烧结稀土超磁致伸缩材料的制备与性能研究

摘要

稀土超磁致伸缩材料是一种重要的功能材料，由于稀土超磁致伸缩材料属于金属间化合物，材料的脆性大，难于加工成形；并且定向凝固制造的稀土超磁致伸缩材料性能的一致性和均匀性不高。为了把稀土超磁致伸缩材料制成各种形状，提高材料性能的一致性和均匀性，本文选取了烧结稀土超磁致伸缩材料的制备与性能研究作为研究课题。 粉末烧结制造稀土超磁致伸缩材料具有能够把材料制成复杂形状、性能的一致性和均匀性高和适合工业化批量生产的优点。并且合金制造方法简单；适当提高Tb与Dy的比例和磁场取向都能够提高烧结材料的取向程度；采用富稀土成分可以提高烧结材料的强度。 当x=1.85时，Tb0.30Dy0.70Fex(1.70＜x＜2.1)烧结样品的磁致伸缩性能较高；当x/y=0.32/0.68，TbxDyyFe1.80烧结样品的磁致伸缩系数较高。定向铸造TbDyFe合金中形成了平行于热流方向的柱状晶，柱状晶为REFe2相，柱状晶之间是富稀土相。TbDyFe合金破碎后球磨制取的粉末为不规则形状，粉末粒度分布近似于正态分布；球磨时间越长，粉末平均粒径也越小。随着粉末粒度增大，样品的磁致伸缩性能和密度都先增加，然后下降；并且当粒度为小于0.147mm时，样品的磁致伸缩性能和密度都最大。 在磁场取向过程中，磁畴和粉末颗粒转动的主要驱动力是磁晶各向异性能。Tb0.30Dy0.70Fe1.80合金粉末磁场取向后，磁场对[111]晶向的取向作用最大，取向度F=40.56％，并且磁场取向能够提高烧结样品的磁致伸缩性能。当Tb/Dy=0.32/0.68时，磁场取向的效果较好，相应烧结样品的磁致伸缩性能也较好。对合金粉末进行垂直磁场压制成型，加入适量的汽油不但有利于粉末压制成型，而且还可以减少粉末和压坯的氧化。增大等静压制压力和等静压制保压时间都有利于提高烧结样品的磁致伸缩性能和密度。 压坯在氩气中于1180℃烧结2小时后，烧结体的强度提高很大，断裂沿着解理面进行，说明烧结过程已经基本完成。随着烧结温度升高，烧结样品磁致伸缩性能先增加，然后降低，在1200℃烧结的样品磁致伸缩系数较大。氩气比较适合作为工业化批量制造烧结稀土超磁致伸缩材料的烧结气氛。在850℃对烧结样品热处理24小时后，样品的磁致伸缩性能增加不明显。 工艺参数优化，成分为Tb0.32Dy0.68Fe1.85，粒度≤0.117mm的粉末经磁场取向后压制成型，在1200℃烧结2小时，再在850℃热处理24小时。当磁场强度为1kOe，预应力为4.0Mpa时，样品的磁致伸缩系数达到885ppm；当磁场强度为3kOe，预应力为8.0MPa时，样品的磁致伸缩系数达到1613ppm，并且磁致伸缩性能还未饱和，这一性能为目前报道的烧结稀土超磁致伸缩材料的最高性能。 速凝成晶制造的Tb0.30Dy0.70Fe1.80合金薄带的微观组织以柱状晶为主，柱状晶的含量大于90％，冷却面的底部存在少量的极细晶粒。粒度≤0.061mm的速凝成晶Tb0.30Dy0.70Fe1.80合金粉末，磁场取向后，磁场对[222]晶向的取向效果最好，取向度F=38.54％。磁场取向和热处理速凝成晶合金薄带都能够提高烧结材料的磁致伸缩性能。

目录

文摘

英文文摘

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引言

1绪论

2工艺流程与测试

3定向铸造-粉末烧结制造稀土磁致伸缩材料

4速凝成晶-粉末烧结制造磁致伸缩材料

结论

参考文献

在学研究成果

致谢