本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種梯度磁致伸縮材料及其制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)方法是在有機高分子單體中加入一定量的磁致伸縮合金，在適當?shù)臏囟葪l件下機械攪拌均勻。如果有機物為熱固性聚合物，在體系分散均勻后，再加入適量的固化劑或交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌均勻。將彌散復(fù)合體系注入模具中，然后將運動磁場作用于模具處，驅(qū)動磁致伸縮顆粒隨磁場運動，形成梯度分布。將成型后的樣品置于烘箱內(nèi)保溫固化一定時間，直至樣品完全固化。本發(fā)明專利技術(shù)制備梯度磁致伸縮材料的工藝簡單，實用。制備的梯度磁致伸縮樣品組織致密，表面比較平整?；w中的磁致伸縮顆粒在磁場運動方向形成梯度分布，從而呈現(xiàn)梯度磁致伸縮性能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，屬于新材料和材料制備領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
功能梯度材料是指材料的組成、結(jié)構(gòu)等構(gòu)成要素在材料的某個方向上連續(xù)變化，從而使材料的性能也呈連續(xù)變化的一種非均質(zhì)復(fù)合材料。關(guān)于功能梯度材料研究主要有三個方面，即材料設(shè)計、材料制備和特性評價。其中，材料的制備與結(jié)構(gòu)控制是實現(xiàn)功能梯度材料設(shè)計目標并獲得適當?shù)慕M元分布、顯微組織與所需性能的關(guān)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(yīng)合成、激光燒結(jié)、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(tài)改變的彈性形變現(xiàn)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(jié)構(gòu)，每個磁疇存在自發(fā)磁化，從而也存在自發(fā)應(yīng)變。由于各個磁疇的自發(fā)磁化方向不同，因此在沒有外磁場時，自發(fā)磁化引起的形變互相抵消，顯示不出宏觀效應(yīng)。在外磁場的作用下，各個磁疇的自發(fā)磁化都旋轉(zhuǎn)趨向外磁場方向，磁疇形變也趨向外磁場方向，這就產(chǎn)生了宏觀的磁致伸縮應(yīng)變。在磁致伸縮效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后近一個世紀的時間里，磁致伸縮材料的研究與發(fā)展都十分緩慢，直到1940年，Ni和Co多晶體的磁致伸縮效應(yīng)才首先在超聲波領(lǐng)域得到應(yīng)用，其磁致伸縮系數(shù)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(shù)都是10_6 10_5的量級，與其熱膨脹系數(shù)接近，因此均未得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。1963年,美國水面武器中心的Legvoid和Clark博士發(fā)現(xiàn)稀土元素Tb和Dy在OK溫度附近的磁致伸縮系數(shù)極大，并發(fā)現(xiàn)其它重稀土元素也有這種性質(zhì)。1972年，Clark等發(fā)現(xiàn)了TbFe2, DyFe2, SmFe2等RFe2系立方Laves相結(jié)構(gòu)化合物在室溫下具有大的磁致伸縮系數(shù)，。1973年，Clark等成功發(fā)現(xiàn)了 Tba27Dya73Fe2的超磁致伸縮材料,商品牌號為Terfenol_D。2000年Clark等人發(fā)現(xiàn)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(shù)僅20X 10_6左右，而加入Ga之后，其單晶體沿晶向的飽和磁致伸縮系數(shù)達到400X 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(shù)較高的磁致伸縮材料往往材質(zhì)較脆，而且在外加高頻交變磁場作用下，磁致伸縮材料內(nèi)部將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，從而限制了其在超聲領(lǐng)域中的應(yīng)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(fù)合制備出智能復(fù)合材料，即利用樹脂基體來保證復(fù)合材料的韌性，同時磁致伸縮合金顆?？梢蕴峁┕δ芴匦浴４胖律炜s材料粉末通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)起來，磁致伸縮材料粉末均勻分布并包裹于環(huán)氧樹脂基體內(nèi)，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(nèi)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。