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本文采用机械合金化、真空退火的方法制备了R16Fe76-xCoxC8(R≡Nd,Dy)合金,采用电弧熔炼、氩气保护退火的方法制备了Nd1-xPrx(Fe0.35Co0.55B0.1)2、Sm0.88Nd0.12(Fe1-xCox)1.93和(Tb0.3Dy0.7)1-xPrxFe1.55合金,并制备了(Tb0.3Dy0.7)1-xPrxFe1.55合金的环氧树脂基赝1-3型复合材料,采用溶胶凝胶和磁控溅射方法制备了Pb(Zr,Ti)O3(PZT)/TbFe2双层膜。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流初始磁化率测定仪、高场脉冲磁强计、超导量子干涉仪(SQUID)、振动样品磁强计(VSM)、标准应变技术和激光震动测量计等手段研究了样品的结构、磁性和磁致伸缩性能。
采用二次机械合金化的方法系统地研究了Co替代对R16Fe76-xCoxC8(R≡Nd,Dy；0≤x≤76)合金的结构、相转变和磁性能的影响。二次机械合金化加后期退火的方法在Nd16Fe76-xCoxC8合金中比在Dy16Fe76-xCoxC8合金中能更加有效地帮助R2(Fe,Co)14C相的形成。Nd16Fe76-xCoxC8和Dy16Fe76-xCoxC8合金分别可以在0≤x≤20和0≤x≤25的范围内形成R2(Fe,Co)14C相。Co替代Fe可以提高合金的居里温度,改善合金的磁性能。Nd16Fe66Co10C8合金具有最佳的磁性能:iHc=10.8 kOe,4πMs=10.3 kG,4πMr=6.2 kG和(BH)max=7.8 MGOe。
Nd1-xPrx(Fe0.35Co0.55B0.1)2合金在0≤x≤1范围内得到了单相的MgCu2结构的Laves相化合物。居里温度Te和5 K与295 K时的饱和磁化强度Ms随Pr含量的增加而降低。当0≤x≤0.4时,合金的室温磁致伸缩λa=λ//-λ⊥随着磁场的增加先达到一个负的极小值,然后增加并变为正值:当0.6≤x≤1时,λa为正值且随着磁场的增加而增加。这一反常磁致伸缩行为的出现可以归结为Nd1-xPrx(Fe0.35Co0.55B0.1)2合金中Pr基与Nd基Laves相的竞争。
在Sm0.88Nd0.12(Fe1-xCox)1.93(0≤x≤1.0)体系中,研究发现,Laves相的晶格常数随着Co含量x的增加而减小。饱和磁化强度Ms及居里温度Tc与x的变化关系相似,均在X=0.2时出现极大值。在不同的Co含量时,得到了Laves相的Tc、自旋再取向温度Tsr和易磁化方向EMD,据此给出了自旋配置相图。在高Co含量时,发现|λ111|≈|λ100|,这是由于Co对Fe的替代填充了d能带。
成功制备了不含Co和/或B,且具有较高轻稀土Pr含量的(Tb0.3Dy0.7)1-xPrxFe1.55(0≤x≤0.4)系列Laves合金。X-射线衍射结果表明,当0≤x≤0.35时,合金为具有单相的MgCu2结构的Layes相。随着x从0增加到0.35,Layes相的晶格常数a增加而居里温度Tc降低。合金的饱和磁化强度Ms随Pr含量x的增加而逐渐减小。由于磁晶各向异性补偿,(Tb0.3Dy0.7)0.75Pr0.2sFe1.55合金在H=10 kOe时具有最大的磁致伸缩λa(=λ//-λ⊥)为1502 ppm。
制备了环氧树脂粘接的体积分数为0.5的(Tb0.3Dy0.7)1-xPrxFe1.55(0≤ x≤0.4)赝1-3型复合材料,研究了复合材料的准静态和动态磁机械性能。由于磁晶各向异性成分补偿,(Tb0.3Dy0.7)0.75Pr0.25Fe1.55复合材料和合金具有最小的矫顽力Hc,最大的磁致伸缩λ和最高的压磁系数d33。(Tb0.3Dy0.7)0.75Pr0.25Fe1.55复合材料的饱和磁致伸缩λs和最高压磁系数d33分别为793 ppm和3.2 nm/A。这些λs和d33值分别达到了(Tb0.3Dy0.7)0.75Pr0.25Fe1.55合金相应值的81％和85％,对应于环氧树脂粘结的体积分数为0.5的Terfenol-D赝1-3型复合材料的89％和97％。复合材料产生的涡流损耗很小,其动态磁机械性能与x和HBias关系密切。随着x的增加,Pr对合金饱和磁化强度的削弱和对合金柔性的提高分别导致μTr33的减小和两个模量EH3和EB3增加。复合材料的d33、k33、EH3和EB3的极值均出现在HBias=140 kA/m(HBiaw=1.76 kOe)处,这是因为非180°畴壁移动在此时最为显著。由于(Tb0.3Dy0.7)0.75Pr0.25Fe1.55合金达到磁晶各向异性的成分补偿,因此其复合材料具有最佳的磁机械性能。
在不同温度下,采用磁控溅射方法分别在si(100)基片和PZT薄膜上生长了TbFe2薄膜。在室温时,TbFe2薄膜为非晶状态。温度在673 K-923 K之间时,Si/Mo/TbFe2/Mo薄膜均能较好地形成Laves相。PZT/Mo/TbFe2/Mo薄膜在温度为673 K-823 K时能实现钙钛矿结构的PZT和Layes相结构的TbFe2的共存。温度为923 K时,两者之间扩散加剧,使得两相消失。由于Laves相随基片温度升高而逐渐晶化,Si/Mo/TbFe2/Mo和PZT/Mo/TbFe2/Mo薄膜的磁性由软磁性能转变为硬磁性,且表现为面内各向异性。在923 K时,由于TbFe2相消失,PZT/Mo/TbFe2/Mo薄膜又重新表现为软磁性。