[发明专利]具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆材料，特别是涉及具有铁磁性和双向形状记忆效应、磁电阻和磁卡效应，并且具有磁场可驱动马氏体相变的性质的NiCoMnSb磁性材料及其制备方法。

背景技术

通常的形状记忆合金在相对高的温度下具有一种晶体结构(以下称为母相)，而在相对低的温度下自发变成另外一种晶体结构，一般称之为马氏体相。当从较高的温度降温到较低的温度时，材料从母相转变为马氏体相，该相转变叫做马氏体相变。反过来，从相对低的温度加热材料，合金会从马氏体相转变为母相，这种相反的相转变称为马氏体逆相变。一般将马氏体转变的开始点和终点，分别称为M_s点和M_f点，将马氏体逆相变的开始和终点，分别称为A_s点和A_f点。如果M_s和A_s之间差值较小，比如为几度或几十度，材料的这种马氏体相变被称为热弹性马氏体相变。

一般地，将某种合金材料在母相以确定的形状冷却，直到马氏体相后，再人为地改变原有形状，然后，将合金材料升温，直到转变成奥氏体时，如果合金材料的形状完全或部分地转变为原来的形状，这种现象称为形状记忆效应。另外，如果在同样的上述温度循环中，母相的形状在降温引起的相变时刻变形，再在随后的升温引起的逆相变时刻再变形，并且部分或全部地转变成原来母相的形状，被称之为双向形状记忆效应。

形状记忆合金已经被广泛用于各种“智能”型用途，如各种驱动器，温度敏感元件、医疗器械等。

正是由于形状记忆合金所展现的特殊的功能，吸引了更多的人在作进一步深入研究，以期获得除温度之外的其他能够控制其相变的方法，或获得能够通过其他方式控制其相变的新的形状记忆合金，以使这种材料的形状记忆功能能够得到更加充分的应用。

发明内容

基于上述原因，本发明人经过研究找到了一种可以由磁场来驱动马氏体相变的形状记忆合金，因此，本发明的首要目的在于提供一种具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料，该磁性材料不仅具有通常形状记忆材料相变的性质：由温度变化(热能)或外应力(机械能)来驱动马氏体相变，而且其马氏体相变可以由磁场来驱动。因而使材料的可控制性大大提高，应用范围更加广泛。并且，这种材料还具有了更多的应用前景，如大磁电阻和磁卡效应等。本发明进一步的目的在于提供一种制备这种具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料的单晶的方法。

为实现上述目的，本发明人发明一种具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料，其化学式为：Ni_mCo_nMn_oSb_p；其中，35<m<55，2<n<17，28<o<42，10<p<18，m+n+o+p＝100，m、n、o、p表示原子百分比含量。

进一步地，所述Ni_mCo_nMn_oSb_p磁性材料的形式包括单晶结构和多晶结构。

本发明提出的具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按化学式Ni_mCo_nMn_oSb_p称量原料，其中，35<m<55，2<n<17，28<o<42，10<p<18，m+n+o+p＝100，m、n、o、p表示原子百分比含量；

(2)将称好的原料盛放在坩埚中，采用常规的提拉法生长Ni_mCo_nMn_oSb_p磁性单晶或多晶，其生长条件为：加热上述成分的原料到使之熔融；其熔融环境为1×10^-2到5×10^-5Pa的真空状态或0.01～1MPa正压力的氩气保护状态；在以0.5～50转/分钟的速率旋转的籽晶杆下端固定一个籽晶；所述的籽晶为成分相同、具有所需要的取向的单晶或多晶；

(3)在使坩埚中的原料在1000～1330℃的熔融的温度条件下保持10～30分钟，用籽晶下端接触熔体的液面，然后以3～80mm/小时的均匀速率提升籽晶杆，将凝固结晶的单晶或多晶向上提拉，并使生长的单晶或多晶直径变大或保持一定；

(4)当生长的单晶或多晶达到所需尺寸时，将单晶或多晶提拉脱离熔融的原料表面，以0.5～20℃/分钟的降温速率冷却至室温，最后取出。