[發明專利]一種梯度磁致伸縮材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210433264.7
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102952386A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 彭曉領;金頂峰;洪波;金紅曉;王新慶;徐靖才;葛洪良
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C08L67/06
• 分類號: C08L67/06;C08L63/00;C08L61/06;C08L23/06;C08L23/12;C08L25/06;C08K3/08
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技術領域

本發明涉及一種梯度磁致伸縮材料及其制備方法，屬于新材料和材料制備領域。

背景技術

功能梯度材料是指材料的組成、結構等構成要素在材料的某個方向上連續變化，從而使材料的性能也呈連續變化的一種非均質復合材料。關于功能梯度材料研究主要有三個方面，即材料設計、材料制備和特性評價。其中，材料的制備與結構控制是實現功能梯度材料設計目標并獲得適當的組元分布、顯微組織與所需性能的關鍵，也因此是研究的熱點。功能梯度材料的制備方法主要有粉末冶金、自蔓延反應合成、激光燒結、離心鑄造、電解析出、等離子噴涂、氣相沉積、多弧離子鍍等

鐵磁性材料和亞鐵磁性材料隨自身磁化狀態改變的彈性形變現象，稱為磁致伸縮。磁致伸縮機理可簡單解釋如下，磁體在居里溫度以下有磁疇結構，每個磁疇存在自發磁化，從而也存在自發應變。由于各個磁疇的自發磁化方向不同，因此在沒有外磁場時，自發磁化引起的形變互相抵消，顯示不出宏觀效應。在外磁場的作用下，各個磁疇的自發磁化都旋轉趨向外磁場方向，磁疇形變也趨向外磁場方向，這就產生了宏觀的磁致伸縮應變。

在磁致伸縮效應發現后近一個世紀的時間里，磁致伸縮材料的研究與發展都十分緩慢，直到1940年，Ni和Co多晶體的磁致伸縮效應才首先在超聲波領域得到應用，其磁致伸縮系數為40ppm。進入50年代，人們又研制出Fe-13％Al磁致伸縮材料。然而這些材料的磁致伸縮系數都是10^-6～10^-5的量級，與其熱膨脹系數接近，因此均未得到大規模的工業應用。1963年，美國水面武器中心的Legvoid和Clark博士發現稀土元素Tb和Dy在OK溫度附近的磁致伸縮系數極大，并發現其它重稀土元素也有這種性質。1972年，Clark等發現了TbFe₂，DyFe₂，SmFe₂等RFe₂系立方Laves相結構化合物在室溫下具有大的磁致伸縮系數，。1973年，Clark等成功發現了Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的超磁致伸縮材料，商品牌號為Terfenol-D。

2000年Clark等人發現加入Ga能使Fe的磁致伸縮性能提高十倍乃至幾十倍，純鐵的磁致伸縮系數僅20×10^-6左右，而加入Ga之后，其單晶體沿[100]晶向的飽和磁致伸縮系數達到400×10^-6。Fe-Ga合金材料被美國海軍表面武器試驗室命名為Galfenol。它的飽和磁場較低(8～17kA/m)，僅為Terfenol-D的1/10，磁場靈敏度較高。

目前磁致伸縮系數較高的磁致伸縮材料往往材質較脆，而且在外加高頻交變磁場作用下，磁致伸縮材料內部將產生巨大的渦流效應，從而限制了其在超聲領域中的應用。針對磁致伸縮合金的特點，人們將磁致伸縮合金顆粒與樹脂復合制備出智能復合材料，即利用樹脂基體來保證復合材料的韌性，同時磁致伸縮合金顆?？梢蕴峁┕δ芴匦?。磁致伸縮材料粉末通過環氧樹脂粘結起來，磁致伸縮材料粉末均勻分布并包裹于環氧樹脂基體內，粉末與粉末之間由絕緣樹脂阻隔，這樣就使得渦流不能在大范圍內形成回路，降低了渦流損耗，同時材料易機械加工，可做成各種不同的形狀。

本發明是將磁致伸縮合金粉末彌散分布在有機物單體中，通過運動磁場對磁粉的驅動作用，獲得沿磁場運動方法的成分梯度，經固化獲得梯度磁致伸縮材料。

發明內容

本發明是在磁致伸縮復合材料目前研究成果的基礎上，制備出來的一種梯度磁致伸縮材料，并提供一種制備梯度磁致伸縮材料的方法。

本發明方法的具體步驟為：

步驟1)顆粒復合體系制備

在100份的熱固性或熱塑性有機物單體中加入5～100份平均尺寸為0.1～100μm的磁致伸縮顆粒，在20～250℃條件下攪拌分散0.5～10h；對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入1～15份固化劑或交聯劑，繼續攪拌30s。

所述的有機單體為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

所述的磁致伸縮顆粒為Terfenol-D合金、NiMnGa合金、RE-Fe(RE代表稀土元素，具體為：Sm、Dy、Tb、Pr、Ga等)合金中的一種或幾種。

所述的固化劑為聚酰胺、六次甲基四胺、間苯二甲二胺。

所述的交聯劑為苯乙烯。

步驟2)運動磁場驅動