磁致伸缩材料讲稿复习过程.ppt

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1、磁致伸缩材料讲稿磁致伸缩材料的发展磁致伸缩性能在1842年已被发现，直到1940年才得到初步应用。那是人们发现Ni和Co具有较大的磁致伸缩性。直到70年代一种新型的稀土超磁性伸缩功能材料发现以来，人们发现并运用的都是金属材料，应用范围受到很大限制。1973年人们发现Tb1-XDyXFe2这种新型材料，其磁致伸-缩系数比传统材料的约大80倍，土超磁致伸缩材料主要是指稀土一铁系金属间化合物，这类材料的磁致伸缩值达到1500—2000*10-6，比传统材料的的磁致伸缩大约2个数量级，因此被称为稀土超磁

2、致伸缩材料。此后，各国都对稀土超磁致伸缩材料进行的大量的研究，采用各种不同制作工艺，不同的制作条件，制成了具有各种不同性质的超磁致伸缩材料，取得了长足进展和一定成就。磁致伸缩材料的分类第一类：具有磁致伸缩效应的金属和合金第二类：铁氧体磁致伸缩材料第三类：稀土金属化合物超磁致伸缩材料第四类：非磁性元素Ga与Fe制备的Fe-Ga合金磁性材料磁致伸缩来源效应1、自旋——轨道耦合效应2、交换积分效应3、场致磁致伸缩效应4、形状效应1、自旋——轨道耦合效应磁致伸缩与自旋——轨道耦合效应直接的关系可用图一进

3、行。椭圆线包围着非球形分布的电子，箭头表示每个原子的净磁矩。假定自旋轨道耦合效应很强，在温度低于Tc时发生的自发磁化效应将使自旋旋转，由于磁晶各向异性，电子云成为从左向右看去的特定取向，这将强迫核的间距拉开，然后。垂直方向加外磁场，自旋和电子云都旋转90°，出现磁致伸缩形变。这种效应是磁致伸缩的主要来源。图一：磁致伸缩与自旋—轨道耦合效应和之间的关系2、交换积分效应自发磁致伸缩是由交换力引起的，当磁体从顺磁转变为铁磁状态时，其交换能也发生变化，晶格的排列总是选择一种能量最低的位置。从斯莱特曲线

4、可以发现，交换积分越大其交换能越小，原子间的距离总是朝交换积分大的方向变化。假设有一个单畴的晶体，在居里温度以上是球形的，由于系统在变化的过程中总是力图使交换能变小，所以当其自居里温度以上冷却下来，从顺磁状态转变到铁磁状态时，由于交换作用力使晶体自发磁化，同时，晶体也就改变了形状，晶体的尺寸就增大了。图二：斯莱特曲线3、场致磁致伸缩效应在铁磁或亚磁体中，当温度在居里温度以下时自发磁化在材料的内部形成大量磁轴，假设畴的形状在居里温度以上是球形的，自动磁化后变为椭球形，其磁化强度反向椭球的一个主轴。

5、当没有外磁场时，磁畴的磁化是随机的，外加磁场后，通过畴壁移动和磁畴转动，最终大量磁轴的磁化方向将倾向平行于外场。如果畴内的磁化强度方向是自发形变的长轴，则材料在外场方向将伸长，表现为正的磁致伸缩；如果磁化强度方向是自发形变的短轴，则材料在外场方向将缩短，表现为负的磁致伸缩。当磁场小于饱和磁化场时，样品主要表现为线磁致伸缩，而体积几乎不变；当磁场大于饱和磁化场时，样品主要表现为体积磁致伸缩。图三：场致磁致伸缩示意图4、形状效应形状效应主要是为了降低退磁场能量，要求磁体的体积要缩小，而且在磁化方向要

6、伸长以减少退磁因子，设一个球形的单畴样品，想象其内部没有交换作用和自旋—轨道的耦合作用，而只有退磁能，为了降低退磁能，在磁化方向要伸长以减小退磁因子N，这就是退磁效应，它对磁致伸缩的贡献比前两者要小。Fe-Ga合金的成分、相结构和性能室温下纯Fe的磁致伸缩值只有：ƛ100=20ppm，ƛ111=-16ppm加入非磁性的元素Ga后，形成替代式固溶体，Ga原子在固溶体中的占位直接影响着合金的有序、无序程度，从而影响Fe-Ga合金的磁致伸缩性能，所以研究不同相结构与Fe-Ga合金的磁致伸缩性能之间的关

7、系很有意义。图四：Fe-Ga二元合金系相图图五：A2、B2、DO3和B2-like相晶体结构图A2、B2和DO3相属于体心立方结构，Ll2相为面心立方相，DO19相属于六方晶系相。当Ga含量在0~36at%范围，在1037℃以上为A2单相固溶体，在低Ga范围内以α-Fe结构固溶体的形式存在，稳定态为无序的A2和有序的B2、DO3相。T.A.Lograsso等在对无序结构如何提高磁应变方面进行了相关探讨，他们用X射线对淬火态单晶进行（100）和（111）面扫射时观测观测到在2θ=44°处有明显衍射

8、峰，该峰与无序bcc相、有序DO3、Ll2相均没有对应关系。他们认为是合金中出现了新的四方相，该相有类似DO3晶体结构，又区别于DO3结构，称为modified-DO3结构（也称B2-like结构），其内部有沿【100】方向排列的Ga-Ga原子对。他们认为，这种结构是在淬火时从无序bcc相中通过马氏体转变形成的，该相降低了剪切，模量，因而提高了磁致伸缩性能。除了Modified-DO3相外，其余的各相都可以在不同的热处理条件下获得。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得