巨磁致伸縮TbDy(Ho)Fe合金的準(zhǔn)同型相界研究.pdf

1、TbDyFe合金是目前磁致伸縮系數(shù)最高的材料，能夠在外磁場作用下伸長和縮短，實現(xiàn)電磁能和機(jī)械能快速和高效轉(zhuǎn)換。它是兼有大輸出力和納米級高控制精度的重要智能材料，在高靈敏傳感、高精度觀測定位、微位移控制、主動減振和高分辨聲納技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。最新的理論研究表明，當(dāng)合金成分位于準(zhǔn)同型相界（Morphotropic Phase Boundary,MPB）附近時，兩個共存的低對稱相自由能近似相等，整體自由能近似各向同性，因而磁致伸縮系

2、數(shù)最大，且滯后最小。MPB原理已成為設(shè)計高性能磁致伸縮材料的一種新途徑。本文采用原位交溫XRD研究了TbDyFe合金穿越MPB時的結(jié)構(gòu)演變，采用高分辨透射電鏡研究了MPB附近的局域晶格對稱性和疇結(jié)構(gòu);設(shè)計了MPB溫度在室溫附近的TbDyHoFe四元合金，采用區(qū)熔定向凝固技術(shù)制備了<110>取向材料，并進(jìn)行磁場退火處理，提高了材料的磁致伸縮性能。主要結(jié)果如下:
　　發(fā)現(xiàn)鐵磁MPB在疇結(jié)構(gòu)上也與鐵電MPB具有高度的相似性:兩相共存的納

3、米疇是低場大應(yīng)變的結(jié)構(gòu)根源。MPB原本描述的是鐵電體系中由成分改變造成的兩個鐵電相之間的相界，在MPB處可以得到異常高的壓電性能。近來，該概念已由鐵電體拓展到鐵磁體，并發(fā)現(xiàn)兩者具有高度的物理相似性:兩相共存、自由能近似各向同性、低場大應(yīng)變。鐵磁MPB是否也具有與鐵電類似的兩相共存納米疇結(jié)構(gòu)，尚不清楚。采用交流磁化率測量，確定了Tb0.3Dy0.7Fe2的MPB溫度為258 K;原位X射線衍射(XRD)研究表明在MPB附近較寬的溫度范圍為

4、菱形(R)和四方(T)兩相共存;采用高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)研究了MPB附近的局域疇結(jié)構(gòu)，室溫(293 K)時兩相都是不規(guī)則形狀的納米疇（平均尺寸低于10 nm），其中菱形相納米疇在微米區(qū)域內(nèi)保持相同的自發(fā)磁化方向。這種兩相共存的納米疇是材料在低驅(qū)動場下產(chǎn)生大磁致伸縮的結(jié)構(gòu)根源，證明鐵磁MPB在疇結(jié)構(gòu)上也與鐵電MPB具有高度的物理相似性。
　　基于MPB理論設(shè)計了窄滯后和高磁致伸縮系數(shù)的Tb0.26Dy0.54Ho0.2

5、0Fe2合金，并制備出高度取向的高性能材料。在Tb0.3Dy0.7Fe2合金基礎(chǔ)上，添加Ho使MPB溫度提高至266K，進(jìn)一步降低了室溫時的磁致伸縮滯后。采用高溫度梯度區(qū)熔定向凝固技術(shù)制備了<110>取向多晶材料，對取向材料進(jìn)行磁場熱處理，通過引入單軸各向異性進(jìn)一步提高了磁致伸縮性能。與熱退磁態(tài)試樣相比，MPB溫度提高至269 K;無預(yù)應(yīng)力下的飽和磁致伸縮系數(shù)顯著提高，由700ppm提高至875ppm;并仍保持明顯的磁致伸縮“跳躍”效應(yīng)