyi_xFey顆粒的磁致伸縮能夠有效的傳遞給相鄰的顆粒。同時(shí)由于顆粒具有較高的磁晶各向異性能，顆粒在磁場(chǎng)取向過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其易軸方向與磁場(chǎng)方向平行，使得粘結(jié)巨磁致伸縮材料具有高度<111>取向并具有顯著的壓力效應(yīng)特性。。本發(fā)明制得的粘結(jié)TbxDy1Jey (原子比為0. 4 < χ≤1，1. 9≤y≤1. 95)巨磁致伸縮材料，具有高度的<111>擇優(yōu)取向。其電阻率為1.23Ω ·πι 8.00Ω ·πι。在測(cè)試磁場(chǎng)為 0 76000e，測(cè)試壓力為0 24MPa，最大磁致應(yīng)變?yōu)?600ppm 1900ppm。在高頻IX 下的渦流損耗值為510W/m3 570W/m3。


圖1是將第一帶料模具安裝在電磁鐵中的位置示意圖。圖2是將第二帶料模具擺動(dòng)安裝在電磁鐵中的位置示意圖。圖3是將第三帶料模具安裝在電磁鐵中的位置示意圖。圖4A是實(shí)施例1制得的粘結(jié)TbQ.5DyQ.5Fei.95巨磁致伸縮材料的X射線衍射圖。圖4B是實(shí)施例1制得的粘結(jié)Tba5Dya5Feu5巨磁致伸縮材料的磁致應(yīng)變與磁場(chǎng)關(guān)系圖。圖4C是實(shí)施例1制得的粘結(jié)Tba5Dya5Feu5巨磁致伸縮材料的渦流損耗與頻率關(guān)系圖。圖4D是實(shí)施例1制得的粘結(jié)Tba5Dya5Feu5巨磁致伸縮材料的光學(xué)金相組織圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。要制得具有層狀結(jié)構(gòu)，高度<111>取向粘結(jié)TbxDy1-xFey (原子比為0. 4 < χ≤1，
1. 95)巨磁致伸縮材料，其制備工藝包括下列步驟第一步制備TbxDyi_xFey合金粉第1-1 步按 TbxDyi_xFey(0. 4 < χ ≤ 1，1. 9 ≤ y ≤ 1. 95)目標(biāo)成分稱(chēng)取 Tb、Dy、Fe 各元素，混合得到熔煉原料，且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ；第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料；
熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2 X ；熔煉溫度為1250°C 1350°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至20°C 40°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料；熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2X 10_節(jié)￡1 ；熱處理溫度為900 °C 1000°C，熱處理4 12小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為 99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至20°C 40°C，取出，制
得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得粒徑為10 300 μ m的TbxDy^xFey合金粉；第二步配制TbxDyi_xFey混合料第2-1步制IOOg的TbxDyi_/ey混合料稱(chēng)取65 90g的TbxDyi_/ey合金粉、9 28g的粘結(jié)劑、2 6g的固化劑、0. 05 Ig的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂E44、環(huán)氧樹(shù)脂E51、環(huán)氧樹(shù)脂6101 ；所述固化劑選用三乙烯四胺、孟烷二胺、間苯二胺；所述過(guò)程控制劑選用甲醇、丙醇、正戊烷；第2-2步將TbxDy1^xFey混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為30°C 50°C 條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料；第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制TbxDyi_xFey磁致伸縮材料第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具；然后參見(jiàn)圖1所示將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 1 0. 5MPa ；在本發(fā)明中，第一帶料模具的縱向中心線與軸向中心線相交于0點(diǎn)；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，第一帶料模具繞0點(diǎn)擺動(dòng)30 300秒后，靜止1 2小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；參見(jiàn)圖2所示，第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角 β 為 10° 90° ；第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為0. 