镨基立方Laves相大块纳米晶的合成及超磁致伸缩效应的研究

理论计算表明，当稀土巨磁致伸缩多晶合金的晶粒尺寸小于一定尺度时将会表现出较大的低场磁致伸缩效应。针对目前稀土立方Laves相大块纳米晶研究的报道较少，本项目拟以便宜的轻稀土Pr基各向异性补偿系列合金为研究对象，在已有的研究基础之上，探索用一定的高压工艺制备常规方法所不能合成的新型Pr基大块纳米晶磁致伸缩材料。掌握高压下合金纳米结构的形成规律，探索高压下合金纳米结构形成机制；对其基本磁学性能、磁畴结构、力学性能、磁致伸缩性能等进行系统研究，揭示立方Laves相大块均匀纳米晶的磁性和磁致伸缩效应随样品微结构变化的规律，发展和完善磁致伸缩理论；制备出室温低磁场下具有良好磁致伸缩性能的大块纳米晶合金，为发展价格低廉和性能优异的新型稀土超磁致伸缩材料提供依据。

理论计算表明，当稀土巨磁致伸缩多晶合金的晶粒尺寸小于一定尺度时将会表现出较大的低场磁致伸缩效应。由于缺乏有效的制备方法，所以关于稀土立方Laves相大块纳米晶的实验研究却鲜有报道。鉴于此，本项目以便宜的轻稀土基磁致伸缩材料为研究对象，分别采用1）熔体快淬结合后续高压退火的方法和2）高压急冷熔融金属法制备了一系列常规方法所不能合成的Pr基立方Laves相大块纳米晶合金，掌握了高压下磁致伸缩合金纳米结构的形成机制，揭示了立方Laves相大块纳米晶的磁性和磁致伸缩效应随样品微结构变化的规律，实现了低场下大磁致伸缩效应。我们采用熔体快淬结合后续高压退火的方法制备了平均晶粒尺寸为20nm的Pr-Fe-B、Pr-Fe-Zr等一系列立方Laves相大块纳米晶合金。同时，通过调节外加压力实现了对合金的晶粒尺寸的控制，晶粒尺寸随着压力的增大而减小，我们认为这是非晶在高压下再结晶过程中，高压促进其成核而抑制其生长而导致。例如，平均晶粒尺寸为20nm的Pr(Fe0.95B0.05)1.93立方Laves相块体纳米晶合金在3 kOe高达514 ppm，比晶粒尺寸50nm的提高了25%。本项目还采用高压急冷熔融金属法成功制备了Pr基大块纳米晶材料，例如我们采用此方法合成的Tb0.1Pr0.5Nd0.5Fe1.93立方Laves合金实现了5 kOe时 936ppm的好数据。本项目近一步对块体纳米晶的磁致伸缩机理进行了研究，我们实验证实了当样品的尺寸小于临界尺寸时，可以获得低的各向异性和高的低场磁致伸缩值。这是因为磁致伸缩效应让近邻的晶粒磁化方向趋于相同，从而增强相互作用，使得磁致伸缩能大于各向异性能。总之，该项目为发展价格低廉和性能优异的新型稀土超磁致伸缩材料提供了一定的科学依据。