本发明专利技术提供一种磁致伸缩材料及其制备方法。该磁致伸缩材料成分为(Fe1-xGax)100-yREy，其中0.17≤x≤0.19，0.01≤y≤0.2，RE选自Tb、La、Sm、Dy、Lu、Ho、Er和Tm中的一种或多种。在将按照成分要求配备的Fe、Ga和RE熔炼成母合金铸锭并制成母合金棒后，将母合金棒和<100>取向的FeGa单晶籽晶置于定向凝固设备中，对定向凝固设备抽真空并充入保护气体后，加热使母合金棒完全熔融并且FeGa单晶籽晶上部熔融，将熔融的材料沿着FeGa单晶籽晶下部抽拉到冷却液中进行定向凝固，并控制温度梯度为1×105～9×105K/m，生长速度为1000～20000mm/h。本方法制备的磁致伸缩材料为<100>取向的单晶材料，稀土元素完全固溶到FeGa基体中，其饱和磁场仅为100～500Oe，磁致伸缩系数高达300～1500ppm，综合使用性好，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁性材料，特别是涉及。
技术介绍
磁致伸缩材料作为一类重要的铁磁功能材料，其几何尺寸会随磁化状态的改变在各个方向发生可逆变化，这种磁场诱发的可逆形变被称作磁致伸缩。自1842年焦耳提出磁致伸缩效应以来，磁致伸缩材料就被广泛应用到航空、航海、机器人、新能源、生物医学等诸多领域，在国民经济和工业生产中发挥着重要作用。FeGa合金作为最新一代的磁致伸缩材料，以饱和磁场低、力学性能好、磁致伸缩大等良好的综合使用性能而被广泛关注，成为二十一世纪的战略新材料。尽管FeGa合金的综合使用性能良好，然而传统的FeGa 二元合金饱和磁致伸缩系数仅为Terfenol-D合金的1/5，因此优化工艺制备〈100〉取向的单晶材料以及设计合金成分使FeGa基体具有更大的磁致伸缩系数，成为进一步提高FeGa基体磁致伸缩性能的必然选择。目前，国内外针对FeGa合金的研宄也主要集中在提高磁致伸缩性能和优化材料制备工艺上。公开号为CN101086912A的中国专利公开了一种FeGa-RE系磁致伸缩材料及其制造工艺，该磁致伸缩材料为多晶体。其主要成分为Fe、Ga和RE，其中加入了 La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy中的一种或一种以上，含量为0.01-20at%。该磁致伸缩材料的制造工艺包括将原料精炼后的合金浇注成所需要的圆棒、对合金棒用高温度梯度快速凝固法或提拉法或Bridgman法，进行晶体定向生长，最终得到〈100〉和〈110〉取向的磁致伸缩材料。然而，该材料的磁致伸缩系数仅为300ppm左右，使用此方法制备的材料磁致伸缩性能未得到明显提升，其原因可能在于稀土原子是以第二相形式析出钉扎在晶界处而并未固溶到FeGa基体中。公开号为CN103556045A的中国专利公开了一种基于FeGa-RFeJIt晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料及其制备方法，该磁致伸缩多晶材料的成分为(Fe1QQ_xGax) Y(RFe2)z，其中10彡X彡40，Y与Z调节赝二元系中补偿成分的比例Y: Z = I?20,RFe2为TbFe2、SmFe2> DyFe2> HoFe2> ErFe2> TmFe2中的一种或者几种。该专利通过在FeGa合金中添加Tb、Sm等稀土元素，并使用真空甩带工艺制备出〈100〉取向的单相均匀多晶条带。然而，真空甩带工艺制备的多晶条带厚度仅为几十微米，而且条带样品由于特殊的形状各向异性导致低场(< 5000e)磁致伸缩性能极差(< 50ppm)，不能满足大功率换能器等磁致伸缩器件对于低场高性能三维晶体材料的使用需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种磁致伸缩材料，其为〈100〉取向的单晶材料，并且材料中稀土元素完全固溶到FeGa基体中，不仅磁致伸缩系数明显提高，此外饱和磁场相对较低，综合使用性好。本专利技术还提供一种磁致伸缩材料的制备方法，其操作简单、工艺易于控制，并且能够制得磁致伸缩性能和综合使用性良好的磁致伸缩材料。本专利技术提供一种磁致伸缩材料，其成分为(Fei_xGax) 1C)C)_yREy，其中0.17彡x彡0.19，0.01 彡 y 彡 0.2，RE 选自 Tb、La、Sm、Dy、Lu、Ho、Er 和 Tm 中的一种或多种。