聚合物及其复合材料磁致伸缩性能的研究进展

在总结无机磁致伸缩材料特点的基础上,归纳分析了聚合物材料获得磁致伸缩性能的条件,回顾了近年来有关磁致伸缩聚合物及其复合材料的研究历程.总结了磁致伸缩聚合物复合材料的性能影响因素、制备方法以及应用情况,提出了今后磁致伸缩聚合物及其复合材料的研究方向.     

Terfenol-D颗粒取向对树脂基磁致伸缩复合材料性能的影响

已有的研究表明,在树脂基磁致伸缩复合材料固化过程中,施加一定的磁场使Terfenol-D颗粒沿磁场方向取向排列可以形成伪1-3型复合结构,其静态磁致伸缩性能较颗粒随机取向的0～3型复合材料有一定程度的提高。本文旨在研究颗粒取向对磁致伸缩复合材料其它性能的影响。以Terfenol—D颗粒体积含量为50％的0-3型和1-3型环氧基磁致伸缩复合材料为研究对象,通过实验和计算对比两种材料的动静态磁致伸缩性能、增量磁导率、弹性模量、磁机械耦合系数。结果表明．颗粒取向不仅可以提高树脂基磁致伸缩复合材料的静态磁致伸缩性能和动态磁致伸缩性能,还能略微提高其弹性模量,但会适度降低其磁机械耦合系数。     

超声作用下树脂基磁致伸缩复合材料的制备及其性能

树脂基磁致伸缩复合材料是由Terfenol-D颗粒分散在树脂基体内形成的一类复合材料,颗粒的分散均匀性以及颗粒与基体界面的粘结紧密性是影响其性能的两个重要因素.由于颗粒与基体润湿性差,机械搅拌制备的磁致伸缩复合材料,普遍存在分散不均,孔隙率高等缺点.高强度超声在液态树脂中传播时,会产生空化、声流等非线性声学效应,对促进颗粒分散和改善固液界面具有一定的作用.以环氧树脂为基体,分别采用机械搅拌法和高能超声法制备了Terfenol-D颗粒体积含量为50%的树脂基磁致伸缩复合材料.对两种材料进行了SEM分析及力学和磁致伸缩性能测试.实验结果表明,较之机械搅拌法,超声分散法制得的磁致伸缩复合材料具有颗粒分散均匀,孔隙率低,颗粒与基体的界面结合性好,弹性模量高,磁致伸缩应变大等优点.     

铁镍基高温磁致伸缩合金研制

介绍了磁致伸缩效应、本质及磁致伸缩材料的应用,并对新型铁镍基高温磁致伸缩合金进行了成分设计和制备,研究表明,新型铁镍基磁致伸缩合金,具有高居里温度,较大的饱和磁致伸缩系数,较小的饱和磁化场,较小的热膨胀系数和良好的力学性能.     

树脂基稀土-铁系超磁致伸缩复合材料的磁致伸缩及其高频磁性能

以粉末粘结、模压成型方法,研制了0-3型的E-44环氧树脂基稀土-铁系超磁致伸缩复合材料。采用电阻应变片技术与Agilent 4294A型动态阻抗分析仪,研究了超磁致伸缩合金/环氧树脂复合材料的磁致伸缩性能及高频磁性能,并对所制备的磁致伸缩复合材料的磁导率、截止使用频率等随频率和树脂体积分数的变化规律进行了系统研究。结果表明:树脂的添加,不仅可以提高复合材料的截止频率和高频磁性能,使其具有良好的高频响应特性,其截止频率达30 MHz以上;而且通过适当选择树脂的体积分数,复合材料仍能保持良好的磁致伸缩性能,当树脂体积分数分别为20%、30%时,磁致伸缩系数分别达808×10-6、821×10-6,而当复合材料中树脂的体积分数为50%时,其磁致伸缩系数仍高达592×10-6。探讨了树脂/磁致伸缩复合材料的磁电耦合机制。      

热残余应力对树脂基磁致伸缩复合材料动静态磁致伸缩性能的影响

树脂基磁致伸缩复合材料的固化温度及测试与使用温度存在差异 , 磁致伸缩粒子与基体的热膨胀系数也不同。这将在粒子周围产生热残余应力 , 并影响复合材料的磁致伸缩性能。理论分析了热残余应力的大小及其影响因素 , 发现其值随温差增大或粒子体积分数减小而增大。继而 , 以在不同温度下固化的 Terfenol2D颗粒体积分数为 20 %和 50 %的环氧基复合材料为研究对象 , 对理论分析进行了试验验证。试验结果表明 : 随固化温度升高 , 由于热压应力的增大 , 复合材料的动静态磁致伸缩性能均得到提高; 粒子体积分数的增加在降低其所受的热压应力的同时 , 也提高了功能体的含量 , 材料磁致伸缩系数的升降取决于这两个作用的耦合。     

磁致伸缩复合材料性能的影响因素分析

首先由退磁场效应分析得到有效磁场强度与外磁场强度的关系,继而根据复合材料细观力学中的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法导出了颗粒磁场伸缩应变与复合材料磁致伸缩应变的关系,结合Terfenol-D颗粒磁致应变及弹性模量与有效磁场强度的关系,最终预测了环氧基Terfenol-D复合材料磁致应变及有效弹性模量与外磁场强度的关系,并分析了颗粒含量、形状及基体弹模对复合材料饱和磁致伸缩系数及弹性模量的影响.结果表明,磁致伸缩复合材料的饱和磁致伸缩应变随颗粒含量、纵横比增大而增大,随基体弹模增大而减小;有效弹性模量随颗粒含量、颗粒纵横比、基体弹模的增大而增大;颗粒的纵横比越大、含量越大,复合材料的饱和磁场强度越小,磁致伸缩应变随磁场强度的变化越快;复合材料的有效弹性模量亦随磁场强度的增大而增大,其影响程度在颗粒体积含量和颗粒纵横比较大时尤为显著.     

Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的研究

从超磁致伸缩材料的定义出发,介绍了超磁致伸缩材料的研究现状及应用,阐述了Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的制备方法及简要分析了实验结果,并根据实验结果推导出成分对超磁致伸缩材料性能的影响,指出了Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的研究方向.     

1-3 型环氧基磁致伸缩复合材料性能

分析了 Tefernol2D颗粒体积含量为 53 %的环氧基磁致伸缩复合材料的显微结构 , 测试了 Terfenol2D/环氧树脂复合材料及相应 Tefernol2D的动静态磁致伸缩性能及增量磁导率 , 通过阻抗频率谱分析计算得到了2种材料的弹性模量、 磁机械耦合系数和截止频率等重要的性能参数。结果表明 , 由于树脂基体隔断了 Terfenol2D颗粒间的导通 , 与 Terfenol2D相比 , Terfenol2D/环氧树脂复合材料的动静态磁致伸缩性能及磁导率、 弹性模量、 磁机械耦合系数均有不同程度的降低 , 但其许用频率却提高了 2个数量级 , 因此更适用于高频超声领域。     

TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的研究进展

对TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的研究进展进行了综述.主要对TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的应用前景和提高TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的低场磁致伸缩性能的方法进行了总结,指出了TbFe磁致伸缩薄膜研究中存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了展望.