[发明专利]一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料，原子比组成为：Tb_xDy_0.9‑xPr_0.1Fe₂，其中0≤x≤0.6；制备方法包括：按上述原子比，配比稀土Tb、Dy、Pr和金属Fe；将各原料放置真空电弧熔炼炉腔内的铜坩埚内，于惰气保护下搅拌，电弧熔炼；再切换循环液为0℃后，熔炼材料至熔融状态，并维持一段时间；关闭电弧电流，继续搅拌冷却；最后将材料取出真空退火后，制得磁致伸缩材料。本发明通过引入轻稀土Pr部分替代重稀土Tb和Dy，并通过寻找TbPrFe₂和DyPrFe₂两种材料的准同型相界，获得具有高磁致伸缩效应的新型材料。其制备过程简单，时间短，降低了能耗成本，具有很强的实用性和广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩材料及制备方法，具体涉及一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料及制备方法，属于金属磁性材料技术领域。

背景技术

自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。而在这一类材料中，稀土磁致伸缩材料因其优异的性能成为该类材料的佼佼者。稀土磁致伸缩材料被广泛用于制造超大功率超声换能器；制造反噪声与噪声控制，反振动与振动控制系统；微位移驱动器等功能器件。稀土磁致伸缩材料，主要是指RFe₂(R为稀土)这一类Fe基C15 Laves相稀土金属间化合物。这种Fe基C15 Laves相稀土金属间化合物的优秀代表是Terfenol-D，它的组成成分为Tb_0.27Dy_0.73Fe₂。这种材料的发明人是美国的A.E.Clark等人和H.T.Savage等人，他们已分别申请了美国专利，专利号分别为3949351和4308474。

日本东芝公司在Terfenol-D材料的基础上通过添加少量的Mn替代Fe，得到一种含有少量Mn的超磁致伸缩材料，并且这种材料也申请了专利，专利号为昭55-134150。

但是，上述材料的原材料成分中的稀土金属R都是高纯稀土金属，纯度大于99.9％以上，并且母合金的冶炼和取向多晶样品的制造需要造价很高的设备。因此材料的价格非常昂贵，有“黑色黄金”之称。

另外，由于成分不同，在温度-成分相图上，随着成分的改变，相也会发生改变，那么分离两种相的边界就称为准同型相界。在这种相界附近，两相的晶体结构虽有所不同但差别细微，两相之间自由能相差甚小，体系的热力学状态极不稳定，因此，外界较小的物理外场就可引起材料准同型相界附近较灵敏的物理响应。虽然准同型相界的概念首先在铁电体系中提出，但是研究发现，该概念对于铁磁体系同样适用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料及制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料，原子比组成为：Tb_xDy_0.9-xPr_0.1Fe₂，其中0≤x≤0.6。

一种轻稀土Pr掺杂的磁致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料配制：按上述的原子比，配比稀土Tb、Dy、Pr和金属Fe；

S2、电弧熔炼：将步骤S1的各原料放置真空电弧熔炼炉腔内，于惰气保护下，搅拌，熔炼；

S3、快冷熔炼：切换循环液为0℃后，熔炼材料至熔融状态，并维持一段时间；关闭电弧电流后，继续搅拌，冷却；

S4、真空退火：将材料取出真空退火后，制得磁致伸缩材料。

上述步骤S1中的稀土Tb、Dy、Pr和金属Fe的纯度不小于99.9％。