进一步地，所述磁致伸缩材料的成分为(Fea83Gaai7)99.95TbaC)5、(Fea83Gaai7)99.95Sm0.05、(Fe0.83Ga0.17) 99.95〇Υθ.05、(Ρθ0.83^?.17) 99.95^00.05'' ^θ0.83^?.17) 99.95^^0.05 ^ (Fe0 83Ga017)99 95ΤΙ?0.05'' (Fe0.81Ga0.19) 99.95Tb0.05、(Fe0_ 81^?.19) 99.95SIT10.05'' ^θ0.81^^0.19) 99.95^Υθ.05'' (Fe0 8lGa019)99.95Η00.05'' (Fe0.81Ga0.19) 99.95Εγ0.05、(Fe0.81Ga0.19) 99.95^11?.05、(Fe0.83^?.17) 99.97LU0.(Fe0.81Ga0.19) 99.θθΟΥο.04'' (Fe0.S2Ga0.18) 99.^Sm0.02、(Fe0.81Ga019)99.9Tm01、(Fe0 81Ga0.19) 99.8La0.2、(Fe0.82Ga018)99.8(HoEr) 02、(Fe0 83Ga0 17) gg.84 (SmTm) 0 16、(Fe0 82Ga0 18) 99 85 (HoErTm) 0 15或(Fe 0.81^?.19)99.85 (TbDyH。) 0.15。进一步地，所述磁致伸缩材料为〈100〉取向的单晶材料。特别是，所述磁致伸缩材料在2Θ为27°?28。之间具有(200)衍射峰，并且在2 Θ为56°?57°之间具有(400)衍射峰；此外，该磁致伸缩材料不同晶面族衍射斑点四重对称。进一步地，所述磁致伸缩材料中，RE在FeGa基体中完全固溶。本专利技术对所述完全固溶并不严格限制，其中也可以包括基本完全固溶的情形。具体地，可以通过BSE图像上没有或基本没有RE元素析出相的形貌证明RE在FeGa基体中完全固溶。进一步地，所述磁致伸缩材料存在多条位错线。特别是，多条位错线中的至少两条位错线形成交叉；尤其是，多条位错线相互交叉于一处而形成从该处向四周辐射的放射线状。该位错线的长度可以为30?150nmo进一步地，所述磁致伸缩材料的饱和磁场为100?5000e，例如为300?5000e，优选为300?4000e，进一步优选为300?3500e。进一步地，所述磁致伸缩材料的饱和磁致伸缩系数为300?1500ppm，优选为450?1500ppm，进一步优选为650?1500ppm，更进一步优选为1000?1500ppm。进一步地，所述磁致伸缩材料为棒状材料，其直径为I?10mm，长度为I?20mm，优选为直径5?10_，长度10?20_。本专利技术还提供一种上述任一所述的磁致伸缩材料的制备方法，包括如下步骤:I)按照磁致伸缩材料的成分要求配备Fe、Ga和RE原料；2)将配备的Fe、Ga和RE原料熔炼成母合金铸锭；3)将所述母合金铸锭熔化，并通过真空吸铸制成母合金棒；4)将所述母合金棒和〈100〉取向的FeGa单晶籽晶置于定向凝固设备中，并使FeGa单晶籽晶下部浸入冷却液，对定向凝固设备抽真空并充入保护气体后，加热使母合金棒完全熔融并且FeGa单晶籽晶上部熔融，将熔融的材料沿着FeGa单晶籽晶下部抽拉到冷却液中进行定向凝固，并且控制所述定向凝固的温度梯度为I X 15?9 X 10 5K/m，生长速度为1000?20000mm/h，制得所述磁致伸缩材料。在本专利技术中，定向凝固指的是在凝固金属(即未熔融金属)和未凝固金属熔融体中建立特定方向的温度梯度(G)，使熔融体沿着与热流相反的方向凝固的一种铸造工艺；生长速度指的是将熔融体向冷却液中抽拉的速度。本专利技术所选择的特定稀土元素具有大尺寸和大磁晶各向异性，同时在上述特定的温度梯度和生长速度下进行定向凝固有利于实现稀土元素在FeGa基体中的完全固溶以及磁致伸缩材料的单晶取向。进一步地，温度梯度优选为I 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁致伸缩材料，其特征在于，其成分为(Fe1‑xGax)100‑yREy，其中0.17≤x≤0.19，0.01≤y≤0.2，RE选自Tb、La、Sm、Dy、Lu、Ho、Er和Tm中的一种或多种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋成保，孟崇峥，王敬民，张天丽，刘敬华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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