FeGa合金单晶制备研究

admin · 发表于 2023-10-13 08:43:01

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雅宝题库解析：
FeGa磁致伸缩合金具有大应变、高强度、低成本等优点，应用前景和商业价值广阔；但FeGa合金具有复杂的相结构，不同的相结构对应着不同的磁致伸缩特征，其机理尚不明晰，研究不同相结构的磁致伸缩特征需要制备出均匀性好的单晶材料。本文采用光学悬浮区熔晶体制备技术，研究了不同工艺参数对FeGa晶体生长的影响规律，制备了具有优异磁致伸缩性能的轴向取向Fe81Ga19单晶合金，探索了Fe72.5Ga27.5合金单晶制备工艺，得出如下主要结论：1.研究了工艺条件对晶体生长的影响。采用光学悬浮区熔法生长晶体时，熔区过短或过长都会影响熔体的稳定性，Fe81Ga19晶体稳定生长时熔区长度约为6.8 mm。探索2mm/h、4mm/h和10mm/h三种不同速度对晶体生长的影响，发现不同生长速度下晶体的磁致伸缩性能差别不大，但晶体表面质量差别较大。通过对比分析发现生长速度4mm/h，上下晶棒旋转速度为3r/min时，能有效率地生长得到表面质量好的晶体。测试这种工艺条件下Ga元素烧损，熔炼、铸棒和晶体区熔悬浮生长过程总烧损为Ga含量的5.4%。2.确定了Fe81Ga19单晶体的制备工艺，成功制备具有优异磁致伸缩性能的取向Fe81Ga19单晶合金。采用4mm/h生长速度成功生长出Fe81Ga19单晶，极图测试结果发现，单晶生长始端和生长末端轴向取向差仅为1°，表明本文采用的生长工艺，生长过程对晶体取向影响很小。采用轴向取向籽晶生长得到的小批量近取向单晶体，表现出明显的磁致伸缩压力效应和高磁致伸缩性能，当施加60 MPa预压力时，饱和磁致伸缩性能稳定在290ppm左右。通过测试不同取向晶体初始磁化曲线，计算得到Fe81Ga19单晶的磁晶各向异性常数值K1和K2，分别为1.3×104 J/m3和-2.6×104 J/m3。3.对Fe72.5Ga27.5合金单晶制备工艺进行了探索研究。部分解决了区熔悬浮生长过程中熔区稳定题目，制备了Fe72.5Ga27.5单晶体。区熔悬浮生长时温度控制难度较大，熔区稳定性差，导致近取向单晶体获得难度较大。Fe72.5Ga27.5单晶合金取向控制和晶体生长稳定性还有待提高。

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