專(zhuān)利名稱(chēng)：具有超磁致伸縮系數(shù)的稀土硼化物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有超磁致伸縮系數(shù)的稀土硼化物及其制備方法。

背景技術(shù)：
鐵磁體在磁場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生形狀或者尺寸的變化，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為磁致伸縮。一般強(qiáng)磁物質(zhì)的磁致伸縮系數(shù)只有10-5～10-6數(shù)量級(jí)。二十世紀(jì)六十年代，發(fā)現(xiàn)重稀土金屬的磁致伸縮達(dá)到10-3數(shù)量級(jí)，但是這樣大的磁致伸縮數(shù)值只有在極低的溫度下才能出現(xiàn)，室溫下無(wú)法使用。七十年代初，發(fā)現(xiàn)稀土與鐵的立方Laves相化合物RFe2，在室溫下具有很大的磁致伸縮系數(shù)，但是RFe2化合物具有很大的磁晶各向異性，在磁化時(shí)需要很高的外磁場(chǎng)，限制了應(yīng)用范圍。其后研制出的三元稀土化合物，利用磁晶各向異性常數(shù)符號(hào)相反的RFe2和R′Fe2化合物相互補(bǔ)償，形成一種偽二元系化合物RxR′1-xFe2，可以在保持大磁致伸縮的同時(shí)，降低磁晶各向異性。這類(lèi)材料被稱(chēng)為稀土巨磁致伸縮材料，最有代表性的就是TbDyFe合金(商業(yè)牌號(hào)Terfenol-D)。
TbDyFe超磁致伸縮合金具有室溫超磁致伸縮性能和低磁晶各向異性，可以滿(mǎn)足許多實(shí)際應(yīng)用的低磁場(chǎng)需求，已成為當(dāng)代的重要換能及信息轉(zhuǎn)換材料。近年來(lái)，人們用Mn、Co、Si、Al、V等元素替換合金中的Fe原子，期望改善磁性和磁致伸縮性能。Clark等人認(rèn)為有可能在四元合金TbxDy1-x(Fe1-yCoy)2系獲得寬溫域超磁致伸縮合金。四元Tb0.36Dy0.64(Fe1-xCox)2合金在-80～100℃寬溫域具有超磁致伸縮特性。
近年來(lái)，小原子半徑的H、B、C、以及Be等元素的添加，對(duì)RFe2型超磁致伸縮合金性能的影響獲得來(lái)了人們的廣泛關(guān)注。其中B元素的添加能夠抑制非立方結(jié)構(gòu)相的出現(xiàn)，有效提高合金的磁致伸縮性能，如Dy0.7Pr0.3Fe2、Tb0.2Pr0.8(Fe0.4Co0.6)1.93等。輕元素H、B、C、Be由于原子半徑小，它們既可作為間隙原子又可作為替代原子進(jìn)入晶體點(diǎn)陣。一方面它們能引起點(diǎn)陣的膨脹或收縮，另一方面由于s或p電子的加入可能影響電子濃度、間接交換作用等其它因素，從而影響Laves相的形成和磁性。所以我們系統(tǒng)的研究了小半徑B原子的引入對(duì)Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx(x＝0.01～0.99)合金結(jié)構(gòu)、磁性和磁致伸縮的影響。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有超磁致伸縮系數(shù)的稀土硼化物及其制備方法。
超磁致伸縮材料化學(xué)式為，Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx，其中x＝0.01～0.99。
超磁致伸縮材料的制備方法包括如下步驟 1)以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金，其中x＝0.01～0.99，調(diào)節(jié)真空電弧爐的真空度到1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠； 2)在管式爐中進(jìn)行，調(diào)節(jié)背底真空度達(dá)1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在900～1100℃溫度，保溫24～120小時(shí)。
本發(fā)明中B元素的加入能夠有效提高合金的居里溫度TC，降低合金的自旋再取向溫度Tr，有助于拓寬使用溫度范圍。合金的居里溫度在400～500℃范圍內(nèi)，自旋再取向溫度在-90～-70℃范圍內(nèi)。在x＝0.05，磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.95B0.05合金的磁致伸縮系數(shù)達(dá)到1040ppm。

具體實(shí)施例方式 在本發(fā)明中，以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金，其中x＝0.01～0.99。調(diào)節(jié)真空電弧爐的真空度到1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠。熱處理，在管式爐中進(jìn)行，調(diào)節(jié)背底真空度達(dá)1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在900～1100℃溫度，保溫24～120小時(shí)。
合金的相結(jié)構(gòu)是根據(jù)粉末樣品的X射線(xiàn)衍射譜確定的，根據(jù)布拉格方程計(jì)算晶格常數(shù)。采用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量樣品在1.5kA/m靜磁場(chǎng)下的熱重(TG)曲線(xiàn)，以確定居里溫度Tc。在低溫材料物理特性測(cè)試系統(tǒng)(PPMS)上測(cè)量樣品的交流磁化率-溫度關(guān)系曲線(xiàn)，確定自旋再取向溫度Tr。采用超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)測(cè)量樣品的室溫磁化曲線(xiàn)，根據(jù)趨近飽和定律計(jì)算飽和磁化強(qiáng)度Ms和磁晶各向異性常數(shù)K1。在磁致伸縮自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)上測(cè)量樣品的室溫磁致伸縮性能。
