树脂基稀土超磁致伸缩复合材料的磁特性研究

1、树脂基稀土超磁致伸缩复合材料的磁特性研究    摘  要 稀土超磁致伸缩材料（Giant magnetostrictive materials, GMM）展示了许多优点, 如室温磁致伸缩量大；机电转换效率高；输出应力大；机械响应速度快；磁致伸缩变形的线性范围大；居里温度高；能量密度高；驱动电压低，只需几伏电压驱动等众多优点，因此成为科技工作者的研究热点。近年来，GMM得到飞跃发展，性能不断提高，应用不断扩大，应用器件不断被开发出来。但是GMM仍不可避免的存在某些不足，如高频性能差，抗拉强度低，机械加工困难，制造成本较高等。特别是因为合金的电阻率

2、偏低，在高频磁场下工作会产生很大的涡流效应，从而大大限制了其在高频领域中的应用。为了提高材料的高频磁性能，本论文旨在：（1）采用粉末粘结压缩成型工艺制备出高性能的超磁致伸缩复合材料（Giant magnetostrictive Powder Composite，GMPC）；（2）研究合金粉末与绝缘树脂的配比等因素对磁致伸缩性能的影响规律，探讨制备高性能GMPC的最佳配方。实验采用D8-ADVANCE型X射线衍射仪进行材料结构及物相分析，用JSM-5610LV型扫描电镜观察样品组织及颗粒表面形貌，用4×B型（双目）金相显微镜观察试样的金相显微组织，采用OMEC SCF-106型激光粒度

3、分析仪测试粉体的粒度，采用TG328A型分析天平测量合金和复合材料的密度，用Aglient4294A型动态阻抗分析仪测量GMPC的动态电阻率，采用直流电桥电阻应变片法测量样品的磁致伸缩系数。实验得到如下结论：（1）采用粉末粘结-压缩成型工艺制备出较高性能的GMPC，当磁场强度为400kA/m时，复合材料的磁致伸缩量最高达558ppm，与原稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩量（磁场强度为400kA/m时，m为709.11ppm）相比，m仅降低了22%；（2）在其他工艺条件相同的情况下，随着合金含量的增加，超磁致伸缩复合材料的磁致伸缩量同步增加，当磁场强度为400kA/m时，树脂与合金粉末的体积比为7：

4、3时，复合材料的磁致伸缩量最低，为54.08ppm，树脂与合金粉末的体积比为1：9时，复合材料具有最佳的磁致伸缩性能，磁致伸缩量高达558ppm；（3）在所有样品中，最初随着树脂含量的增加复合材料的密度随之增加，当粘结剂与磁粉的体积比为3：7时，样品的密度达最大值，为6.25 g/cm3；此后，随着树脂含量的增加，样品的密度则明显减小，当树脂与合金粉末的体积比为7：3时，样品的密度达最小值，为3.06 g/cm3；（4）合金粉末含量最大时，样品的动态（5Hz25kHz）电阻率均大于5.24×103·m。与Terfenol-D的电阻率为53.16×10-6·

5、;cm相比，GMPC的电阻率得到大大的提升了9个数量级。 关键词：稀土；磁致伸缩；复合材料；粘结剂所占的比例；电阻率；高频 目    录 引言11  绪论 31.1 磁致伸缩效应原理 31.2 铁磁材料的三大效应 41.3 稀土超磁致伸缩材料优缺点41.4 国内外研究现状 51.5 GMM的制备方法概述61.6 GMPC的制备方法81.7 本论文研究的目的和内容 82  实验方法与步骤 92.1 GMM合金的制备92.2 GMPC制备前的准备工作102.2.1Terfenol-D合金破碎工艺的选取102.2.2成型以及模具介绍102.2.3树脂

6、粘结剂主要成分的选择122.2.4Terfenol-D颗粒尺寸的确定 142.3 GMPC的制备142.4 实验测试方法152.4.1物相分析X射线衍射法152.4.2形貌分析扫描电镜172.4.3磁致伸缩系数()的测量 172.4.4合金及粘结剂密度的测量192.4.5其它性能测试193  实验结果与讨论203.1 树脂含量对磁致伸缩性能的影响203.2 粒度分析243.3 树脂含量对样品密度的影响253.4 GMPC金相分析263.5 稀土超磁致伸缩复合材料的电阻率274  展望285  结论28谢辞 29参考文献302.2.1Terfenol-D合金破碎工艺

7、的选取102.2.2成型以及模具介绍102.2.3树脂粘结剂主要成分的选择122.2.4Terfenol-D颗粒尺寸的确定 142.3 GMPC的制备142.4 实验测试方法152.4.1物相分析X射线衍射法152.4.2形貌分析扫描电镜172.4.3磁致伸缩系数()的测量 172.4.4合金及粘结剂密度的测量192.4.5其它性能测试193  实验结果与讨论203.1 树脂含量对磁致伸缩性能的影响203.2 粒度分析243.3 树脂含量对样品密度的影响253.4 GMPC金相分析263.5 稀土超磁致伸缩复合材料的电阻率274  展望285  结论28谢辞 29参考文献302.2.1Terfenol-D合金破碎工艺的选取102.2.2成型以及模具介绍102.2.3树脂粘结剂主要成分的选择122.2.4Terfenol-D颗粒尺寸的确定 142.3 GMPC的制备142.4 实验测试方法152.4.1物相分析X射线衍射法152.4.2形貌分析扫描电镜172.4.3磁致伸缩系数()的测量 172.4.4合金及粘结剂密度的测量192.4.5其它性能测试193  实验结果与讨