本專利技術(shù)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(qū)動作用，獲得沿磁場運動方法的成分梯度，經(jīng)固化獲得梯度磁致伸縮材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是在磁致伸縮復(fù)合材料目前研究成果的基礎(chǔ)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。本專利技術(shù)方法的具體步驟為步驟I)顆粒復(fù)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O. I 100 μ m的磁致伸縮顆粒，在20 250°C條件下攪拌分散O. 5 IOh ;對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入I 15份固化劑或交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌30s。所述的有機單體為不飽和聚酯樹脂、環(huán)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(lián)劑為苯乙烯。步驟2)運動磁場驅(qū)動將彌散復(fù)合體系注入模具中，然后將運動磁場作用于模具處，磁場強度為O. 01 2. 0T，運動速度為O. I 20mm/s，驅(qū)動次數(shù)為I 100次。所述的磁場是由電磁鐵或永磁體產(chǎn)生。步驟3)固化將驅(qū)動成型后的樣品置于烘箱內(nèi)固化，烘箱溫度20 200°C，保溫I 480h。 本專利技術(shù)是將磁致伸縮合金與有機單體組成的復(fù)合體系，在磁場中利用外磁場對粒子的驅(qū)動作用，使磁致伸縮合金在有機物中沿磁場運動方向呈梯度分布，經(jīng)固化后獲得梯度磁致伸縮材料。獲得的梯度磁致伸縮材料不但具有由磁致伸縮顆粒賦予的磁致伸縮特性，而且由于顆粒的在平行磁場運動方向上的梯度分布，在該方向呈現(xiàn)出梯度磁致伸縮特性。本專利技術(shù)的優(yōu)點是I)獲得了一種梯度磁致伸縮材料，該材料隨著聚合物基體中磁致伸縮合金含量的梯度分布，而呈現(xiàn)出磁致伸縮性能的梯度分布。2)提供了一種簡便制備梯度磁致伸縮材料的方法，該方法利用外磁場對磁致伸縮合金的磁驅(qū)動作用，通過磁場運動來驅(qū)動磁性顆粒隨著磁場運動，從而獲得沿磁場運動方向的磁致伸縮合金梯度分布。附圖說明圖I是梯度磁致伸縮材料制備原理示意圖。圖中，磁致伸縮顆粒I、聚合物基體2、初始位置磁南極3、初始位置磁北極4、終了位置磁南極5、終了位置磁北極6。在磁極3、4以速度V由位置(a)處移動到位置(b)處時，磁致伸縮顆粒I將隨著磁場遷移，最終沿磁場方向形成梯度分布。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)進行詳細描述，以便更好地理解本專利技術(shù)的目的、特點和優(yōu)點。雖然本專利技術(shù)是結(jié)合該具體的實施例進行描述，但并不意味著本專利技術(shù)局限于所描述的具體實施例。相反，對可以包括在本專利技術(shù)權(quán)利要求中所限定的保護范圍內(nèi)的實施方式進行的替代、改進和等同的實施方式，都屬于本專利技術(shù)的保護范圍。本專利技術(shù)涉及。本專利技術(shù)提供的一種梯度磁致伸縮材料的制備方法包括以下步驟步驟I)顆粒復(fù)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O. I 100 μ m的磁致伸縮顆粒，在20 250°C條件下攪拌分散O. 5 IOh ;對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入I 15份固化劑或交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌30s。步驟2)運動磁場驅(qū)動將彌散復(fù)合體系注入模具中，然后將運動磁場作用于模具處，磁場強度為O. 01 2. 0T，運動速度為O. I 20mm/s，驅(qū)動次數(shù)為I 100次。步驟3)固化將驅(qū)動成型后的樣品置于烘箱內(nèi)固化，烘箱溫度20 200°C，保溫I 480h。所述的有機單體為不飽和聚酯樹脂、環(huán)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。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(lián)劑為苯乙烯。所述的磁場是由電磁鐵或永磁體產(chǎn)生。所制備的樣品組織致密，孔隙率低，樣品表面比較平整。對制備的樣品進行金相觀察，發(fā)現(xiàn)聚合物基體中的磁致伸縮顆粒沿磁場運動方向呈梯度分布。采用電阻應(yīng)變儀表征樣品磁致伸縮性能。實施例I :在100份的不飽和聚酯單體中加入10份平均顆粒尺寸為11 μ m的Terfenol-D合金粉，在20°C水本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種梯度磁致伸縮材料，其特征在于該材料由磁致伸縮合金顆粒與聚合物基體組成。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭曉領(lǐng)，金頂峰，洪波，金紅曉，王新慶，徐靖才，葛洪良，
申請(專利權(quán))人：中國計量學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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