新型磁机复合材料的制备与物性研究

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热弹性马氏体相变是铁磁性形状记忆合金完成形状记忆过程的物理基础。铁磁性形状记忆合金中发生的马氏体相变是一种具有形核和长大过程的结构变化。在磁性形状记忆合金中,可能驱动马氏体相变的因素有应力、温度和磁场。马氏体相变过程伴随着结构、磁结构、输运性质等物性变化。在磁场诱导马氏体相变发生时,相应的磁电阻、磁感生应变、磁热效应等众多磁场诱导的物性变化发生。在应力作用下,同样的,诸如弹热效应等也会发生。由于磁性形状记忆合金具有如此许多的功能特性,因而在航天,医疗,军事等诸多领域拥有广阔的应用前景。通过复合巨磁致伸缩材料与磁性形状记忆合金,利用巨磁致伸缩材料在磁场下产生应变的效应,在不借助外加应力装置的情况下,将磁场和应力同时作用在磁性形状记忆合金,能够进一步有效调控磁性形状记忆合金的功能特性。在本论文工作中,我们利用等离子烧结方法,合成制备了一系列Mn48Co4Ni28Ga20,Mn48Co4Ni28Ga20/Tb0.27Dy0.73Fe1.9复合材料等离子烧结体。成功将应力引入到复合材料中,有效了改善了材料的马氏体相变温度、磁场诱导马氏体相变温区、马氏体结构、磁致伸缩等。围绕烧结温度、烧结压力及粉末颗粒度等对材料的结构、马氏体相变、磁致伸缩等物性的影响展开研究,主要成果如下:研究了不同的烧结条件对Mn48Co4Ni28Ga20合金的马氏体相变温度和磁场诱导马氏体相变的磁场强度和温区的影响,得到了最佳烧结条件:烧结温度700℃、烧结压力9 KN、粉末颗粒度120目。通过0~1 T不同磁场调控,马氏体相变能够在30~120K区间内发生。实现了低磁场(1T磁场以下)诱导马氏体相变发生并将磁场诱导马氏体相变效率提高到了约90 K/T,这是未烧结样品的40倍以上。研究了不同成分配比的Mn48Co4Ni28Ga20/Tb0.27Dy0.73Fe1.9和Mn48Co5.5Ni26.5Ga20/Tb0.27Dy0.73Fe1.9复合材料在不同烧结条件下的马氏体相变行为。我们发现其马氏相变温度受颗粒度影响较小。Mn48Co4Ni28Ga20与Tb0.27Dy0.73Fe1.9复合可以使Mn48Co4Ni28Ga20的马氏体结构发生改变。马氏体相变温度除了受烧结压力、烧结温度影响之外,前驱材料的配比也对马氏体相变温度产生强烈影响。研究了Mn48Co4Ni28Ga20/Tb0.27Dy0.73Fe1.9复合材料烧结体的磁致伸缩性能。发现烧结过程中施加的轴向应力能够残留在烧结体中,使得材料磁致伸缩性能呈现各向异性行为。复合材料中的Tb0.27Dy0.73Fe1.9含量对于材料的磁致伸缩至关重要,合适的Tb0.27Dy0.73Fe1.9含量能够提供恰当的应力作用于Mn48Co4Ni28Ga20马氏体变体上进而产生大的磁致伸缩。不同方向上的最大磁致伸缩发生在不同配比的Tb0.27Dy0.73Fe1.9/Mn48Co4Ni28Ga20材料中。在1T磁场下,我们分别在SJ2820-3-2、SJ2820-4-1、SJ2820-3-1样品中发现了最大160ppm(T-λ//),90ppm(T-λ?)和70ppm(T-λ?)的磁致伸缩。
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