本发明专利技术涉及一种梯度磁致伸缩材料及其制备方法。本发明专利技术方法是在有机高分子单体中加入一定量的磁致伸缩合金，在适当的温度条件下机械搅拌均匀。如果有机物为热固性聚合物，在体系分散均匀后，再加入适量的固化剂或交联剂，继续搅拌均匀。将弥散复合体系注入模具中，然后将运动磁场作用于模具处，驱动磁致伸缩颗粒随磁场运动，形成梯度分布。将成型后的样品置于烘箱内保温固化一定时间，直至样品完全固化。本发明专利技术制备梯度磁致伸缩材料的工艺简单，实用。制备的梯度磁致伸缩样品组织致密，表面比较平整。基体中的磁致伸缩颗粒在磁场运动方向形成梯度分布，从而呈现梯度磁致伸缩性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于新材料和材料制备领域。
技术介绍
功能梯度材料是指材料的组成、结构等构成要素在材料的某个方向上连续变化，从而使材料的性能也呈连续变化的一种非均质复合材料。关于功能梯度材料研究主要有三个方面，即材料设计、材料制备和特性评价。其中，材料的制备与结构控制是实现功能梯度材料设计目标并获得适当的组元分布、显微组织与所需性能的关键，也因此是研究的热点。功能梯度材料的制备方法主要有粉末冶金、自蔓延反应合成、激光烧结、离心铸造、电解析出、等离子喷涂、气相沉积、多弧离子镀等铁磁性材料和亚铁磁性材料随自身磁化状态改变的弹性形变现象，称为磁致伸·缩。磁致伸缩机理可简单解释如下，磁体在居里温度以下有磁畴结构，每个磁畴存在自发磁化，从而也存在自发应变。由于各个磁畴的自发磁化方向不同，因此在没有外磁场时，自发磁化引起的形变互相抵消，显示不出宏观效应。在外磁场的作用下，各个磁畴的自发磁化都旋转趋向外磁场方向，磁畴形变也趋向外磁场方向，这就产生了宏观的磁致伸缩应变。在磁致伸缩效应发现后近一个世纪的时间里，磁致伸缩材料的研究与发展都十分缓慢，直到1940年，Ni和Co多晶体的磁致伸缩效应才首先在超声波领域得到应用，其磁致伸缩系数为40ppm。进入50年代，人们又研制出Fe-13% Al磁致伸缩材料。然而这些材料的磁致伸缩系数都是10_6 10_5的量级，与其热膨胀系数接近，因此均未得到大规模的工业应用。1963年,美国水面武器中心的Legvoid和Clark博士发现稀土元素Tb和Dy在OK温度附近的磁致伸缩系数极大，并发现其它重稀土元素也有这种性质。1972年，Clark等发现了TbFe2, DyFe2, SmFe2等RFe2系立方Laves相结构化合物在室温下具有大的磁致伸缩系数，。1973年，Clark等成功发现了 Tba27Dya73Fe2的超磁致伸缩材料,商品牌号为Terfenol_D。2000年Clark等人发现加入Ga能使Fe的磁致伸缩性能提高十倍乃至几十倍，纯铁的磁致伸缩系数仅20X 10_6左右，而加入Ga之后，其单晶体沿晶向的饱和磁致伸缩系数达到400X 10_6。Fe-Ga合金材料被美国海军表面武器试验室命名为Galfenol。它的饱和磁场较低(8 17kA/m)，仅为Terfenol-D的1/10，磁场灵敏度较高。目前磁致伸缩系数较高的磁致伸缩材料往往材质较脆，而且在外加高频交变磁场作用下，磁致伸缩材料内部将产生巨大的涡流效应，从而限制了其在超声领域中的应用。针对磁致伸缩合金的特点，人们将磁致伸缩合金颗粒与树脂复合制备出智能复合材料，即利用树脂基体来保证复合材料的韧性，同时磁致伸缩合金颗粒可以提供功能特性。磁致伸缩材料粉末通过环氧树脂粘结起来，磁致伸缩材料粉末均匀分布并包裹于环氧树脂基体内，粉末与粉末之间由绝缘树脂阻隔，这样就使得涡流不能在大范围内形成回路，降低了涡流损耗，同时材料易机械加工，可做成各种不同的形状。本专利技术是将磁致伸缩合金粉末弥散分布在有机物单体中，通过运动磁场对磁粉的驱动作用，获得沿磁场运动方法的成分梯度，经固化获得梯度磁致伸缩材料。
技术实现思路
本专利技术是在磁致伸缩复合材料目前研究成果的基础上，制备出来的一种梯度磁致伸缩材料，并提供一种制备梯度磁致伸缩材料的方法。本专利技术方法的具体步骤为步骤I)颗粒复合体系制备在100份的热固性或热塑性有机物单体中加入5 100份平均尺寸为O. I 100 μ m的磁致伸缩颗粒，在20 250°C条件下搅拌分散O. 5 IOh ;对于热固性有机单体，还需在体系分散均匀后，再加入I 15份固化剂或交联剂，继续搅拌30s。所述的有机单体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯等。