[發明專利]一種磁致伸縮材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010068362.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111254338B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 周廷棟
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;H01L41/20
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種磁致伸縮材料及其制備方法，屬于新材料技術領域，該材料分子式為Mn_1?xNi_xCoSiYM_y，式中x的取值范圍為0.05?0.10，y的取值范圍為0?0.85，M選自Nd、Tm、Ho、Eu、Ta中的一種或多種。本發明制備的MnCoSi基合金，室溫飽和磁致伸縮能達到1900ppm，臨界場最低可以降到0.3T，相較于正分的MnCoSi合金，磁致伸縮值提高了500ppm，臨界場降低了2.3T，推動了MnCoSi材料在磁致伸縮上的應用進程。

技術領域

本發明涉及新材料技術領域，特別是涉及一種磁致伸縮材料及其制備方法。

背景技術

磁致伸縮材料作為一類重要的鐵磁功能材料，其幾何尺寸會隨磁化狀態的改變在各個方向發生可逆變化，這種磁場誘發的可逆形變被稱作磁致伸縮。自1842年焦耳提出磁致伸縮效應以來，磁致伸縮材料就被廣泛應用到航空、航海、機器人、新能源、生物醫學等諸多領域，在國民經濟和工業生產中發揮著重要作用。

著名的磁致伸縮材料，稀土-過渡族合金Tb_0.3Dy_0.7Fe₂(Terfenol-D)，在1T磁場下，獲得了易軸方向1600ppm大磁致伸縮。但該類材料存在著成本高、脆性大等問題，不利于實際應用。另外，一些Fe基合金也表現出室溫磁致伸縮，并且具有良好的延展性以及飽和磁場低等優點。例如Fe-Ga合金，其在0.4T磁場作用下磁化強度就已達到飽和，但其有限的磁致伸縮值也阻礙了其實際應用。

近年來，研究者發現一些一級磁結構相變合金在磁場驅動相變的過程中，伴隨著相當可觀的晶格常數的突變。1998年，Morellon等人發現Gd₅Si_1.8Ge_2.2合金在285K發生磁結構相變時伴隨著越1000ppm的磁致應變。2009年，寧波材料所的劉劍等人在310K時，從有織構的鐵磁形狀記憶合金Ni_45.2Mn_36.7In₁₃Co_5.1多晶中獲得了高達2500ppm的大致磁應變。

除了一級磁結構相變帶來巨大的磁致應變效應以外，還有一部分磁彈性相變在磁場誘導下也會產生相當大的磁致伸縮效應。2001年，Fujieda等人在La(Fe_0.88Si_0.12)13H1.0合金中，發現在288K時，磁場驅動一級磁彈性相變產生的一個高達3000ppm各向同性的線性磁致伸縮。2015年，龔元元在Gd_0.63Sm_0.37Mn₂Ge₂合金中獲得了900ppm的室溫磁致伸縮。

上述這些磁相變合金均存在著高臨界場、較大的熱/磁滯以及不可逆性等問題，極大阻礙了實際應用。因此，開發具有低臨界場、較小的熱/磁滯以及室溫可逆的大磁致伸縮材料仍然是一個挑戰。

2013年，Barcza等人報道了多晶MnCoSi粉末在0-6T磁場變化下，表現出a軸收縮，b、c軸伸長的晶格畸變。并且在300K時，宏觀上表現出0.2％的體積收縮，表明這類材料是潛在的磁致伸縮材料。但是對于一個無取向的多晶塊材，其線度的變化約為體積變化的1/3，在變磁性過程中只能產生約667ppm的磁致伸縮值，遠小于稀土巨磁致伸縮材料的磁致伸縮值。因此，有必要去提高該材料的磁致伸縮效應。