一種復合稀土磁致伸縮材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合稀土磁致伸縮材料的制備方法，屬于稀土磁致伸縮材料技術領域。
【背景技術】
[0002]稀土磁致伸縮材料由于具有室溫磁致伸縮系數(shù)大、居里溫度高、產生的應力大、轉換效率高、機電耦合系數(shù)高等優(yōu)點，而成為許多先進的聲學器件、力學器件、電子器件、電磁執(zhí)行器、傳感器和智能系統(tǒng)的重要組成部分，但由于稀土磁致伸縮材料屬于金屬間化合物，脆性較大，不利于機械加工成各種需要的形狀。
[0003]為了克服稀土磁致伸縮材料的脆性大、不利于加工的缺點，通常的方法為將稀土磁致伸縮材料制成粉末，用粘結或燒結的方法制成需要的形狀。粘結方法雖然可將稀土磁致伸縮材料制成需要的形狀，并且可提高材料的強度，但磁致伸縮系數(shù)損失非常大。專利文獻CN1845272B、CN101220437B中均公開了粘結稀土超磁致伸縮材料，所使用的粘結劑為環(huán)氧樹脂，制得的粘結稀土磁致伸縮材料的飽和磁致伸縮系數(shù)約為lOOOppm。
[0004]燒結方法雖然可將稀土磁致伸縮材料制成各種形狀，但不能克服材料本身脆性大的缺點。同時燒結方法制造的磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)較定向凝固方法制取的低。專利文獻CN1743479B的燒結磁致伸縮材料在預應力8.0MPa，磁場強度240kA / m時的磁致伸縮系數(shù)為1542ppm。在相同測試條件下，定向凝固制取的稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)可達1800ppm以上。專利文獻CN1457370A中制取的燒結稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)在IlOOppm0
[0005]專利文獻CN101388433A公開了一種粘結磁致伸縮材料及其制備方法，將磁致伸縮薄片用樹脂直接粘結而成，以提高材料的抗渦流損耗，但由于磁致伸縮薄片間的粘接劑不具有磁致伸縮能力，當磁致伸縮薄片發(fā)生伸縮時，薄片間固化后的環(huán)氧樹脂層會對磁致伸縮薄片產生一個阻礙其發(fā)生伸縮的力，從而降低薄片的磁致伸縮性能。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種復合稀土磁致伸縮材料的制備方法，該方法簡單易行，可明顯提高磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)高、工作磁場頻率和整體強度。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]一種復合稀土磁致伸縮材料的制備方法，以由稀土磁致伸縮材料的粉末和高分子有機物組成的混合物作為粘結劑，采用該粘結劑粘結稀土磁致伸縮材料，然后固化成型，再整形得到復合稀土磁致伸縮材料。
[0009]該制備方法具體包括以下步驟:
[0010](I)制造稀土磁致伸縮棒材；
[0011](2)將稀土磁致伸縮棒材制成粉末，并將該粉末與高分子有機物按比例混合，制成粘接劑；
[0012](3)將稀土磁致伸縮棒材加工成稀土磁致伸縮材料；
[0013](4))根據(jù)需要用粘接劑依次將稀土磁致伸縮材料粘結在一起，形成毛坯，固化成型后整形得到復合稀土磁致伸縮材料。
[0014]在所述制備方法中，制造稀土磁致伸縮棒材可以采用定向凝固法，具體為布立基曼法、丘克拉爾斯基法、浮區(qū)區(qū)域熔煉法、或“一步法”中的任何一種。
[0015]可以采用機械或人工方法將稀土磁致伸縮棒材加工成粉末，粉末的粒度小于2_。