5Hz IOHz ；第3-3步將第二帶料模具放入40°C 80°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后參見(jiàn)圖3所示將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，經(jīng)過(guò) 2 4小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到粘結(jié)TbxDyi_xFey磁致伸縮材料。 在本發(fā)明中，制得的粘結(jié)TbxDyi_/ey磁致伸縮材料具有高度的< 111>擇優(yōu)取向，同時(shí)粘結(jié)TbxDyi_xFey磁致伸縮材料中的TbxDyi_xFey顆粒在樹(shù)脂基體中呈現(xiàn)沿取向磁場(chǎng)方向?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)排列，且每層TbxDyi_/ey顆粒呈鏈狀排列。實(shí)施例1制粘結(jié)Tbtl. 5Dy0.5FeL 95巨磁致伸縮材料第一步制備Tb。.5Dy。.5Fei.95 合金粉第1-1步按TbQ.5DyQ.5Fei.95目標(biāo)成分稱(chēng)取Tb、Dy、i^e各元素，混合得到熔煉原料， 且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ；第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料；熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2 X ；熔煉溫度為1300°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至25°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料；熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2X 10_節(jié)￡1 ；熱處理溫度為1000°C，熱處理6小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至25°C，取出，制得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得平均粒徑為250 μ m的Tb0.5Dy0.5FeL95合金粉；第二步配制Tb。. 5Dy0.5FeL95 混合料第2-1 步制 IOOg 的 Tb0.5Dy0.5FeL95 混合料稱(chēng)取 80g 的 Tb0.5Dy0.5FeL95 合金粉、13g 的粘結(jié)劑、6g的固化劑、Ig的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂E44 ；所述固化劑選用三乙烯四胺；所述過(guò)程控制劑選用甲醇；第2-2步將Tba5Dya5Fei.95混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為30°C條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料；第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制TbQ.5DyQ.5Fei.95磁致伸縮材料第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具；然后參見(jiàn)圖1所示將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 2MPa ；在本發(fā)明中，第一帶料模具的縱向中心線與軸向中心線相交于0點(diǎn)；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為SOOOOe的條件下，第一帶料模具繞0 點(diǎn)擺動(dòng)300秒后，靜止2小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；參見(jiàn)圖2所示，第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角 β 為 45° ；第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為IHz ；第3-3步將第二帶料模具放入50°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后參見(jiàn)圖3所示將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為SOOOOe的條件下，經(jīng)過(guò)2小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到Tba 5Dy0.5FeL95磁致伸縮材料。在本發(fā)明中，制得的Tba 5Dy0.5FeL 95磁致伸縮材料具有高度的< 111 >擇優(yōu)取向，同時(shí)Tba5Dya5Feu5磁致伸縮材料中的Tba5Dya5Fei.95顆粒在樹(shù)脂基體中呈現(xiàn)沿取向磁場(chǎng)方向?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)排列。采用日本理學(xué)D/MaX2200PC型X射線衍射儀進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果如圖4A所示(縱坐標(biāo)表示相對(duì)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)表示2 θ角)。Tba5Dya5Fei.95顆粒在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下具有高度的<111>擇優(yōu)取向。