一种复合结构合金磁电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合结构合金磁电材料，该磁电材料结构包括不同直径且具有同心圆结构的圆环层状第一基板及第二基板，还包括磁电材料微球，微球设置于圆环层状第一基板及第二基板的中心位置，且微球与第二基板的中心环大小匹配；第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基板与第二基板之间通过导线相连；所述第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基板与第二基板之间通过导线相连，所述微球由介电材料和磁性材料按比例1-2:3-4混合制成；本发明专利技术能够提供负的有效介电常数或者负的有效磁导率，并且可以使介电常数和磁导率的共振落在同一频率的区间，从而实现负的折射率，其性能指标大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合结构磁电材料的生产加工
，特别是一种复合结构合金磁 电材料的制备方法。
技术介绍
磁电复合材料的磁电親合是一种磁-力-电的转换效应，在交变磁场作用下，磁电 复合材料中的磁致伸缩相产生动态应变，通过力的传递来驱动压电相产生受迫振动；在某 一特定的交变磁场的频率下，磁电复合材料必然产生谐振现象，此时的交变磁场频率称为 谐振频率；在谐振频率下，磁电复合材料往往得到比较大的磁电电压系数。 目前，在交变磁场频率lkHz-150kHz范围内，大多数磁电复合材料的磁电电压系 数与频率的关系图中只出现一个或者两个谐振峰（即一个或者两个谐振频率)，而且每个谐 振频率并不能单独调节；因此，在一定范围内，实现多谐振频率且谐振频率可调控对于磁电 复合材料的传感器应用具有重大的现实意义。目前常用的材料是建立在对天然材料原有性质的改进和提高上，但随着材料设计 和制备水平的不断提高，对天然材料各种性质和功能的进一步改进的空间越来越小；基于 这种现状，一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料产生，例如超材料；人们 可以通过对材料各种层次的结构和关键物理尺度进行调制从而实现各种物理特性，获得自 然界中在该层次或尺度上有序、无序、或者无结构的材料所不具备的物理性质；超材料的微 结构主要是金属谐振环，但是由于导电损耗不适用于红外及光频段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种复合结构合金磁 电材料及其制备方法。 为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种复合结构合金磁电材料，该磁电材料结 构包括不同直径且具有同心圆结构的圆环层状第一基板及第二基板，第一基板与第二基板 之间存在环状间隙，还包括磁电材料微球，微球设置于圆环层状第一基板及第二基板的中 心位置，且微球与第二基板的中心环大小匹配； 第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基板与第二基板 之间通过导线相连，微球由介电材料和磁性材料按比例1-2:3-4混合制成； 磁性材料位（Feltm aCoa)x-Dyy-Bz_Siw,，制备步骤为： A :将工业纯金属原料Fe、Co、Dy、Si和FeB合金，按（Fe1Q。aCo丄-Dy y-Bz-SiJ^分以原 子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至2 X 10-3Pa，充入高 纯氩气保护气体，调节电流至36-65A，采用电弧熔炼方法反复熔炼4-7次获得成分均匀的 (Fe 10。aCo丄-Dyy-Bz-Siw合金锭子； B :把（Fe1MaCo丄-Dyy-Bz-Siw合金锭子去除氧化层后破碎成小块，并置于酒精中超声 波清洗； C :用小块（Feltm aCoa)x-Dyy-Bz-Siw合金装入下端开口且直径为0. 4-0. 6mm圆形口的石 英管中，抽取真空至4. OX 10 3Pa后，在甩带机炉腔内充入高纯氩气保护，采用高频感应线 圈加热，调节电流为16-25A，感应温度为1200-1600°C ; 熔炼2-3min后，从石英管上部吹入高纯氩气，使熔融材料液体由小孔中喷射到高速旋 转的铜轮上快速甩出，其喷射的线速度为15-18m/s，制得宽度为2-3mm，厚度为40-50 μπι 的磁性材料；本专利技术使用低廉的原料制备出具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料，其 显示磁场驱动马氏体相变效力的特征值dT/dH (单位磁场使相变温度移动的大小）可达到 6. 4K/T，这一数值与已有的造价较高的此类材料的驱动效率相当。 技术效果：本专利技术的磁电复合材料组元为圆环层状磁电复合材料；在一定范围 内，直径不同的圆环层磁电复合材料具有不同的单个谐振频率及谐振峰值，将多个不同直 径的圆环层状磁电复合材料进行串联或并联，形成圆环层状磁电复合材料的串联或并联结 构；在一定范围内，本结构可实现多谐振频率及谐振峰，而且每个谐振频率的大小都可以通 过改变相对应的圆环层状磁电复合材料的直径来调控； 本专利技术的结构设计不仅可以为磁电复合材料器件的多频率操作提供了可能，而且，由 于圆环的结构特性，直径不同的圆环可以环环相扣，不会造成结构体积的增大，便于微型磁 电设备的制备； 本专利技术将介电材料和磁性混合成磁电材料，内嵌在基材中，同时可以提供负的有效介 电常数或者负的有效磁导率，并且可以使介电常数和磁导率的共振落在同一频率的区间， 从而实现负的折射率，其性能指标大大提尚。 