[0016]制作粘結劑時，高分子有機物與粉末的質量比< 15 / 100。高分子有機物可以為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂。根據(jù)需要，所述步驟(3)中加工后的稀土磁致伸縮材料的形狀可以為片狀、環(huán)狀、圓柱狀或方柱狀。
[0017]用粘結劑粘結稀土磁致伸縮材料的過程類似用磚砌墻，需要制備的復合稀土磁致伸縮材料為墻，稀土磁致伸縮材料為磚，粘結過程為:在稀土磁致伸縮材料的表面上涂一層粘結劑，將另一塊稀土磁致伸縮材料按照要求進行粘結，依次類推，若干稀土磁致伸縮材料按順序用粘結劑粘結在一起就形成了一個毛坯。
[0018]固化成型是將粘結好的毛坯進行定型，通常的方法有常溫固化、加壓力固化、加磁場固化和加熱固化，本發(fā)明使用的固化成型方法為上述方法中的一種或一種以上方法的組合。固化時間為I?48h。常溫固化即將粘結成型的毛坯，在常溫下進行固化成型。加壓力固化是在垂直于粘結面的方向施加0.1?2MPa的壓強進行固化。加磁場固化是在平行于粘結面方向施加磁場，對粘結劑中的稀土磁致伸縮材料粉末進行取向，該磁場可以用釹鐵硼磁體提供。加熱固化是將毛坯加熱至60°C?200°C進行固化。
[0019]所述稀土磁致伸縮材料的加工方法可選擇以下兩種方法中的一種:
[0020]方法一:直接將稀土磁致伸縮棒材切割成所需形狀的稀土磁致伸縮材料；
[0021]方法二:將稀土磁致伸縮棒材用機械或人工破碎，研磨成粒度小于2mm的粉末，在強度為80?2400kA / m的磁場中對稀土磁致伸縮粉末進行取向，在I?1MPa的壓力下預壓成型，最后在15?200MPa等靜壓下壓制成型，在燒結爐進行燒結，燒結溫度1100?1300°C，燒結時間為I?10h，得到所需形狀的稀土磁致伸縮材料。
[0022]在本發(fā)明中，所述粘結劑在固化后的厚度< 8mm。所述稀土磁致伸縮材料的原料成分為REFe2或REXRE’ hFe2_y，其中(λ I彡x彡(λ 5，O彡y彡(λ 5，RE、RE’為稀土元素，優(yōu)選為Tb或Dy。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0024]本發(fā)明以由稀土磁致伸縮材料的粉末和高分子有機物組成的混合物作為粘結劑，具有方便成形，提高材料的強度和減少材料的磁致伸縮阻力等優(yōu)點。
[0025]首先，以磁致伸縮材料為薄片為例，用粘接劑粘結磁致伸縮薄片。在發(fā)生磁致伸縮過程中，磁致伸縮薄片間固化后的粘接劑內的磁致伸縮粉末也發(fā)生磁致伸縮效應，即固化后的粘結劑也發(fā)生磁致伸縮，從而減少了固化后的粘結劑對磁致伸縮薄片發(fā)生磁致伸縮時的阻力，有利于提高復合稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)。其次，每塊磁致伸縮材料之間隔著粘結劑，之間彼此絕緣，粘結劑中的磁致伸縮材料粉末之間彼此絕緣，提高了材料的電阻率，有利于提高材料的工作磁場頻率。再次，磁致伸縮材料之間用高分子有機物和磁致伸縮材料粉末組成的粘結劑進行粘結，克服了磁致伸縮材料的脆性，有利于提高材料的整體強度。最后，用粘結方法將磁致伸縮材料進行組合成型，利于制成各種形狀。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的復合稀土磁致伸縮材料粘結前的結構示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明復合稀土磁致伸縮材料的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029]如圖1、2所示，本發(fā)明所制備的復合稀土磁致伸縮材料是由稀土磁致伸縮材料I經粘結劑2粘結而成，其中的粘結劑由稀土磁致伸縮材料粉末與高分子有機物混合而成。
[0030]實施例1
