《高度<111>取向的高性能粉末粘結巨磁致伸縮材料研究》是依託北京航空航天大學，由張天麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高度<111>取向的高性能粉末粘結巨磁致伸縮材料研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張天麗
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
巨磁致伸縮材料在航空航天、海洋探測等領域中具有重要套用前景，因其取向晶體在上千赫茲以上工作時產生嚴重渦流損耗，限制了在高頻段的套用，而粉末粘結材料將會有效拓寬其頻帶。理論研究表明，巨磁致伸縮材料具有強烈的磁致伸縮各向異性，λ111 λ100，但是，受粉末多晶和小磁晶各向異性的制約，此前，國際上尚沒有製備出其<111>取向粉體粘結材料。.我們前期研究發現，氫化後巨磁致伸縮合金出現由穿晶斷裂向沿晶斷裂方式的轉變趨勢，具備形成單晶粉體的可能。本課題擬通過瞬時氫處理，在巨磁致伸縮材料晶界處形成數個原子層的氫化物，增大界面脆性，破碎後獲得完全沿晶斷裂的單晶粉末。結合前期對其磁晶各向異性規律的研究，抑制磁場下在樹脂中固化時材料內電子重取向磁化過程，實現顆粒整體轉動，使顆粒的<111>易磁化方向一致轉向外磁場方向，從而製備出兼有大磁致應變和寬頻響特性的高度<111>取向的高性能粉末粘結巨磁致伸縮材料。
結題摘要
粘結TbDyFe巨磁致伸縮材料因其具有大磁致應變、高頻率下套用時低的渦流損耗以及良好的力學性能有望成為新型的巨磁致伸縮材料。然而其磁致伸縮性能相比於商用的TbDyFe合金仍有較大差距。獲得具有高度<111>取向的粘結複合材料有望提高其磁致伸縮。本研究以TbDyFe/環氧樹脂複合材料為研究對象，系統研究了TbDyFe母合金成分、顆粒尺寸、顆粒體積分數、取向磁場強度、磁場施加方式等對高度<111>取向以及顆粒分布的影響規律，並研究了複合材料的高頻損耗機理。TbDyFe合金的斷裂方式主要取決於斷裂時施加的應力與合金生長方向的關係，而與合金中Fe含量關係不大。金相分析表明TbDyFe合金的晶粒尺寸大於300 μm。基於小於晶粒尺寸的TbDyFe顆粒可以通過磁場取向的方法獲得比較高的<111>取向，獲得近似的TbDyFe單晶顆粒。研究表明，最優的取向磁場強度為8000 Oe，此時材料的x射線衍射圖顯示的三強峰分別為（111），（222），（333）。隨著Tb含量的增加，TbxDy1-xFe1.95合金顆粒的取向度由補償成分x=0.27的15.8%增加到x=0.5時的89.3%。高於x=0.5成分，顆粒將保持高度<111>取向。提出了基於黏性流體力學的動態磁場誘發控制顆粒分布的方法，獲得了具有高度<111>取向以及顆粒層狀分布的高性能TbDyFe/環氧樹脂複合材料。在14000 Oe，21 MPa的預壓力下，複合材料的磁致伸縮性能達到1900×10-6。其相比於之前所報導的最優性能1390×10-6具有顯著提高。發展了具有顆粒、樹脂兩相流體系統在動態磁場誘發條件下的動量方程，系統研究了其對層狀結構的影響規律，計算了TbDyFe顆粒在環氧樹脂基體中的運動情況，證實了在磁場誘發條件下的動態取向是獲得顆粒層狀結構的關鍵因素。隨著頻率的增加，TbDyFe複合材料的動態磁滯回線形狀基本為直線，損耗值僅是TbDyFe合金的3.7%。闡明了磁致伸縮材料的損耗機制，即TbDyFe複合材料的損耗以磁滯損耗為主，TbDyFe合金的損耗以渦流損耗占主導。測試結果表明，粘結巨磁致伸縮材料的截止頻率為6800 kHz，比TbDyFe合金高3個數量級。