所述的磁致伸缩颗粒为Terfenol-D合金、NiMnGa合金、RE-Fe (RE代表稀土元素，具体为Sm、Dy、Tb、Pr、Ga等)合金中的一种或几种。所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺、间苯二甲二胺。所述的交联剂为苯乙烯。步骤2)运动磁场驱动将弥散复合体系注入模具中，然后将运动磁场作用于模具处，磁场强度为O. 01 2. 0T，运动速度为O. I 20mm/s，驱动次数为I 100次。所述的磁场是由电磁铁或永磁体产生。步骤3)固化将驱动成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20 200°C，保温I 480h。 本专利技术是将磁致伸缩合金与有机单体组成的复合体系，在磁场中利用外磁场对粒子的驱动作用，使磁致伸缩合金在有机物中沿磁场运动方向呈梯度分布，经固化后获得梯度磁致伸缩材料。获得的梯度磁致伸缩材料不但具有由磁致伸缩颗粒赋予的磁致伸缩特性，而且由于颗粒的在平行磁场运动方向上的梯度分布，在该方向呈现出梯度磁致伸缩特性。本专利技术的优点是I)获得了一种梯度磁致伸缩材料，该材料随着聚合物基体中磁致伸缩合金含量的梯度分布，而呈现出磁致伸缩性能的梯度分布。2)提供了一种简便制备梯度磁致伸缩材料的方法，该方法利用外磁场对磁致伸缩合金的磁驱动作用，通过磁场运动来驱动磁性颗粒随着磁场运动，从而获得沿磁场运动方向的磁致伸缩合金梯度分布。附图说明图I是梯度磁致伸缩材料制备原理示意图。图中，磁致伸缩颗粒I、聚合物基体2、初始位置磁南极3、初始位置磁北极4、终了位置磁南极5、终了位置磁北极6。在磁极3、4以速度V由位置(a)处移动到位置(b)处时，磁致伸缩颗粒I将随着磁场迁移，最终沿磁场方向形成梯度分布。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术进行详细描述，以便更好地理解本专利技术的目的、特点和优点。虽然本专利技术是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本专利技术局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本专利技术权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术涉及。本专利技术提供的一种梯度磁致伸缩材料的制备方法包括以下步骤步骤I)颗粒复合体系制备在100份的热固性或热塑性有机物单体中加入5 100份平均尺寸为O. I 100 μ m的磁致伸缩颗粒，在20 250°C条件下搅拌分散O. 5 IOh ;对于热固性有机单体，还需在体系分散均匀后，再加入I 15份固化剂或交联剂，继续搅拌30s。步骤2)运动磁场驱动将弥散复合体系注入模具中，然后将运动磁场作用于模具处，磁场强度为O. 01 2. 0T，运动速度为O. I 20mm/s，驱动次数为I 100次。步骤3)固化将驱动成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20 200°C，保温I 480h。所述的有机单体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。所述的磁致伸缩颗粒为Terfenol-D合金、NiMnGa合金、RE-Fe (RE代表稀土元素,具体为Sm、Dy、Tb、Pr、Ga等)合金。所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺、间苯二甲二胺。所述的交联剂为苯乙烯。所述的磁场是由电磁铁或永磁体产生。所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的磁致伸缩颗粒沿磁场运动方向呈梯度分布。采用电阻应变仪表征样品磁致伸缩性能。实施例I :在100份的不饱和聚酯单体中加入10份平均颗粒尺寸为11 μ m的Terfenol-D合金粉，在20°C水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种梯度磁致伸缩材料，其特征在于该材料由磁致伸缩合金颗粒与聚合物基体组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓领，金顶峰，洪波，金红晓，王新庆，徐靖才，葛洪良，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。