[0031]制取成份為TbuDyuFeuJ原子比)的定向凝固磁致伸縮棒料，將制取的磁致伸縮棒沿軸向切割成若干薄片，薄片長為60mm,寬為30mm,厚為2_。再將制取的磁致伸縮棒材機械破碎，研磨成粒度小于Imm的粉末，將環(huán)氧樹脂與磁致伸縮粉末按8 / 100的比例混合均勻，制成粘結劑。在一片磁致伸縮薄片的60mmX 30mm面上涂抹6mm厚的粘結劑,再將另一片磁致伸縮薄片相同的面重疊于粘結劑上面，并壓實，再依次粘結下一片磁致伸縮薄片。粘結完成后，在平行于長粘結面的方向用釹鐵硼磁體施加的65A / m磁場進行取向，同時在垂直于粘結面的方向施加1.5MPa的壓力，在常溫下固化24小時后，即得到復合稀土磁致伸縮材料的毛坯，再將毛坯整形成要求的形狀，即得到復合稀土磁致伸縮材料。在預應力lOMPa，磁場強度為80kA / m時，復合稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)為1120ppm。該復合稀土磁致伸縮材料的使用頻率達到4.5kHz，拉剪強度為28MPa。
[0032]實施例2
[0033]制取成份為TbaMDya79Feu(原子比)的定向凝固磁致伸縮棒，將制取的磁致伸縮棒沿軸向切割成若干長方柱，長方柱的長為50mm,寬為6mm,厚為4_。再將制取的磁致伸縮棒人工破碎，研磨成粒度小于1.5mm的粉末，將環(huán)氧樹脂與磁致伸縮粉末按15 / 100的比例混合均勻，制成粘結劑。在一條磁致伸縮長方柱的50mmX6mm面上涂抹3mm厚的粘結齊U，再將另一條磁致伸縮長方柱相同的面重疊于粘結劑上面，并壓實，再依次粘結下一條磁致伸縮長方柱。粘結完成后，在常溫下固化45小時后，即得到復合稀土磁致伸縮材料的毛坯，再將毛坯整形成要求的形狀。在預應力8MPa，磁場強度為80kA / m時，復合稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)為1080ppm。該復合稀土磁致伸縮材料的使用頻率達到3.5kHz ;拉剪強度為24MPa。
[0034]實施例3
[0035]制取成份為TbaMDya68Feu5^jtt )的定向凝固磁致伸縮棒，將制取的磁致伸縮棒沿軸向切割成若干薄片，薄片長為40mm,寬為1mm,厚為3mm。再將制取的磁致伸縮棒機械破碎，研磨成粒度小于0.2mm的粉末，將環(huán)氧樹脂與磁致伸縮粉末按6 / 100的比例混合均勻，制成粘結劑。在一片磁致伸縮薄片的40mmX 1mm面上涂抹4mm厚的粘結劑,再將另一片磁致伸縮薄片相同的面重疊于粘結劑上面，并壓實，再依次粘結下一片磁致伸縮薄片。粘結完成后，在烘箱中于180°C的溫度下固化10小時，即得到復合稀土磁致伸縮材料的毛坯，再將毛坯整形成要求的形狀。在預應力6MPa，磁場強度為80kA / m時，復合稀土磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)為910ppm。該復合稀土磁致伸縮材料的使用頻率達到3.0kHz，拉剪強度為3IMPa。
[0036]實施例4
[0037]制取成份為?ν4107(ι.59Ρθι.75(原子比)的定向凝固磁致伸縮棒，將制取的磁致伸縮棒垂直于軸向切割成若干圓片，圓片的直徑為50mm,厚為5_。再將制取的磁致伸縮棒機械破碎，研磨成粒度小于1.5mm的粉末，將環(huán)氧樹脂與磁致伸縮粉末按11 / 100的比例混合均勻，制成粘結劑。在一片磁致伸縮圓片上涂抹7mm厚的粘結劑，再將另一片磁致伸縮圓片重疊于粘結劑上面，并壓實，再依次粘結下一片磁致伸縮圓片。粘結完成后，同時垂直于粘結面的方向施加1.SMPa的壓力，在常溫下固化36小時后，即得到復合稀土磁致伸縮材料的毛坯，再將毛坯整形成要求的形狀，即得到復合稀土磁致伸縮材料。在預應力8MPa，磁場強度為80kA / m時，復合稀土磁致伸縮材料的伸