专利名称：：一种高性能环形粘结稀土超磁致伸缩材料及其制备方法和装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及稀土磁性功能材料及制备技术，具体是一种高性能环形粘结稀土超磁致伸縮材料及其制备方法和装置。技术背景-稀土-铁系超磁致伸縮材料(GiantMagnetostrictiveMaterial,GMM)是美国海军研究所A.E.Clark等人首先研制开发出来的新型功能材料。典型的GMM为稀土元素(Tb),镝(Dy)和过渡金属铁(Fe)组成的三元金属间化合物TbDyFe，常用的成分为Tbo.3Dyo.7Fei.95，商品牌号为Terfenol-D。与传统的声学材料压电陶瓷(PZT)或Ni、C等磁致伸縮材料相比，GMM具有更加优异的性能。在室温下就具有巨大的磁致伸縮应变，应变量高达15002000x10—6，为压电陶瓷的几倍，Ni、C的几十倍，具有高的能量密度(1400025000J/m、和高的能量转化效率。此外GMM还具有低场磁致伸缩大、软磁性好、磁各向异性抵消、声速低等特点，同时其居里温度高达600700K。因此，Terfenol-D在水声换能器、大功率执行器、控制器、有源消振以及力、位移传感器等方面得到了越来越广泛的应用。GMM在各方面表现出来的优异性能，使得稀土超磁致伸縮材料的生产和应用被普遍认为将是二十一世纪新的经济增长点。我国稀土资源丰富，在世界上储量第一，因而对此材料的研究将会更富有理论意义和实际意义。为克服Terfend-D棒材脆性大、加工困难、高频磁场作用时材料发热等缺点，近几年又提出了基于超磁致伸縮合金的聚合物粘结复合材料GMPC(GiantMagnetostrictivePowderComposite),可以极其有效地克服上述缺点，虽然由于非磁致伸縮的粘结性胶的加入会降低材料的磁致伸縮性能，然而其它性能则得到极大的改善。由于在复合材料中绝缘性胶的加入包围了Terfenol-D颗粒，割断了材料中的涡流，降低了损耗，因而其高频性能可得到极大的提高；除此以夕卜，GMPC还有很多优越的性能(l)提高了材料的机械强度；(2)由于固化时候本身会产生预应力，可以减少甚至省掉预加载荷；(3)GMPC中的GMM含量的减少及工艺的简单化可以降低成本；(4)GMPC可以加工成任意形状；(5)其磁致伸縮性能可以与GMM抗衡。瑞典的L.Sandlund最先采用高聚物粘结法制备超磁致伸縮复合材料(^jEjj"肃，教#霍搭祭7^/^朋/力,会#辨游劍备工艺/1)/.给东潔'/^欠资工_#乂紫2卵0)，牌号为MAGMEK91，与常规的Terfenol-D棒材的性能比较如表1所示表lGMPC(MAGMEK91)及常规的Terfenol-D棒材(MAGMEK86)的性能比较<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>由此可见GMPC表现出较大的电阻率，说明在高频下其涡流损耗较小。其拉应力是Terfenol-D棒材的4倍，声速较接近，杨氏模量和压应力稍低。1994年，Sandual等制备的树脂基Terfenol-D复合材料的Xs为700xl(T6，与多晶Terfenol-D相当(参faw/7^/^0/-。/"/7.』々7;^./^，,"何，75(7^.'M56565S)。美国加里福尼亚大学McKnight博士利用粉末粘结-磁场成型法成功制得<112>定向Terfenol-D复合材料，其Xs达1500xl(T6(^iDt"廨；Geo,e;vPMcK"z'gfe.<7/2>Orz'e她cffer/e/w/-￡>comp肌to/D_/.(7m'W5^。/Ca/z/oro'(3，丄os，"。目前在我国一些单位，如北京有色金属研究总院，北京科技大学、包头稀土研究院、桂林电子科技大学等也在进行这方面的研究工作。中国专利申请号为200610011895.4公开了北京科技大学张深根等发明的一种粘结稀土超磁致伸縮材料的制备工艺，该发明将原料、筛子、小型球磨机等放入手套箱中制粉，抽真空，然后在惰性气体保护状态下进行制粉；按成分配比比例称取相应量的粘结剂、偶联剂，并与粉末均匀混合；将混合好的粉末在磁场压机上进行垂直磁场模压成形，然后对压坯进行真空封装，接着进行冷等静压；使压坯固化，获得高性能的粘结稀土超磁致伸縮材料，磁致伸縮达998xl0久1020xl0—6。但是，上述一些制备工艺中，所需的制备条件均很苛刻，关键制备环节均需在真空环境中进行，且制备设备要求高，成本高，同时操作繁杂，难度较大。
