题目：各向异性粘结TbDyFe巨磁致伸缩复合材料研究

粘结TbDyFe巨磁致伸缩材料因其具有大磁致应变、高频率下应用时低的涡流损耗以及良好的力学性能有望成为新型的巨磁致伸缩材料。然而其磁致伸缩性能相比于商用的TbDyFe合金仍有较大差距。TbDyFe合金的强磁致伸缩各向异性使得沿其易轴方向性能最优，获得具有高度取向的粘结复合材料有望提高其磁致伸缩，一直是该领域尚未解决的研究难点。此外控制颗粒在树脂基体中的分布使得相邻颗粒产生的磁致伸缩能够有效的传递是进一步提高复合材料磁致伸缩性能的关键因素。本文以TbDyFe/环氧树脂复合材料为研究对象，系统研究了TbDyFe母合金成分、颗粒尺寸、颗粒体积分数、取向磁场强度、磁场施加方式等对复合材料高度取向以及颗粒分布的影响规律。采用动态磁滞回线、复合磁导率谱线研究了复合材料的高频损耗机理，表征了其截止频率。阐明了TbDyFe合金的成分、断裂应力方向与其断裂方式的关系。TbDyFe合金的断裂方式主要取决于断裂时施加的应力与合金生长方向的关系，而与合金中Fe含量关系不大。金相分析表明TbDyFe合金的晶粒尺寸大于300 μm。基于小于晶粒尺寸的TbDyFe颗粒可以通过磁场取向的方法获得比较高的取向，我们认为论文中所使用的经过手工破碎的TbDyFe颗粒应该为近似的单晶颗粒。实现了粘结复合材料的高度取向，揭示了颗粒高度取向的取向机制。研究表明，最优的取向磁场强度为8000 Oe，此时材料的x射线衍射图显示的三强峰分别为（111），（222），（333）。无磁场作用取向的样品，其衍射峰与铸态样品完全相同，显示为各向同性。取向磁场为12000 Oe时，磁场的不均匀分布将导致颗粒向电磁铁两端聚集。研究发现，当颗粒的磁晶各向异性能较低时，磁畴的旋转是通过电子轨道的重新排列产生的，在这种情况下颗粒没有发生旋转。当合金颗粒的磁晶各向异性能较高时，颗粒将通过克服树脂的粘滞阻力发生旋转，其易磁化轴方向也随之旋转至施加的外磁场方向。基于x射线衍射图谱（222）峰与（311）峰的强度的比值，计算了颗粒的取向度。随着Tb含量的增加，TbxDy1-xFe1.95合金颗粒的取向度由补偿成分x=0.27的15.8%增加到x=0.5时的89.3%。高于x=0.5成分，颗粒将保持高度取向。提出了基于黏性流体力学的动态磁场诱发控制颗粒分布的新方法，获得了具有高度取向以及颗粒层状分布的高性能TbDyFe/环氧树脂复合材料。在14000 Oe，21 MPa的预压力下，复合材料的磁致伸缩性能达到1900×10-6。其相比于之前所报道的最优性能1390×10-6具有显著的提高。其在2000 Oe时为730×10-6，这一数值是通过静态磁场取向制备的复合材料在相同测试条件下的2倍。通过动态磁场取向获得的颗粒层链状结构是这一优异磁致伸缩性能的关键原因。发展了具有颗粒、树脂两相流体系统在动态磁场诱发条件下的动量方程。得到了在该条件下影响颗粒、树脂两相相对运动的三个主要因素，分别是磁场梯度 ，树脂黏度μf以及颗粒与树脂的相对运动速度 ，并系统研究了其对层状结构的影响规律。基于该动量方程，使用Matlab模拟软件运用Verlet算法计算出了TbDyFe颗粒在环氧树脂基体中的运动情况，模拟结果与实验结果吻合良好。证实了在磁场诱发条件下的动态取向是获得颗粒层状结构的关键因素。表征了磁致伸缩材料的宽频域损耗行为。随着频率的增加，复合材料的动态磁滞回线形状基本为直线，而TbDyFe合金的动态磁滞回线呈椭圆形并迅速增大。TbDyFe复合材料在频率为100 kHz，峰值磁感应强度为10 mT的损耗值为570 W/m3，仅是TbDyFe合金的3.7%。阐明了磁致伸缩材料的损耗机制，即TbDyFe复合材料的损耗以磁滞损耗为主，TbDyFe合金的损耗以涡流损耗占主导。测试结果表明，粘结巨磁致伸缩材料的截止频率为6800 kHz，比TbDyFe合金高3个数量级。同时基于测量结果拟合的预测数学方程式与实验结果吻合良好，为预测材料的截止频率值提供了理论依据。