Page 39 - 理化检验-物理分册2024年第三期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202403007

磁相变材料热膨胀与磁致伸缩效应测试

王新明,李 明, 孙 洁,卢焕明
(中国科学院 宁波材料技术与工程研究所,宁波 315201 )

摘 要: 基于综合物理性能测试系统的低温与磁场环境, 采用应变片测试方法开发了磁相变材
负膨
料热膨胀系数的表征方法, 验证了测试结果的可靠性, 并开展了磁相变材料 LaFe 11 Co 0.8 Si 1.2
材料的热膨胀量随温度的升高而减小,
胀性能的研究。结果表明: 在居里温度处, LaFe 11 Co 0.8 Si 1.2
这是因为材料发生了铁磁性向顺磁性的磁相变, 导致其产生磁致伸缩效应, 抵消了原子非简谐振动
引起的热胀冷缩, 最终导致材料发生负热膨胀现象。
关键词: 负热膨胀;应变片;电子探针;热膨胀系数;磁致伸缩曲线

中图分类号: TB31 ; TG115.2 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2024 ) 03-0027- 04

Testin g ofthermalex p ansionandma g netostrictiveeffectofma g netic p hase

transitionmaterials
,

,
WANGXinmin g LIMin g SUNJie , LUHuanmin g

( Nin g boInstituteofMaterialsTechnolo gyandEn g ineerin g , ChineseAcadem yofSciences , Nin g bo315201 , China )

Abstract : A characterization methodforthethermalex p ansioncoefficientof ma g neticp hasetransition

materialswasdevelo p edusin gstraing au g etestin gmethodsbasedonacom p rehensivep h y sical p erformancetestin g

s y steminlow-tem p eratureandma g neticfieldenvironments.Thereliabilit yofthetestresultswasverified , andthe

ne g ativeex p ansionp erformanceofma g neticp hasetransition materialsLaFe 11 Co 0.8 Si 1.2 wasstudied.Theres ults

showthatattheCurietem p erature , thethermalex p ansionofLaFe 11 Co 0.8 Si 1.2 materialdecreasedwiththeincreased

oftem p erature.Thereasonwasthatthematerialunder g oneama g neticp hasetransitionfromferroma g netismto

p arama g netism , resultin g inma g netostrictioneffectandoffsettin g thethermalex p ansionandcontractioncausedb y

atomicnonharmonicvibration , ultimatel y ledtone g at ivethermalex p ansionofthematerial.

Ke y words : ne g ativethermalex p ansion ; straing au g e ; electron p robe ; coefficientofthermalex p ansion ;

ma g netostrictivecurve
材料的热膨胀性能对其热学稳定性的研究有着 更严苛的要求 [ 1 ] 。因此, 具有热缩冷胀特性的负膨
非常重要的意义。在原子的非简谐振动作用下, 大 胀材料( 可补偿一般材料的正热膨胀, 降低膨胀系
多数固体材料表现出热胀冷缩效应, 使材料的晶界、 数) 或近零膨胀材料有着巨大的潜在应用价值。
空位等缺陷部位产生应力集中, 引起热疲劳或机械 为满足各领域对负膨胀材料性能的特殊需求,
疲劳, 导致器件结构稳定性降低、 安全可靠性下降以 开发了新型负膨胀材料。负膨胀材料体系主要由
及使用寿命缩短。此外, 随着航空航天、 精密仪器、
Invar合金、 ScF 3 基 化 合 物、 Au 纳 米 粒 子、 PbTiO 3
光学器件、 微电子器件、 低温工程等领域的 快速发 基化合物、 金属 - 有机框架化合物、 反钙钛矿 Mn 3AN
展, 对服役材料的尺寸稳定性和低温敏感性提出了 ( A 为 Zn 、 Cu基化合物), 以及 La ( Fe , Si ) 化合物
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等组成。其中 La ( Fe , Si ) 系列材料作为一种磁制
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冷材料, 目前已有很多研究人员对其磁相变行为进
收稿日期: 2023-11-27
行深入研究。笔者对其发生磁相变的同时产生的体
基金项目: 浙江省基础公益研究计划项目( LGC21A040001 )
作者简介: 王新明( 1985- ), 女, 高级工程师, 主要从事磁性能、 积负膨胀现象以及磁致伸缩效应展开研究。
衡量材料负热膨胀性能的 3 个指标为: 热膨胀
电学性能测试分析工作, wan g xinmin g @nimte.ac.cn
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