[发明专利]一种高性能稀土-铁基巨磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高性能稀土‑铁基巨磁致伸缩材料及其制备方法，属于磁功能材料技术领域。该方法按以下步骤进行：①感应熔炼(Tb1‑xMx)Fey合金，M＝Dy、Sm、Ce、Pr、Nd、Ho和Er中的至少一种，x＝0～0.70，y＝1.75～2.25；②将合金置于惰性气体和梯度强磁场环境中，至少将合金加热至液相线温度以上150℃，保温至少8min；③以5～120μm/s的速率将合金液拉至液态金属冷却液中以实现定向凝固；待加热室温度冷却至室温后，取出样品。该方法制备的磁致伸缩材料具有较高力学性能及较大磁致伸缩系数等优势。该方法操作简单、控制精准、产品性能优良，可批量生产高性能磁致伸缩材料。

技术领域

本发明涉及一种组织致密、功能相沿着<111>方向取向、晶体沿着使用方向规则排列的多晶稀土-铁基巨磁致伸缩材料及其制备方法，属于磁功能材料技术领域。

背景技术

上世纪六十年代末Callen提出稀土-铁化合物(如Tb-Fe和Tb-Dy-Fe等合金系)将具有较高的磁致伸缩系数，这类合金的磁致伸缩系数可达1500-2200ppm，是压电陶瓷的5-25倍，是镍基合金的40-50倍，因此被称为“巨磁致伸缩材料”。与传统磁致伸缩材料及压电陶瓷相比，稀土-铁基巨磁致伸缩材料具有磁晶各向异性低、应变大、能量密度高、频带宽、换能效率高、响应速度快、可靠性好等优点，是实现电-磁-机械能量转换的理想材料之一，已成为精密驱动器、智能传感器、换能器等器件的核心材料，在国防和民用领域都有着广泛的应用，被誉为21世纪的战略性功能材料。

目前市场上得到应用的稀土-铁基巨磁致伸缩材料的合金成分集中在Tb0.60～0.75Fe和TbxDy1-xFey(其中x＝0.27～0.35，y＝1.90～2.0)上。该系合金的磁性相是属于Laves相化合物，具有立方MgCu2型晶体结构，其易生长方向为<100>方向，易磁化轴方向为<111>方向。因为在MgCu2型结构中有两个不等效四面体位置，具有较强磁晶各向异性，它们使得沿<111>方向可以出现内部畸变，所以该系合金在<111>方向上磁致伸缩系数最大。另外，若合金内部具有沿使用方向规则排列的晶粒，则有助于减小合金被磁化时晶界间的内应力和消除磁畴旋转的阻碍。因此制备高度<111>方向上的晶体取向且功能相沿着使用方向规则排列的组织一直是材料工作者追求的目标。迄今为止，人们已经尝试了多种方法来制备稀土-铁基巨磁致伸缩材料。例如，定向凝固法、粉末冶金法和磁场热处理法等。但是即使在定向凝固条件下，也存在多晶棒材的晶体取向集中在<110>、<112>或<113>方向上；为达到高温度梯度而使稀土元素挥发严重，产生大量针状魏氏体；材料内部缺陷较多等问题，难以充分发挥材料的磁致伸缩潜能。因此，提高稀土-铁基巨磁致伸缩材料在<111>方向发生取向的程度、提高该系合金的致密度、降低材料内部缺陷，进而使磁致伸缩系数获得明显提高的制备新工艺就成为稀土-铁基巨磁致伸缩材料发展和应用的关键所在。

发明内容