樹脂基稀土超磁致伸縮復(fù)合材料的磁特性研究

1、樹脂基稀土超磁致伸縮復(fù)合材料的磁特性研究    摘  要 稀土超磁致伸縮材料（Giant magnetostrictive materials, GMM）展示了許多優(yōu)點(diǎn), 如室溫磁致伸縮量大；機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高；輸出應(yīng)力大；機(jī)械響應(yīng)速度快；磁致伸縮變形的線性范圍大；居里溫度高；能量密度高；驅(qū)動(dòng)電壓低，只需幾伏電壓驅(qū)動(dòng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此成為科技工作者的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，GMM得到飛躍發(fā)展，性能不斷提高，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，應(yīng)用器件不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。但是GMM仍不可避免的存在某些不足，如高頻性能差，抗拉強(qiáng)度低，機(jī)械加工困難，制造成本較高等。特別是因?yàn)楹辖鸬碾娮杪?/p>

2、偏低，在高頻磁場(chǎng)下工作會(huì)產(chǎn)生很大的渦流效應(yīng)，從而大大限制了其在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了提高材料的高頻磁性能，本論文旨在：（1）采用粉末粘結(jié)壓縮成型工藝制備出高性能的超磁致伸縮復(fù)合材料（Giant magnetostrictive Powder Composite，GMPC）；（2）研究合金粉末與絕緣樹脂的配比等因素對(duì)磁致伸縮性能的影響規(guī)律，探討制備高性能GMPC的最佳配方。實(shí)驗(yàn)采用D8-ADVANCE型X射線衍射儀進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)及物相分析，用JSM-5610LV型掃描電鏡觀察樣品組織及顆粒表面形貌，用4×B型（雙目）金相顯微鏡觀察試樣的金相顯微組織，采用OMEC SCF-106型激光粒度

3、分析儀測(cè)試粉體的粒度，采用TG328A型分析天平測(cè)量合金和復(fù)合材料的密度，用Aglient4294A型動(dòng)態(tài)阻抗分析儀測(cè)量GMPC的動(dòng)態(tài)電阻率，采用直流電橋電阻應(yīng)變片法測(cè)量樣品的磁致伸縮系數(shù)。實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：（1）采用粉末粘結(jié)-壓縮成型工藝制備出較高性能的GMPC，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為400kA/m時(shí)，復(fù)合材料的磁致伸縮量最高達(dá)558ppm，與原稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮量（磁場(chǎng)強(qiáng)度為400kA/m時(shí)，m為709.11ppm）相比，m僅降低了22%；（2）在其他工藝條件相同的情況下，隨著合金含量的增加，超磁致伸縮復(fù)合材料的磁致伸縮量同步增加，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為400kA/m時(shí)，樹脂與合金粉末的體積比為7：

4、3時(shí)，復(fù)合材料的磁致伸縮量最低，為54.08ppm，樹脂與合金粉末的體積比為1：9時(shí)，復(fù)合材料具有最佳的磁致伸縮性能，磁致伸縮量高達(dá)558ppm；（3）在所有樣品中，最初隨著樹脂含量的增加復(fù)合材料的密度隨之增加，當(dāng)粘結(jié)劑與磁粉的體積比為3：7時(shí)，樣品的密度達(dá)最大值，為6.25 g/cm3；此后，隨著樹脂含量的增加，樣品的密度則明顯減小，當(dāng)樹脂與合金粉末的體積比為7：3時(shí)，樣品的密度達(dá)最小值，為3.06 g/cm3；（4）合金粉末含量最大時(shí)，樣品的動(dòng)態(tài)（5Hz25kHz）電阻率均大于5.24×103·m。與Terfenol-D的電阻率為53.16×10-6·

5、;cm相比，GMPC的電阻率得到大大的提升了9個(gè)數(shù)量級(jí)。 關(guān)鍵詞：稀土；磁致伸縮；復(fù)合材料；粘結(jié)劑所占的比例；電阻率；高頻 目    錄 引言11  緒論 31.1 磁致伸縮效應(yīng)原理 31.2 鐵磁材料的三大效應(yīng) 41.3 稀土超磁致伸縮材料優(yōu)缺點(diǎn)41.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 51.5 GMM的制備方法概述61.6 GMPC的制備方法81.7 本論文研究的目的和內(nèi)容 82  實(shí)驗(yàn)方法與步驟 92.1 GMM合金的制備92.2 GMPC制備前的準(zhǔn)備工作102.2.1Terfenol-D合金破碎工藝的選取102.2.2成型以及模具介紹102.2.3樹脂

6、粘結(jié)劑主要成分的選擇122.2.4Terfenol-D顆粒尺寸的確定 142.3 GMPC的制備142.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法152.4.1物相分析X射線衍射法152.4.2形貌分析掃描電鏡172.4.3磁致伸縮系數(shù)()的測(cè)量 172.4.4合金及粘結(jié)劑密度的測(cè)量192.4.5其它性能測(cè)試193  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論203.1 樹脂含量對(duì)磁致伸縮性能的影響203.2 粒度分析243.3 樹脂含量對(duì)樣品密度的影響253.4 GMPC金相分析263.5 稀土超磁致伸縮復(fù)合材料的電阻率274  展望285  結(jié)論28謝辭 29參考文獻(xiàn)302.2.1Terfenol-D合金破碎工藝

7、的選取102.2.2成型以及模具介紹102.2.3樹脂粘結(jié)劑主要成分的選擇122.2.4Terfenol-D顆粒尺寸的確定 142.3 GMPC的制備142.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法152.4.1物相分析X射線衍射法152.4.2形貌分析掃描電鏡172.4.3磁致伸縮系數(shù)()的測(cè)量 172.4.4合金及粘結(jié)劑密度的測(cè)量192.4.5其它性能測(cè)試193  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論203.1 樹脂含量對(duì)磁致伸縮性能的影響203.2 粒度分析243.3 樹脂含量對(duì)樣品密度的影響253.4 GMPC金相分析263.5 稀土超磁致伸縮復(fù)合材料的電阻率274  展望285  結(jié)論28謝辭 29參考文獻(xiàn)302.2.1Terfenol-D合金破碎工藝的選取102.2.2成型以及模具介紹102.2.3樹脂粘結(jié)劑主要成分的選擇122.2.4Terfenol-D顆粒尺寸的確定 142.3 GMPC的制備142.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法152.4.1物相分析X射線衍射法152.4.2形貌分析掃描電鏡172.4.3磁致伸縮系數(shù)()的測(cè)量 172.4.4合金及粘結(jié)劑密度的測(cè)量192.4.5其它性能測(cè)試193  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討