實(shí)施例1 以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制x＝0.05的目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.95B0.05合金。在真空電弧爐中反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠。熱處理過(guò)程中通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在1000℃溫度保溫48小時(shí)?？绽渲潦覝?，進(jìn)行性能測(cè)試。該合金的居里溫度為423℃，自旋再取向溫度為-77℃。該合金在磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，磁致伸縮系數(shù)達(dá)到1040ppm。
實(shí)施例2 以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制x＝0.10的目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.90B0.10合金。在真空電弧爐中反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠。熱處理過(guò)程中通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在1100℃溫度保溫96小時(shí)?？绽渲潦覝?，進(jìn)行性能測(cè)試。該合金的居里溫度為426℃，自旋再取向溫度為-73℃。該合金在磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，磁致伸縮系數(shù)為690ppm。
實(shí)施例3 以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制x＝0.15的目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.85B0.15合金。在真空電弧爐中反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠。熱處理過(guò)程中通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在1050℃溫度保溫72小時(shí)?？绽渲潦覝兀M(jìn)行性能測(cè)試。該合金的居里溫度為429℃，自旋再取向溫度為-71℃。該合金在磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，磁致伸縮系數(shù)為660ppm。
實(shí)施例4 以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制x＝0.20的目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.80B0.20合金。在真空電弧爐中反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠。熱處理過(guò)程中通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在900℃溫度保溫48小時(shí)?？绽渲潦覝?，進(jìn)行性能測(cè)試。該合金的居里溫度為431℃，自旋再取向溫度為-69℃。該合金在磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，磁致伸縮系數(shù)為640ppm。
權(quán)利要求
1.一種超磁致伸縮材料，其特征在于化學(xué)式為，Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx，其中x＝0.01～0.99。
2.一種超磁致伸縮材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟
1)以質(zhì)量百分濃度為99.9％的Tb、Dy、Fe、Co金屬和Fe-B合金為原料，配制目標(biāo)成分Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金，其中x＝0.01～0.99，調(diào)節(jié)真空電弧爐的真空度到1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，反復(fù)熔煉多次獲得均勻的鑄錠；
2)熱處理在管式爐中進(jìn)行，調(diào)節(jié)背底真空度達(dá)1×10-4Pa～1×10-3Pa，通入質(zhì)量百分濃度為99.9％的氬氣保護(hù)，在900～1100℃溫度，保溫24～120小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有超磁致伸縮系數(shù)的稀土硼化物，其化學(xué)式為T(mén)b0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx，其中x＝0.01～0.99。B元素的加入能夠提高Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金的居里溫度TC，并降低合金的自旋再取向溫度Tr，有助于拓寬使用溫度范圍。該合金的居里溫度在400～500℃范圍內(nèi)，自旋再取向溫度在-90～-70℃范圍內(nèi)。在x＝0.05、磁場(chǎng)為960kA/m時(shí)，Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)1.95B0.05合金的磁致伸縮系數(shù)最高達(dá)到1040ppm。本發(fā)明還公開(kāi)了該稀土硼化物的制備方法。
文檔編號(hào)C22C29/14GK101781732SQ20101010619
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者馬天宇, 亓瑞磊, 張昌盛, 嚴(yán)密 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)