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含轻稀土超磁致伸缩材料的合成及物性研究

2020-11-23阅读(1011)

含轻稀土超磁致伸缩材料的合成及物性研究

论文摘要

本文详细研究了含轻稀土Pr和Ce的Laves相化合物的合成,磁性质以及磁致伸缩特性,并采用环氧树脂和低熔点金属作为粘结剂制备Terfenol-D棒材,对其制备工艺及性能进行了探讨。对PrxTb1-xFe1.9和PrxTb1-xFe1.9B0.22及PrxTb1-x(Fe0.6Co0.4)1.9系列合金磁致伸缩性能的研究,从实验上证实了Pr离子具有与Tb离子相当的磁致伸缩性能,证实了单离子理论推断的正确性。合成的Pr0.2Tb0.8(Fe0.6Co0.4)1.9合金的磁致伸缩在外磁场为900kA/m时可达到了1765ppm。通过引入B作为间隙原子及用原子半径大于Fe的Co元素部分替代Fe使PrxTb1-xFe1.9合金中Pr的合成浓度由0.2提高到0.4。合成的Pr0.15Tb0.3Dy0.55Fe1.9合金当外加磁场为1200kA/m时,磁致伸缩可达到1900ppm,较Tb0.27Dy0.73Fe2的磁致伸缩提高了约300ppm。对Pr0.15Tb0.3Dy0.55Fe1.9合金中Fe位的替代研究发现, Mn和B的替代增强了合金的磁致伸缩性能,特别是Pr0.15Tb0.3Dy0.55Fe1.8Mn0.1合金具有良好的低场磁致伸缩性能,在4MPa的压应力下磁场强度3kOe时可获得1100ppm的磁致伸缩值,具有很好的应用前景。在含轻稀土Ce的合金中合成了Pr含量高达0.5的Laves单相样品,表明Ce具有较强的键合能力,对于高Pr含量合金的合成具有重要的作用。在Prx（Ce,Tb）1-xFe1.9系列合金中观察到了Ce的价态波动,磁性测量表明合金的饱和磁化强度和磁致伸缩随Ce含量的变化出现了反常的变化,可能是材料的磁结构发生了改变。通过研究粘结剂的含量、成型压力等对粘结体密度、电阻率及磁致伸缩等性能的影响,确定了以环氧树脂和低熔点金属作为粘结剂制备Terfenol-D棒材的最佳工艺。以环氧树脂作为粘接剂时最佳制备工艺为:成型压力为80-114MPa,胶与合金粉末的质量比为4:100,得到的Terfenol-D粘结棒的磁致伸缩为800ppm。以Sn作为粘结剂时最佳制备工艺为:Sn与磁粉的体积比10:100,成型压力1.0GPa,在快速退火炉中250°C下保温150秒,得到的Terfenol-D粘结棒的磁致伸缩为550ppm。其中环氧树脂作为粘结剂制备的Terfenol-D粘结棒电阻率较合金材料提高了近4个量级,大大提高了材料的使用频率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 磁致伸缩的起源
  • 1.2 磁致伸缩材料的研究进展
  • 1.2.1 磁致伸缩材料的研究历史
  • 1.2.2 磁致伸缩材料的研究现状
  • 1.2.2.1 实验研究
  • 1.2.2.2 理论研究
  • 1.2.3 磁致伸缩器件的设计与应用
  • 1.3 本文工作的目的、意义及主要内容
  • 参考文献
  • 第二章 磁致伸缩材料的制备工艺与测试技术
  • 2.1 磁致伸缩材料的制备
  • 2.1.1 多晶样品的制备
  • 2.1.2 取向样品的制备
  • 2.1.3 粘接样品的制备
  • 2.1.3.1 环氧树脂作为粘接剂制备磁致伸缩棒材的工艺
  • 2.1.3.2 低熔点金属作为粘接剂制备磁致伸缩棒材的工艺
  • 2.2 分析测试方法
  • 2.2.1 X 射线分析
  • 2.2.2 振动样品磁强计
  • 2.2.3 磁致伸缩的测量
  • 2.2.3.1 电阻应变计法
  • 2.2.3.2 内禀磁致伸缩的测量方法
  • 参考文献
  • 第三章 高 Pr 含量 Laves 相合金的合成、磁性及磁致伸缩研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验结果及讨论
  • xTb1-xFe1.9 系列合金的合成、磁性及磁致伸缩'>3.2.1 PrxTb1-xFe1.9系列合金的合成、磁性及磁致伸缩
  • xTb1-xFe1.9 Bx 系列合金的合成、磁性与磁致伸缩'>3.2.2 PrxTb1-xFe1.9 Bx 系列合金的合成、磁性与磁致伸缩
  • xTb1-x(Fe0.6Co0.4)1.9系列合金的合成、磁性及磁致伸缩'>3.2.3 PrxTb1-x(Fe0.6Co0.4)1.9系列合金的合成、磁性及磁致伸缩
  • 3.3 小结
  • 参考文献
  • 1.9合金的结构、磁性及磁致伸缩性能'>第四章 （Pr,Tb,Dy）（Fe,T）1.9合金的结构、磁性及磁致伸缩性能
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验结果与讨论
  • 0.15TbxDy0.85-xFe1.9 系列合金.'>4.2.1 Pr0.15TbxDy0.85-xFe1.9系列合金.
  • 0.15TbxDy0.85-xFe1.9-xTx 系列合金'>4.2.2 Pr0.15TbxDy0.85-xFe1.9-xTx系列合金
  • 4.2.2.1 磁性原子Mn，Ni 的替代
  • 4.2.2.2 非磁性原子B，Si 的替代
  • 0.15TbxDy0.85-xFe1.9Cx 系列合金'>4.2.3 Pr0.15TbxDy0.85-xFe1.9Cx系列合金
  • 4.3 小结
  • 参考文献
  • 第五章 含 Ce 的 Laves 相合金的合成、磁性及磁致伸缩研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验结果及讨论
  • 5.2.1 Ce 对含Pr 的Laves 相化合物合成的影响
  • x（Ce, Tb）1-xFe1.9系列合金的磁性及磁致伸缩'>5.2.2 Prx（Ce, Tb）1-xFe1.9系列合金的磁性及磁致伸缩
  • 5.3 小结
  • 参考文献
  • 第六章 磁致伸缩棒材的制备及性能研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验结果与讨论
  • 6.2.1 粘接Terfenol-D 棒材制备工艺及性能研究
  • 6.2.1.1 环氧树脂作为粘接剂的制备工艺及磁致伸缩性能
  • 6.2.1.2 低熔点金属作为粘接剂的制备工艺及磁致伸缩性能
  • 6.2.2 取向磁致伸缩棒材的制备
  • 6.3 小结
  • 参考文献
  • 第七章 结论
  • 致谢
  • 攻读博士学位期间所取得的相关科研成果

    • 相关论文文献

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