磁致伸缩材料讲稿

1、Logo磁致伸缩材料概述磁致伸缩材料应具有的特征磁致伸缩系数大，能将更多的磁能转化为机械能驱动磁场小，能在较低的磁场下实现较大的磁致伸缩应变居里温度较高，能广泛应用于各种高温环境材料成本较低，制备工艺简单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

2、达到15002000*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行。椭圆线包围着非球形分

3、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

4、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。 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

5、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： 100=20ppm，111=-16ppm 加入非磁性的元素G

6、a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036at%范围，在1037以上为A2单相固溶体，在低Ga范围内以-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2=44处有明显衍射峰，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G