采用標(biāo)準(zhǔn)四接點(diǎn)電阻應(yīng)變片法進(jìn)行磁致應(yīng)變測(cè)試，測(cè)試磁場(chǎng)為0 76000e，測(cè)試壓力為0MPa、3MPa、9MPa、24MPa，測(cè)試結(jié)果如圖4B所示(縱坐標(biāo)表示磁致伸縮，橫坐標(biāo)磁場(chǎng)強(qiáng)度)。各向異性粘結(jié)材料的磁致伸縮系數(shù)OMPa時(shí)為1160ppm、3MPa時(shí)為1419ppm、9MPa時(shí)為1611ppm、24MPa時(shí)為1720ppm。這說(shuō)明實(shí)施例1制得的Tba 5DyQ. 5Fei.95磁致伸縮材料具有顯著的壓力效應(yīng)。將環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)電膠均勻涂覆于實(shí)施例1制得的Tba5Dya5Fei.95磁致伸縮材料表面上，并制成兩個(gè)電極，使用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)施例1制得的Tba5Dya5Fe1-^f致伸縮材料的電阻， 電阻率為1. 23 Ω · m。對(duì)比例真空熔煉Tbtl. 5Dy0.5FeL 95棒材按Tba5Dya5Fei.95目標(biāo)成分稱(chēng)取Tb、Dy、i^e各元素，混合得到熔煉原料，且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9%;將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得Tba5Dya5Feu5 棒材；熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2 X ；熔煉溫度為1300°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至25°C，取出，得到Tba5Dy0.5FeL95棒材。將環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)電膠均勻涂覆于Tba5Dya5Feu5棒材表面上，并制成兩個(gè)電極，使用萬(wàn)用表測(cè)量Tba5Dya5Fe1^5棒材的電阻，電阻率為0. 5Χ10_6Ω · m。對(duì)比實(shí)施例1制得的Tba5Dya5Feu5磁致伸縮材料與對(duì)比例制得的Tba5Dya5FeU5 棒材的電阻率，實(shí)施例1制得的Tba5Dya5Feu5磁致伸縮材料電阻率提高6個(gè)數(shù)量級(jí)。采用TPS-500M軟磁材料測(cè)量?jī)x來(lái)表征材料的渦流損耗性能測(cè)得實(shí)施例1制得的 Tba5Dya5Feudf致伸縮材料的渦流損耗值為570W/m3，如圖4C所示(縱坐標(biāo)表示渦流損耗值，橫坐標(biāo)表示頻率)。對(duì)比例制得的Tba5Dya5Fei.95棒材的渦流損耗值為15405W/m3，如圖 4C所示。經(jīng)對(duì)比在高頻1 X IO5Hz下的渦流損耗值僅為T(mén)ba5Dya5Fei.95棒材的3. 7%。采用BM51X金相顯微鏡觀察實(shí)施例1制得的粘結(jié)Tba5Dya5Feu5磁致伸縮材料的金相顯微組織。將實(shí)施例1制得的粘結(jié)I\.5Dya5Fei.95磁致伸縮材料(為棒材)的橫截面使用金相砂紙打磨并拋光，在BM51X金相顯微鏡觀察材料的金相顯微組織，結(jié)果如圖4D所示。粘結(jié)1\.50、丨、95磁致伸縮材料中的Tba5Dya5Feu5顆粒在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下沿著磁力線方向排列，顯微組織可見(jiàn)Tba5Dya5Fei.95顆粒在環(huán)氧樹(shù)脂基體中呈層狀結(jié)構(gòu)排列，且每層Tb0.5Dy0.5FeL 95顆粒呈鏈狀排列。實(shí)施例2制粘結(jié)Tba95DyaJ^9巨磁致伸縮材料第一步制備Tba95Dyatl5Feu 合金粉第1-1步按Tba95DyaJ^L9目標(biāo)成分稱(chēng)取TVDyJe各元素，混合得到熔煉原料， 且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ；第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料；熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2X10_3Pa;熔煉溫度為1250°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至40°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料；熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2 X ；熱處理溫度為900°C，熱處理12小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至40°C，取出，制得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得平均粒徑為50 μ m的Tb0.95Dy0.05FeL9合金粉；第二步配制Tba95Dyaci5Fei9 混合料第2-1 步制 IOOg 的 Tba 95Dy0.05FeL 9 混合料稱(chēng)取 67g 的 Tbtl. 95Dy0.05FeL 9 合金粉、28g 的粘結(jié)劑、4. 95g的固化劑、0. 