磁致伸缩材料讲稿.ppt

1、标志，磁致伸缩材料概述，磁致伸缩材料的特点是磁致伸缩系数大，可将更多的磁能转化为机械能，驱动磁场小，居里温度高，在各种高温环境下应用广泛，材料成本低，制备工艺简单，磁致伸缩材料的发展，其磁致伸缩性能是在1842年发现的，直到1940年才得到初步应用。这时人们发现镍和钴具有很大的磁致伸缩性。直到20世纪70年代新型稀土超磁致伸缩功能材料的发现，人们才发现并使用了金属材料，其应用范围受到了极大的限制。1973年，人们发现一种新材料Tb1-XDyXFe2的磁致伸缩系数比传统材料高80倍左右。稀土超磁致伸缩材料主要指稀土-铁金属间化合物，其磁致伸缩值达到15002000*10-6，比传统材料高约两个数

2、量级，因此被称为稀土超磁致伸缩材料。此后，各国对稀土超磁致伸缩材料进行了大量的研究，采用不同的制造工艺和不同的制造条件制造出了不同性能的超磁致伸缩材料，并取得了很大的进展和一定的成果。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：由非磁性元素Ga和Fe制备的铁镓合金，磁致伸缩源效应的磁性材料，1。自旋轨道耦合效应2，交换积分效应3，场磁致伸缩效应4，形状效应1。自旋轨道耦合效应、磁致伸缩和椭圆线围绕着电子的非球形分布，箭头表示每个原子的净磁矩。假设自旋轨道耦合效应很强，当温度低于Tc时，自发磁化效应将使自旋旋

3、转。由于磁晶各向异性，当从左向右看时，电子云变成特定的方向，这将迫使原子核之间的距离变宽。当外部磁场施加到垂直方向时，自旋和电子云都旋转90，导致磁致伸缩变形。这种效应是磁致伸缩的主要来源。图1:磁致伸缩和自旋轨道耦合效应之间的关系，2。交换积分效应。自发磁致伸缩是由交换力引起的。当磁体从顺磁状态变为铁磁状态时，其交换能量也发生变化，晶格排列总是选择能量最低的位置。从斯莱特曲线可以发现，交换积分越大，交换能量越小，原子间的距离总是朝着交换积分越大的方向变化。假设在居里温度以上有一个球形的单畴晶体。由于系统在变化过程中总是试图使交换能变小，当它冷却到居里温度以上，从顺磁状态变为铁磁状态时，晶体由

4、于交换力而自发磁化，同时晶体的形状发生变化，晶体的尺寸增大。图2:斯莱特曲线，3。场致磁致伸缩效应在铁磁或亚磁体中，当温度低于居里温度时，自发磁化在材料中形成大量磁轴。假设磁畴的形状在居里温度以上为球形，自动磁化后变成椭球形，其磁化方向与椭球的一个主轴相反。当没有外部磁场时，磁畴的磁化是随机的。在施加外部磁场之后，通过磁畴壁移动和磁畴旋转，大量磁轴的磁化方向将趋向于平行于外部磁场。如果磁畴中的磁化方向是自发变形的长轴，则材料将在外场方向伸长并显示正磁致伸缩；如果磁化方向是自发变形的短轴，材料将在外场方向缩短，表现出负磁致伸缩。当磁场小于饱和磁化场时，样品主要表现为线性磁致伸缩，而体积图3:场致

5、磁致伸缩示意图，4。形状效应(Shape effect)主要是降低退磁磁场能量，要求磁体的体积在磁化方向上减小和拉长，以降低退磁因子。设置一个球形单畴样品，想象在其中没有交换和自旋轨道耦合，只有退磁能量。为了减少退磁能量，应该在磁化方向上拉长以减少退磁因子N，这就是退磁效应。室温下，纯铁的磁致伸缩值仅为100=20ppm，111=-16ppm，加入非磁性元素Ga后，形成一种替代固溶体，固溶体中Ga原子的占有直接影响合金的有序和无序，从而影响铁镓合金的磁致伸缩性能。因此，研究了铁镓合金不同相结构与磁致伸缩性能之间的关系。图4:铁镓二元合金体系相图，图5:A2、B2、DO3和B2相的晶体结构图。A2、B2和DO3属于体心立方结构，Ll2属于面心立方相，DO19属于六方系相。当镓含量在0.36原子%范围内时，它是高于1.037的A2单相固溶体，在低镓范围内以-铁结构固溶体的形式存在。稳定状态是无序的A2和有序的B2和DO3相。洛格拉索等人讨论了无序结构如何改善磁应变。他们观察到当用x射线在(100)和(111)平面扫描猝灭的单晶时，在2=44处有明显的衍射峰，这与无序的bcc相、有序的DO3相和Ll2相没有对应关系。他们认为合金中存在一种新的四方相，类似于DO3晶体结构，不同于DO3结构，称为改性-DO3结构(也称为类B2结构)，并且存在沿100方向