发明内容本发明的目的是提供一种改进的低成本、高性能、成分敏感性低、工艺简单、易操作的环形粘结稀土超磁致伸縮材料及其制备方法和装置。本发明目的通过下述技术方案来实现一种环形粘结稀土超磁致伸縮材料由下述配方原料经均匀混合后，在环形腔成型模具中压制成型、保压、静置、脱膜制成，各组分原料用量重量百分比为TbxDyLxFe2—y合金粉8098%环氧树脂119%固化剂0.13%其中TbxDy,.xFe2管y为0.27《x《0.33，0<y《0.05。本发明环形粘结稀土超磁致伸縮材料的制备方法，包括如下歩骤(1)将TbxDy^Fe2.y合金铸锭，置于无水乙醇保护介质中，机械破碎制粉，用低沸点有机溶剂萃取无水乙醇后，粉末经自然晾千5-20分钟，过120目筛；(2)按配方及用料量称取原料；(3)将环氧树脂与合金粉末在丙酮溶液中混合均匀，搅拌加热蒸发溶液，冷却后，加入固化剂，混合均匀；(4)将混合好的原料转移至模具装置内，在100-600MPa压力下，在压机上压制成型，适当保压后，在室温下静置24小时或在80-120'C的温度下静置l-4小时固化，脱模制得高性能的环形粘结稀土超磁致伸缩材料。优选的，上述步骤中，所用低沸点有机溶剂为石油醚，所用原料TbxDy!.xFe2.y中，x=0.30，y=0.05;所用环氧树脂为E-44，环氧树脂占配料总重量的1.55.5%，固化剂为多乙烯多胺，成型压力为400MPa，保压一刻钟，在室温下静置24小时。实现本发明制备方法的装置为环型腔成型模具环形腔成型模由上卸模架、中部型腔、下部下卸模架组成，在型腔的中部设置有型芯，型芯呈圆柱形，在型芯的外侧周边留有放置上型腔镶件、填充制件、下型腔镶件和供上卸模架插入的空腔，上卸模架与型腔插接，插接后在压型机上压制成型。使用时，将型腔置于下卸模架上方，在型芯外周边设置的空腔内自下而上的放置下型腔镶件、填充制件和上型腔镶件，将上型模架插入空腔与上型腔镶件配接；脱模时，只要将下卸模架倒置，将固化好的产品压出即成。本发明的优点在于设备和工艺都极为简单，操作也非常容易，特别是能制备出此前需要用特别方法和设备才能制得的、性能相当的环形粘结稀土超磁致伸縮材料。图l本发明环型腔成型模具结构与装配示意图；图中l.上卸模架2.型芯3.上型腔镶件4.型腔5.填充制件6.下型腔镶件7.下卸模架图2为实施例1中所制备的环形粘结稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮系数与外磁场强度的关系曲线图；图3为实施例2中所制备的环形粘结稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮系数与外磁场强度的关系曲线图。具体实施方式实施例1:(1)将成分为TbQ.3DyQ.7。Fei.95的原料置于无水乙醇保护介质中，机械破碎制粉后，用石油醚萃取无水乙醇2-3遍后，将所得粉末经自然晾干一刻钟后，过120目筛，再置于无水乙醇保存备用；使用时重复上述的萃取、干燥过程即可；(2)将占配料总量5.3%的环氧树脂&44与94%的合金粉末配料，置于丙酮溶剂中充分搅拌混料，同时加热蒸发掉溶剂，冷却后，加入占配料总量0.7%的多乙烯多胺，充分搅拌后，转移到环形腔模具内，在模具的空腔中从下至上依次放置下型腔镶件6、填充制件5的原料、上型腔镶件3，上卸模架1与型腔4插接；(3)在400MPa的压力下，在压机上将配料压制成型，保压一刻钟后，在室温下静置24小时固化，脱模制得高性能的环形粘结稀土超磁致伸縮材料。本实施例所制备的环形粘结稀土超磁致伸縮材料，未加预应力时饱和磁致伸縮系数为821xl(T6，加上lMPa预应力后，饱和磁致伸縮系数增至1006xl(rS样品的密度为6.31g/cm3;本实例所制备的环形粘结稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮系数与外磁场强度的关系曲线如图2所示。