05g的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂E51 ；所述固化劑選用間苯二胺；所述過(guò)程控制劑選用正戊烷；第2-2步將Tba95Dya 混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為50°C條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料；第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制Tba95Dya J^9磁致伸縮材料第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具；然后參見(jiàn)圖1所示將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 5MPa ；在本發(fā)明中，第一帶料模具的縱向中心線與軸向中心線相交于0點(diǎn)；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為60000e的條件下，第一帶料模具繞0 點(diǎn)擺動(dòng)100秒后，靜止1小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；參見(jiàn)圖2所示，第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角 β 為 10° ；第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為9Hz ；第3-3步將第二帶料模具放入70°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后參見(jiàn)圖3所示將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為60000e的條件下，經(jīng)過(guò)4小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到粘結(jié)TbQ.95DyQ. J^e1.9磁致伸縮材料。采用日本理學(xué)D/MaX2200PC型X射線衍射儀進(jìn)行X射線衍射分析，Tb0.95Dy0.05FeL9 顆粒在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下具有高度的<111>擇優(yōu)取向。采用標(biāo)準(zhǔn)四接點(diǎn)電阻應(yīng)變片法進(jìn)行磁致應(yīng)變測(cè)試，測(cè)試磁場(chǎng)為0 76000e，測(cè)試壓力為0MPa、3MPa、9MPa、24MPa，各向異性粘結(jié)材料的磁致伸縮系數(shù)由OMPa時(shí)為1130ppm、 3MPa時(shí)為1490ppm、9MPa時(shí)為1710ppm、MMPa時(shí)的1900ppm。這說(shuō)明實(shí)施例2制得的粘結(jié)
Tba95Dyatl5F^9磁致伸縮材料具有顯著的壓力效應(yīng)。將環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)電膠均勻涂覆于實(shí)施例2制得的粘結(jié)Tba95Dyaci5FeU磁致伸縮材料表面上，并制成兩個(gè)電極，使用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)施例2制得的粘結(jié)Tba95Dyaci5FeU磁致伸縮材料的電阻，電阻率為8. 00 Ω · m。采用TPS-500M軟磁材料測(cè)量?jī)x來(lái)表征材料的渦流損耗性能測(cè)得實(shí)施例2制得的粘結(jié)Tba95DyaJ^9磁致伸縮材料的渦流損耗值為534W/m3。實(shí)施例3制粘結(jié)TbQ.7DyQ.3Fei.93巨磁致伸縮材料第一步制備Tba7DyQ.3Fei.93 合金粉第1-1步按Tba7DyQ.3Fei.93目標(biāo)成分稱(chēng)取Tb、Dy、i^e各元素，混合得到熔煉原料， 且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ；第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料；熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2X 10_節(jié)￡1 ；熔煉溫度為1350°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至30°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料；熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2 X 10-3 ；熱處理溫度為950°C，熱處理8小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至30°C，取出，制得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得平均粒徑為150 μ m的Tb0.7Dy0.3FeL93合金粉；第二步配制TbQ.7DyQ.3Fei.93 混合料第2-1 步制 IOOg 的 Tb0.7Dy0.3FeL93 混合料稱(chēng)取 88g 的 Tb0.7Dy0.3FeL93 合金粉、9g 的粘結(jié)劑、2g的固化劑、Ig的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂6101 ；所述固化劑選用孟烷二胺；所述過(guò)程控制劑選用丙醇；第2-2步將Tba7Dya3Fei.93混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為40°C條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料；第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制Tba7DyQ.3Fei.93磁致伸縮材料