本专利技术进一步限定的技术方案是： 进一步的，前述的复合结构合金磁电材料，磁性材料为（Feltw aCoa)x-Dyy-Bz_Siw,，制备 步骤为： A :将工业纯金属原料Fe、Co、Dy、Si和FeB合金，按（Fe1Q。aCo丄-Dy y-Bz-Siw成分以 原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至2 X 10-3Pa，充 入高纯氩气保护气体，调节电流至56A，采用电弧熔炼方法反复熔炼5次获得成分均匀的 (Fe 10。aCo丄-Dyy-Bz-Siw合金锭子； B :把（Fe1MaCo丄-Dyy-Bz-Siw合金锭子去除氧化层后破碎成小块，并置于酒精中超声 波清洗； C :用小块（Feltw aCoa)x-Dyy-Bz-Siw合金装入下端开口且直径为0. 5mm圆形口的石英管 中，抽取真空至4. 0 X 10 3Pa后，在甩带机炉腔内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加 热，调节电流为17A，感应温度为1300°C ; 熔炼2. 5min后，从石英管上部吹入高纯氩气，使熔融材料液体由小孔中喷射到高速旋 转的铜轮上快速甩出，其喷射的线速度为17m/s，制得宽度为2. 5mm，厚度为47 μ m的磁性材 料。 前述的复合结构合金磁电材料，第一基板和第二基板的材料为PZT、PMN-PT或 BaTi 03 材料。 前述的复合结构合金磁电材料，第一基板与第二基板的材料种类相同或者不同。 前述的复合结构合金磁电材料，磁致伸缩材料为Ni金属、CoFe合金或NiFe合金 材料。 本专利技术还设计了一种复合结构合金磁电材料的制备方法，包括如下具体步骤： 按照结构设计要求预置第一基板与第二基板，并在第一基板与第二基板的内外表面 分别沉积一层磁致伸缩材料； @将介电材料和磁性材料按比例1-2:3-4混合成磁电材料； ③采用压模法将磁电材料制成陶瓷微球； Φ将陶瓷微球内嵌到预置的第二基板的中心位置； .在第一基板与第二基板之间连接导线，得到复合结构合金磁电材料。 前述的复合结构合金磁电材料的制备方法，其特征在于，第一基板采用电镀工艺 在其内外表面沉积一层磁致伸缩材料；第二基板采用化学镀工艺在其内外表面沉积一层磁 致伸缩材料。【具体实施方式】 实施例1 本实施例提供的一种复合结构合金磁电材料，该磁电材料结构包括不同直径且具有同 心圆结构的圆环层状第一基板及第二基板，第一基板与第二基板之间存在环状间隙，还包 括磁电材料微球，微球设置于圆环层状第一基板及第二基板的中心位置，且微球与第二基 板的中心环大小匹配； 第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基板与第二基板 之间通过导线相连；第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基 板与第二基板之间通过导线相连，微球由介电材料和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构合金磁电材料，其特征在于，该磁电材料结构包括不同直径且具有同心圆结构的圆环层状第一基板及第二基板，所述第一基板与第二基板之间存在环状间隙，还包括磁电材料微球，所述微球设置于所述圆环层状第一基板及第二基板的中心位置，且所述微球与第二基板的中心环大小匹配；所述第一基板与第二基板的内外表面均沉积有一层磁致伸缩材料且第一基板与第二基板之间通过导线相连，所述微球由介电材料和磁性材料按比例1‑2:3‑4混合制成；所述磁性材料为(Fe100‑aCoa)x‑Dyy‑Bz‑Siw，，制备步骤为：A：将工业纯金属原料Fe、Co、Dy、Si和FeB合金，按(Fe100‑aCoa)x‑Dyy‑Bz‑Siw成分以原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至2×10‑3Pa，充入高纯氩气保护气体，调节电流至36‑65A，采用电弧熔炼方法反复熔炼4‑7次获得成分均匀的(Fe100‑aCoa)x‑Dyy‑Bz‑Siw合金锭子；B：把(Fe100‑aCoa)x‑Dyy‑Bz‑Siw合金锭子去除氧化层后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗；C：用小块(Fe100‑aCoa)x‑Dyy‑Bz‑Siw合金装入下端开口且直径为0.4‑0.6mm圆形口的石英管中，抽取真空至4.0×10‑3Pa后，在甩带机炉腔内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流为16‑25A，感应温度为1200‑1600℃；熔炼2‑3min后，从石英管上部吹入高纯氩气，使熔融材料液体由小孔中喷射到高速旋转的铜轮上快速甩出，其喷射的线速度为15‑18m/s，制得宽度为2‑3mm，厚度为40‑50μm的磁性材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国建，
申请(专利权)人：无锡华虹信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32