实施例2:如实施例l所示，所不同的是，步骤(2)中按配料总量1.8%的环氧树脂与98%的合金粉末配料，加入占配料总量0.2%的多乙烯多胺，未加预应力时饱和磁致伸縮系数为774x10—6，加上lMPa预应力后，饱和磁致伸縮系数增至1070x10、样品的密度为7.10g/cm3。本实例所制备的环形粘结稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮系数与外磁场强度的关系曲线如图3所示。实施例3:如实施例1所示，所不同的是步骤(2)中按配料总量11.5%的环氧树脂与87%的合金粉末配料，加入占配料总量1.5%的多乙烯多胺，未加预应力时饱和磁致伸縮系数为592x10—6，加上lMPa预应力后，饱和磁致伸縮系数增至855x10、样品的密度为4.69g/cm3。实施例4:如实施例l所示，所不同的是步骤(3)中，在9(TC的温度下静置3小时固化。未加预应力时饱和磁致伸縮系数为805xl0"，加上lMPa预应力后，饱和磁致伸縮系数增至898x10、样品的密度为6.26g/cm3。实施例5:实现实施例l-4制备方法的装置为环形腔成型模具，它由上卸模架l、中部型腔4、下部下卸模架7组成，在型腔4的中部设置有型芯2，型芯2呈圆柱形，在型芯2的外侧周边留有放置上型腔镶件3、填充制件5、下型腔镶件6和供上卸模架1插入的空腔，上卸模架1与型腔4插接。权利要求1、一种环形粘结稀土超磁致伸缩材料，其特征在于由下述配方原料经均匀混合后，在环形腔成型模具中压制成型、保压、静置、脱膜制成，各组份原料用量重量百分比为TbxDy1-xFe2-y合金粉80～98％环氧树脂1～19％固化剂0.1～3％其中TbxDy1-xFe2-y为0.27≤x≤0.33，0＜y≤0.05。2、一种环形粘结稀土超磁致伸缩材料的制备方法，包括TbxDy"xFe2—y合金锭机械破碎制粉、低沸点有机溶剂萃取，环氧树脂与合金粉在丙酮溶液中混匀，成型后室温静置，其特征是(1)将TbJ)y!-xFe2.y合金铸锭，置于无水乙醇保护介质中机械破碎制粉，萃取无水乙醇后，粉末经自然晾干5-20分钟，过120目筛；(2)将混合均匀的原料转移至环形腔成型模具内，在100-600MPa压力下，在压机上压制成型，适当保压后，在80-120"C的温度下静置1-4小时固化，脱模制得高性能的环形粘结稀土超磁致伸縮材料。3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征是优选的低沸点有机溶剂为石油醚，所用原料TbxDyi-xFe2-y中，x=0.30，y=0.05，环氧树脂占配料总质量的1.55.5%，成型压力为400Mpa，保压一刻钟，在室温下静置24小时。4、实现权利要求2制备方法的装置，其特征是该装置为环形腔成型模具，它由上卸模架(1)、中部型腔(4)、下部下卸模架(7)组成，在型腔(4)的中部设置有型芯(2)，型芯(2)呈圆柱形，在型芯(2)的外侧周边留有放置上型腔镶件(3)、填充制件(5)、下型腔镶件(6)和供上卸模架(1)插入的空腔，上卸模架(1)与型腔(4)插接。全文摘要本发明公开了环形粘结稀土超磁致伸缩材料及其制备方法和装置，它是将Tb<sub>x</sub>Dy<sub>1-x</sub>Fe<sub>2-y</sub>的合金铸锭置于无水乙醇保护介质中机械破碎制粉，用低沸点有机溶剂萃取无水乙醇后，粉末经自然晾干过筛，将环氧树脂、固化剂与合金粉末按一定质量比均匀混合；用本发明的环形腔成型模具压制成型，在室温下静置24小时，或在80-120℃的温度下静置1-4小时固化，脱模而制得。本发明的优点在于成本低、工艺简单、操作容易，特别是能制备出当前需要用特殊方法和设备才能制得的、性能相当的环形粘结稀土超磁致伸缩材料。文档编号C22C30/00GK101220437SQ20081007344公开日2008年7月16日申请日期2008年1月26日优先权日2008年1月26日发明者周怀营,钢成,江民红,顾正飞申请人:桂林电子科技大学