第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具；然后參見(jiàn)圖1所示將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 3MPa ；在本發(fā)明中，第一帶料模具的縱向中心線與軸向中心線相交于0點(diǎn)；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為120000e的條件下，第一帶料模具繞 0點(diǎn)擺動(dòng)60秒后，靜止1. 5小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；參見(jiàn)圖2所示，第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角 β 為 60° ；第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為5Hz ；第3-3步將第二帶料模具放入40°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后參見(jiàn)圖3所示將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為120000e的條件下，經(jīng)過(guò)3小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到粘結(jié)Tba7Dya3Feu3磁致伸縮材料。采用日本理學(xué)D/Max2200PC型X射線衍射儀進(jìn)行X射線衍射分析，Tb0.7Dy0.3FeL93 顆粒在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下具有高度的<111>擇優(yōu)取向。采用標(biāo)準(zhǔn)四接點(diǎn)電阻應(yīng)變片法進(jìn)行磁致應(yīng)變測(cè)試，測(cè)試磁場(chǎng)為0 76000e，測(cè)試壓力為0MPa、3MPa、9MPa、24MPa，各向異性粘結(jié)材料的磁致伸縮系數(shù)由OMPa時(shí)為1175ppm、 3MPa時(shí)為1460ppm、9MPa時(shí)為1670ppm、MMPa時(shí)的1770ppm。這說(shuō)明實(shí)施例3制得的粘結(jié) TbQ.7DyQ.3Fei.93磁致伸縮材料具有顯著的壓力效應(yīng)。將環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)電膠均勻涂覆于實(shí)施例3制得的粘結(jié)Tba7Dya3Feu3磁致伸縮材料表面上，并制成兩個(gè)電極，使用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)施例3制得的粘結(jié)Tba7Dya3Feu3磁致伸縮材料的電阻，電阻率為5. 06 Ω · m。采用TPS-500M軟磁材料測(cè)量?jī)x來(lái)表征材料的渦流損耗性能測(cè)得實(shí)施例3制得的粘結(jié)Tba7Dya3Feu3磁致伸縮材料的渦流損耗值為510W/m3。
權(quán)利要求
1.一種具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料，其特征在于所述粘結(jié)巨磁致伸縮材料的合金成分為T(mén)bxDyi_xFey，0. 4 < X彡1，1. 9彡y彡1. 95。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料，其特征在于TbxDyi_xFey巨磁致伸縮材料具有高度的<111>擇優(yōu)取向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料，其特征在于TbxDyi_xFey巨磁致伸縮材料的電阻率為1. 23 Ω · m 8. 00 Ω · m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料，其特征在于TbxDyi_/ey巨磁致伸縮材料在測(cè)試磁場(chǎng)為0 76000e，測(cè)試壓力為0 24MPa，最大磁致應(yīng)變?yōu)?600ppm 1900ppm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料，其特征在于TbxDyi_xFey巨磁致伸縮材料在高頻IX IO5Hz下的渦流損耗值為510W/m3 570W/m3。
6.制備如權(quán)利要求1所述的具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法，其特征在于包括有下列步驟第一步制備TbxDyi_xFey合金粉第 1-1 步按 TbxDyi_xFey，0. 4 < χ ^ 1,1. 9 ^ y ^ 1. 95 目標(biāo)成分稱(chēng)取 Tb、DyJe 各元素，混合得到熔煉原料，且各元素的質(zhì)量百分比純度不低于99. 9% ； 第1-2步將熔煉原料放入真空電弧爐中進(jìn)行熔煉制得第一用料； 熔煉條件真空電弧爐的真空度小于2 X KT3Pa ；熔煉溫度為1250°C 1350°C，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下熔煉均勻，隨真空電弧爐冷卻至20°C 40°C，取出，得到第一用料；第1-3步將第一用料放入真空熱處理爐中進(jìn)行熱處理制得第二用料； 熱處理?xiàng)l件真空熱處理爐的真空度小于2X 10_3Pa ；熱處理溫度為900°C 1000°C，熱處理4 12小時(shí)，并在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行成分均勻化，隨真空熱處理爐冷卻至20°C 40°C，取出，制得第二用料；第1-4步將第二用料在質(zhì)量百分比純度為99. 