[发明专利]一种烧结铽镝铁磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

一种烧结铽镝铁磁致伸缩材料及其制备方法,属于磁性功能材料领域。以Tb_xDy_1‑xFe_y(0.27≤x≤0.50，1.80≤y≤2.1)为主制成合金粉末，添加Ho、Co、Mn、Si、Ni、Ti、Cr、V附加金属元素组成铽镝铁系合金，再加入以低熔点晶界相合金或金属作为晶界相，用烧结法制备铽镝铁系合金磁致伸缩材料。本发明克服了传统定向凝固制备取向多晶铽镝铁合金凝固组织不均匀、磁致伸缩性能一致性差；铽镝铁粉末树脂粘接复合材料粘接剂体积分数大导致的磁致伸缩性能下降、激励磁场增大等弊端；与传统烧结铽镝铁合金相比，重构了晶界组织，改善了合金脆性，实现了铽镝铁材料的高致密化、组织均匀化、高取向度、近净型加工，提高了材料综合性能和利用率。

技术领域

本发明属于磁性功能材料技术领域，特别涉及一种烧结铽镝铁磁致伸缩材料的制备方法。

背景技术

超磁致伸缩材料TbDyFe合金作为一种新型智能材料，具有室温磁致伸缩性能优越、由形变产生的应力值大、居里温度较高、磁-机械耦合系数高等优点，在声学元件、电子元件、传感器、电磁执行器等领域有诸多应用。但由于TbDyFe合金本身脆性较大，限制了其机械加工性能，且定向凝固铸态的组织一致性较差，很难保证稳定的磁致伸缩性能。

为克服TbDyFe合金脆性较大不易加工，及组织一致性较差的问题，目前较为常用的方法是将TbDyFe合金先制备成粉末，再通过烧结或粘结的工艺方法将其制备成所需的外形。常用的粘结方法是以环氧树脂等高分子有机物作为粘结剂，该方法可以制备出近净型的TbDyFe复合材料，且力学性能得到明显提高，同时增加了材料的电阻率，降低了其涡流损耗，但由于粘结剂所占体积分数较大，且有机物本身具有一定弹塑性会抵消内部TbDyFe合金粉末颗粒的磁致伸缩效应，从而使得材料的磁致伸缩系数与能量密度有很大的损失。

常规的烧结法制备TbDyFe合金，虽然可以实现成型形状满足设计要求，但其材料本身的脆性并没有得到改善，且其磁致伸缩性能与定向凝固等方法制备的取向多晶TbDyFe合金相比也有明显下降。

另外有一种粘结磁致伸缩材料的制备方法，将磁致伸缩材料切成薄片，用树脂等直接粘结在一起，可以降低材料的涡流损耗，但同时由于磁致伸缩材料薄片间的粘结剂本身不具备磁致伸缩性能，当磁致伸缩材料薄片在磁场作用下产生磁致伸缩效应时，固化的树脂粘结剂会产生一个阻碍磁致伸缩应变的力，从而影响该复合材料的整体磁致伸缩性能。

发明内容

本发明目的是为了解决传统定向凝固制备取向多晶铽镝铁合金凝固组织不均匀、磁致伸缩性能一致性差；铽镝铁粉末树脂粘接复合材料粘接剂体积分数大导致的磁致伸缩性能下降、激励磁场增大等问题，将一定成分范围的低熔点晶界相合金或金属既作为晶界相，也可以看作为“粘接相”，用近似粘结的方法制备烧结铽镝铁磁致伸缩材料。

一种烧结铽镝铁磁致伸缩材料的制备方法，其特征在于将以Tb_xDy_1-xFe_y(0.27≤x≤0.50，1.80≤y≤2.1)为主合金，再添加Ho、Co、Mn、Si、Ni、Ti、Cr、V附加金属元素组成铽镝铁系合金，制成合金粉末，铽镝铁系合金中，主合金含量占97％，附加金属元素3％；合金粉末中再加入3-20％的低熔点晶界相合金或金属作为晶界相，取代传统生产工艺中自然形成的富稀土晶界相，用烧结法制备铽镝铁系合金磁致伸缩材料；其中低熔点晶界相合金或金属与铽镝铁系合金主相具有良好的润湿性，既是液相烧结助剂，又是“粘接相”。

进一步地，低熔点晶界相合金或金属为Dy-M合金、Pr-Dy-M合金、Tb-M合金、Pr-Tb-M合金或Al，Cu，Zn，Ga，Sn金属；M＝Al，Cu，Zn，Ga，Sn。

进一步地，低熔点晶界相合金或金属引入到烧结铽镝铁系合金中的方法分为三种；