● 摘要
Fe-Ga合金作为新型磁致伸缩材料，同传统的应变功能材料相比具有诸多优点。但若要将其真正的应用于高技术领域，需要制备大尺寸高取向的Fe-Ga晶体。本文以其中典型的Fe81Ga19合金成分为研究对象，主要采用Bridgman法整体加热，定向凝固制备Fe-Ga合金取向晶体，研究晶体制备中工艺参数对晶体生长过程、晶体取向、晶体质量的影响。经过温度场控制，导热控制与形核控制，成功获得适合Fe-Ga单晶生长的平直固液界面的工艺参数。并采用合适的工艺条件，成功制备切取了具有优异磁致伸缩性能的<001>取向Fe81Ga19单晶合金，并探索了Fe81Ga19合金单晶的磁畴排布、磁致伸缩应变与强外场的关系，根据实验结果得出以下主要结论：
1、揭示了温度场控制、导热控制、生长取向控制下加热功率和生长速度等工艺参数对晶体生长的影响规律。首先将晶体生长加热方式从前期的区熔加热改为为Bridgman整体加热，并增加合适的保温区与隔热区，消除感应电流对样品带来的趋肤效应和电磁搅拌作用等负面电磁效应。接着对晶体生长中的加热区温度场分布进行了多次试验测量，保证之后试验参数能将熔区内的固液界面固定在高于Fe-Ga熔点的范围之内，最终综合控制多种工艺参数，在样品S13中获得高磁致伸缩性能并且具有适宜单晶生长的平直固液界面形貌。
2、成功制备了具有优良磁致伸缩性能的<001>取向Fe81Ga19单晶。根据Bridgman整体加热定向凝固生长技术工艺的研究，生长出高度取向的Fe81Ga19晶体。使用劳埃背散射法，对生长后得到的单晶体按照<001>取向进行定向切割，制备了具有优异磁致伸缩性能的近<001>轴向取向单晶样品S16。
3、探索了进一步优化Fe-Ga取向材料初始磁畴分布的可能性，研究强外场诱发单轴各向异性并提高磁致伸缩应变的理论依据。实验应用MFM观察单晶(110)面与(001)面上的表面畴和磁畴，证实了强磁场取向下表面畴与磁畴均会沿磁场方向的转动，并通过强磁场取向引入单轴各向异性K改变，导致可观测的磁畴宽度与畴壁的厚度发生变化。且<001>与<110>轴向磁致伸缩曲线应变结果表明，强外场使(110)面与(001)面的表面畴和磁畴均发生了转动，产生了磁场诱发磁畴再取向，使各个测量方向的饱和场增加，磁致伸缩应变也随之增大。