99%的氬氣保護(hù)下破碎制得粒徑為 10 300 μ m 的 TbxDyi_xFey 合金粉； 第二步配制TbxDyi_xFey混合料第2-1步制IOOg的TbxDyi_xFey混合料稱(chēng)取65 90g的TbxDyi_/ey合金粉、9 28g 的粘結(jié)劑、2 6g的固化劑、0. 05 Ig的過(guò)程控制劑；所述粘結(jié)劑選用北京博利得商貿(mào)有限公司生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂E44、環(huán)氧樹(shù)脂E51、環(huán)氧樹(shù)脂 6101 ；所述固化劑選用三乙烯四胺、孟烷二胺、間苯二胺； 所述過(guò)程控制劑選用甲醇、丙醇、正戊烷；第2-2步將TbxDyi_/ey混合料在丙酮溶液中混合均勻，并在溫度為30°C 50°C條件下攪拌除氣，攪拌直至丙酮全部揮發(fā)，制得第三用料； 第三步動(dòng)靜態(tài)磁場(chǎng)取向制TbxDyi_xFey磁致伸縮材料第3-1步將第三用料注入塑料模具中，模具兩端使用橡膠塞密封形成第一帶料模具； 然后將第一帶料模具安裝在電磁鐵中，且第一帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；橡膠塞對(duì)第三用料的壓力保持在0. 1 0. 5MPa ；第3-2步動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，第一帶料模具繞0點(diǎn)擺動(dòng)30 300秒后，靜止1 2小時(shí)，取出，制得第二帶料模具；第一帶料模具繞0點(diǎn)向上擺的縱向中心線與第一帶料模具繞0點(diǎn)向下擺的縱向中心線之間的夾角記為第一帶料模具擺動(dòng)角β，所述第一帶料模具擺動(dòng)角β為10° 90° ；第一帶料模具繞0點(diǎn)的擺動(dòng)頻率為0. 5Hz IOHz ；第3-3步將第二帶料模具放入40°C 80°C的水浴箱中形成第三帶料模具；然后將第三帶料模具安裝在電磁鐵中，且第三帶料模具的縱向中心線與磁場(chǎng)線平行安裝；第3-4步靜態(tài)磁場(chǎng)取向固化，在中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為6000 120000e的條件下，經(jīng)過(guò)2 4小時(shí)樹(shù)脂固化處理，取出，得到粘結(jié)TbxDyi_xFey磁致伸縮材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法，其特征在于制得的粘結(jié)TbxDyhFey磁致伸縮材料具有高度的<111>擇優(yōu)取向，同時(shí) TbxDy1^xFey磁致伸縮材料中的TbxDyi_xFey顆粒在樹(shù)脂基體中呈現(xiàn)沿取向磁場(chǎng)方向?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)排列，且每層TbxDyi_/ey顆粒呈鏈狀排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法，其特征在于制得的粘結(jié)TbxDyi_xFey巨磁致伸縮材料的電阻率為1.23Ω ·πι 8. 00 Ω · m。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法，其特征在于制得的粘結(jié)TbxDyi_/ey巨磁致伸縮材料在測(cè)試磁場(chǎng)為0 76000e，測(cè)試壓力為0 24MPa，最大磁致應(yīng)變?yōu)?600ppm 1900ppm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備具有層狀結(jié)構(gòu)高度<111>取向粘結(jié)巨磁致伸縮材料的方法，其特征在于制得的粘結(jié)TbxDyi_/ey巨磁致伸縮材料在高頻IX 10 下的渦流損耗值為 510W/m3 570W/m3。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有層狀結(jié)構(gòu)高度取向以及高電阻低損耗特性的粘結(jié)稀土巨磁致伸縮材料及其制備方法。通過(guò)調(diào)控合金的磁晶各向異性，設(shè)計(jì)合金成分為T(mén)bxDy1-xFey(0.4＜x≤1，1.9≤y≤1.95)。將粒徑尺寸為10～300μm的合金顆粒、粘結(jié)劑、固化劑和過(guò)程控制劑混合，然后在6000～12000Oe的磁場(chǎng)誘導(dǎo)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)取向，動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)頻率為0.5～10Hz；最后在靜態(tài)磁場(chǎng)下以及40℃～60℃水浴中固化成型，從而獲得具有層狀結(jié)構(gòu)、高度擇優(yōu)取向以及1900ppm的大磁致應(yīng)變的粘結(jié)稀土巨磁致伸縮材料。
文檔編號(hào)H01L41/20GK102569638SQ20121003428
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者孟皓, 張?zhí)禧? 蔣成保 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)