● 摘要
FeGa合金是继TbDyFe之后，近年来出现的新型磁致伸缩智能功能材料，具有大应变、高强度、低成本等优点，具有广阔的应用前景和商业价值。但其制备工艺尚不成熟，制备难度颇大。本文采用光学悬浮区熔技术和磁感应区熔技术，分别研究了不同工艺参数对Fe81Ga19合金晶体生长的影响规律。同时研究了晶体生长过程中的微观组织转变、成分分布、晶体择优取向演变以及磁致伸缩性能变化等。最终成功制备出了具有大磁致伸缩应变的取向Fe81Ga19合金单晶体和多晶体，掌握制备的关键技术并确定了具体工艺参数。采用光学悬浮区熔法进行生长晶体时，熔区过短或过长都会影响Fe81Ga19合金熔体的稳定性。实验表明直径7 mm的棒材，其稳定生长时的熔区长度为6.5 - 6.8 mm。随着生长速度的提高，晶体表面质量明显变差。采用取向籽晶控制法成功制备出了具有取向的Fe81Ga19单晶合金，其磁致伸缩应变达到了300 ppm以上。采用感应区熔法生长晶体时，温度梯度、熔区长度和生长速度严重影响晶体质量，当温度梯度达到1000 K/cm，熔区长度约为15 mm和生长速度为10 mm/h时可以获得高质量的Fe81Ga19晶体，并有效抑制了宏观成分偏析。通过对择优取向的控制和生长过程的控制，成功制备出了具有大磁致伸缩应变的高质量Fe81Ga19多晶体。Fe81Ga19合金的磁致伸缩应变随着晶体择优取向差的增大而明显减小。随着晶体生长速度的增加，晶体微观组织由柱状晶向等轴晶转变；方向逐渐偏离轴向，择优取向度明显变弱；磁致伸缩应变急剧下降。通过对单晶Fe81Ga19合金进行磁畴运动的观察发现，随着压力的增加磁畴壁发生转动，磁畴沿垂直压力的方向一致排列，而90°磁畴转动导致了磁致伸缩的显著增加。实验结果揭示了磁畴形貌与压力，畴壁运动与磁致伸缩的关系，并解释了磁致伸缩和压力效应产生的机理。