磁致伸縮材料講稿

1、Logo磁致伸縮材料概述磁致伸縮材料應具有的特征磁致伸縮系數(shù)大，能將更多的磁能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動磁場小，能在較低的磁場下實現(xiàn)較大的磁致伸縮應變居里溫度較高，能廣泛應用于各種高溫環(huán)境材料成本較低，制備工藝簡單磁致伸縮材料的發(fā)展 磁致伸縮性能在1842年已被發(fā)現(xiàn)，直到1940年才得到初步應用。那是人們發(fā)現(xiàn)Ni和Co具有較大的磁致伸縮性。直到70年代一種新型的稀土超磁性伸縮功能材料發(fā)現(xiàn)以來，人們發(fā)現(xiàn)并運用的都是金屬材料，應用范圍受到很大限制。1973年人們發(fā)現(xiàn)Tb1-XDyXFe2這種新型材料，其磁致伸-縮系數(shù)比傳統(tǒng)材料的約大80倍，土超磁致伸縮材料主要是指稀土一鐵系金屬間化合物，這類材料的磁致伸縮值

2、達到15002000*10-6，比傳統(tǒng)材料的的磁致伸縮大約2個數(shù)量級，因此被稱為稀土超磁致伸縮材料。此后，各國都對稀土超磁致伸縮材料進行的大量的研究，采用各種不同制作工藝，不同的制作條件，制成了具有各種不同性質(zhì)的超磁致伸縮材料，取得了長足進展和一定成就。磁致伸縮材料的分類第一類：具有磁致伸縮效應的金屬和合金第二類：鐵氧體磁致伸縮材料第三類：稀土金屬化合物超磁致伸縮材料第四類：非磁性元素Ga與Fe制備的Fe-Ga合金磁性材料磁致伸縮來源效應1、自旋軌道耦合效應2、交換積分效應3、場致磁致伸縮效應4、形狀效應1、自旋軌道耦合效應磁致伸縮與自旋軌道耦合效應直接的關系可用圖一進行。橢圓線包圍著非球形分

3、布的電子，箭頭表示每個原子的凈磁矩。假定自旋軌道耦合效應很強，在溫度低于Tc時發(fā)生的自發(fā)磁化效應將使自旋旋轉(zhuǎn)，由于磁晶各向異性，電子云成為從左向右看去的特定取向，這將強迫核的間距拉開，然后。垂直方向加外磁場，自旋和電子云都旋轉(zhuǎn)90，出現(xiàn)磁致伸縮形變。這種效應是磁致伸縮的主要來源。圖一：磁致伸縮與自旋軌道耦合效應和之間的關系2、交換積分效應自發(fā)磁致伸縮是由交換力引起的，當磁體從順磁轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁狀態(tài)時，其交換能也發(fā)生變化，晶格的排列總是選擇一種能量最低的位置。從斯萊特曲線可以發(fā)現(xiàn)，交換積分越大其交換能越小，原子間的距離總是朝交換積分大的方向變化。假設有一個單疇的晶體，在居里溫度以上是球形的，由于系統(tǒng)

4、在變化的過程中總是力圖使交換能變小，所以當其自居里溫度以上冷卻下來，從順磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變到鐵磁狀態(tài)時，由于交換作用力使晶體自發(fā)磁化，同時，晶體也就改變了形狀，晶體的尺寸就增大了。圖二：斯萊特曲線3、場致磁致伸縮效應在鐵磁或亞磁體中，當溫度在居里溫度以下時 自發(fā)磁化在材料的內(nèi)部形成大量磁軸，假設疇的形狀在居里溫度以上是球形的，自動磁化后變?yōu)闄E球形，其磁化強度反向橢球的一個主軸。 當沒有外磁場時，磁疇的磁化是隨機的，外加磁場后，通過疇壁移動和磁疇轉(zhuǎn)動，最終大量磁軸的磁化方向?qū)A向平行于外場。如果疇內(nèi)的磁化強度方向是自發(fā)形變的長軸，則材料在外場方向?qū)⑸扉L，表現(xiàn)為正的磁致伸縮；如果磁化強度方向是自發(fā)形變的短

5、軸，則材料在外場方向?qū)⒖s短，表現(xiàn)為負的磁致伸縮。當磁場小于飽和磁化場時，樣品主要表現(xiàn)為線磁致伸縮，而體積幾乎不變；當磁場大于飽和磁化場時，樣品主要表現(xiàn)為體積磁致伸縮。圖三：場致磁致伸縮示意圖4、形狀效應形狀效應主要是為了降低退磁場能量，要求磁體的體積要縮小，而且在磁化方向要伸長以減少退磁因子，設一個球形的單疇樣品，想象其內(nèi)部沒有交換作用和自旋軌道的耦合作用，而只有退磁能，為了降低退磁能，在磁化方向要伸長以減小退磁因子N，這就是退磁效應，它對磁致伸縮的貢獻比前兩者要小。Fe-Ga合金的成分、相結(jié)構和性能 室溫下純Fe的磁致伸縮值只有： 100=20ppm，111=-16ppm 加入非磁性的元素G

6、a后，形成替代式固溶體，Ga原子在固溶體中的占位直接影響著合金的有序、無序程度，從而影響Fe-Ga合金的磁致伸縮性能，所以研究不同相結(jié)構與Fe-Ga合金的磁致伸縮性能之間的關系很有意義。圖四：Fe-Ga二元合金系相圖圖五：A2、B2、DO3和B2-like相晶體結(jié)構圖A2、B2和DO3相屬于體心立方結(jié)構，Ll2相為面心立方相，DO19相屬于六方晶系相。當Ga含量在036at%范圍，在1037以上為A2單相固溶體，在低Ga范圍內(nèi)以-Fe結(jié)構固溶體的形式存在，穩(wěn)定態(tài)為無序的A2和有序的B2、DO3相。T.A.Lograsso等在對無序結(jié)構如何提高磁應變方面進行了相關探討，他們用X射線對淬火態(tài)單晶進行（100）和（111）面掃射時觀測觀測到在2=44處有明顯衍射峰，該峰與無序bcc相、有序DO3、Ll2相均沒有對應關系。他們認為是合金中出現(xiàn)了新的四方相，該相有類似DO3晶體結(jié)構，又區(qū)別于DO3結(jié)構，稱為modified-DO3結(jié)構（也稱B2-like結(jié)構），其內(nèi)部有沿【100】方向排列的G