本發(fā)明涉及一種磁致伸縮材料的制備方法，屬于磁致伸縮材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁體因磁化狀態(tài)變化而發(fā)生形變的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)，這一現(xiàn)象由著名物理學家焦耳于1842年發(fā)現(xiàn)，又稱為焦耳效應(yīng)。1963年，美國水面武器中心的Legvoid和Clark博士發(fā)現(xiàn)稀土元素Tb和Dy在0K溫度附近的磁致伸縮系數(shù)極大，并發(fā)現(xiàn)其它重稀土元素也有這種性質(zhì)。1972年，Clark等發(fā)現(xiàn)了TbFe₂，DyFe₂，SmFe₂等RFe₂系立方Laves相結(jié)構(gòu)化合物在室溫下具有大的磁致伸縮系數(shù)，但是立方Laves相RFe₂化合物具有很大的磁晶各向異性，各向異性場高達8×10³kA/m，K₁，K₂都在10⁶J/m³的數(shù)量級，這類材料在實際應(yīng)用中需要極高的磁化場。1973年，Clark等成功發(fā)現(xiàn)了Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的磁晶各向異性常數(shù)K₁≈-0.16×10⁶J/m³，多晶材料在2×10³kA/m的磁場下就可以飽和磁化，飽和磁致伸縮系數(shù)達1000ppm，而單晶飽和磁致伸縮系數(shù)λ₁₁₁=1620ppm，λ₁₀₀≤100ppm。這種三元稀土化合物現(xiàn)在由美國Edge Technologies公司實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，其商品牌號為Terfenol-D，通用的表達式為Tb_xDy_1-xFe_2-y，其中的x，y可以在一定的范圍內(nèi)變化，就有可能獲得不同磁致伸縮性能的材料。

為拓寬稀土超磁致伸縮材料使用頻率、改善其綜合機械性能，研究發(fā)現(xiàn)，用樹脂粘結(jié)Terfenol-D顆粒制備磁致伸縮復合材料，可有效改善材料的脆性、降低其導電率并提高工作頻率，但是樹脂基磁致伸縮材料也存在著磁致伸縮顆粒與樹脂潤濕較差，顆粒加入易成團和偏聚導致界面結(jié)合不好，降低材料使用性能，所以制備一種高結(jié)合度的磁致伸縮材料很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有制備的樹脂基磁致伸縮材料中，磁致伸縮顆粒與樹脂潤濕較差，顆粒加入易成團和偏聚導致界面結(jié)合不好，降低材料使用性能的問題，提供了一種通過制備磁性陶瓷粉末，與環(huán)氧樹脂相結(jié)合，通過偶聯(lián)劑作用下，使磁性陶瓷均勻復合至樹脂內(nèi)部，通過外部永磁體磁性作用下，改性樹脂基與磁致顆粒間的結(jié)合強度，降低顆粒在樹脂間的沉降速度，在磁場系統(tǒng)作用下，確定可控的取向磁場，形成穩(wěn)定的復合體系，有效解決了樹脂基磁致伸縮材料結(jié)合度不高，顆粒易發(fā)生團聚的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）按質(zhì)量比1:8，將Pb（CH₃COO）₂與冰醋酸攪拌混合10～15min，在室溫下靜置15～20min，制備得醋酸鉛混合液，再按質(zhì)量比1:5，將Zr（NO₃）₄·5H₂O與乙二醇甲醚攪拌混合，制備得硝酸氧鋯混合液，隨后按體積比1:1，將醋酸鉛混合液與硝酸氧鋯混合液混合，在65～70℃下水浴加熱15～20min；

（2）待水浴加熱完成后，停止加熱并靜置冷卻至室溫收集得混合液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量5～10份鈦酸丁酯、25～30份乙二醇甲醚、35～45份混合液和2～3份乙酰丙酮置于燒杯中，在75～80℃下水浴加熱25～30min，隨后滴加冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.5～5.0，保溫反應(yīng)45～60min制備得混合凝膠液，將混合凝膠液置于95～100℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，收集干燥凝膠并置于580～600℃下馬弗爐中熱處理3～5h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，碾磨制備得磁性陶瓷顆粒；

（3）將上述制備的磁性陶瓷顆粒置于球磨罐中，在450～500r/min下球磨3～5h，隨后過110～120目篩，收集得磁性陶瓷粉末，按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份環(huán)氧樹脂E51、3～5份偶聯(lián)劑KH-550和10～15份磁性陶瓷粉末置于三角燒瓶中，在室溫下攪拌混合10～15min，再在200～300W下超聲分散10～15min，制備得改性環(huán)氧樹脂；

（4）按重量份數(shù)計，分別稱量15～20份Terfenol-D顆粒、2～3份乙烯基三胺、3～5份2-巰醇基苯并噻唑和45～50份上述制備的改性環(huán)氧樹脂置于錐形瓶中，在200～300W下超聲分散10～15min，收集得混合分散漿液；

（5）將上述制備的混合分散漿液澆筑至有機玻璃模具中，隨后靜置10～15min并沿模腔長度方向由永磁體施加28～30kA/m的外磁場，隨后將永磁體與模具一同置于烘箱中，在58～60℃下固化10～12h，待固化完成后，靜置冷卻至室溫，脫模處理即可制備得一種磁致伸縮材料。

本發(fā)明制備的磁致伸縮材料密度為5.32g/cm³，在恒磁場強度下的彈性模量為15GPa，在壓應(yīng)力為5MPa、磁場強度為300kA·m^-1下，磁致伸縮系數(shù)可達1.55×10^-3～1.56×10^-3。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的磁致伸縮材料結(jié)合度高，顆粒分散性較好，磁致伸縮系數(shù)較同類產(chǎn)品提高5～8%；

（2）本發(fā)明制備過程簡單，原料安全綠色，無環(huán)境污染。

具體實施方式

首先按質(zhì)量比1:8，將Pb（CH₃COO）₂與冰醋酸攪拌混合10～15min，在室溫下靜置15～20min，制備得醋酸鉛混合液，再按質(zhì)量比1:5，將Zr（NO₃）₄·5H₂O與乙二醇甲醚攪拌混合，制備得硝酸氧鋯混合液，隨后按體積比1:1，將醋酸鉛混合液與硝酸氧鋯混合液混合，在65～70℃下水浴加熱15～20min；待水浴加熱完成后，停止加熱并靜置冷卻至室溫收集得混合液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量5～10份鈦酸丁酯、25～30份乙二醇甲醚、35～45份混合液和2～3份乙酰丙酮置于燒杯中，在75～80℃下水浴加熱25～30min，隨后滴加冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.5～5.0，保溫反應(yīng)45～60min制備得混合凝膠液，將混合凝膠液置于95～100℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，收集干燥凝膠并置于580～600℃下馬弗爐中熱處理3～5h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，碾磨制備得磁性陶瓷顆粒；將上述制備的磁性陶瓷顆粒置于球磨罐中，在450～500r/min下球磨3～5h，隨后過110～120目篩，收集得磁性陶瓷粉末，按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份環(huán)氧樹脂E51、3～5份偶聯(lián)劑KH-550和10～15份磁性陶瓷粉末置于三角燒瓶中，在室溫下攪拌混合10～15min，再在200～300W下超聲分散10～15min，制備得改性環(huán)氧樹脂；按重量份數(shù)計，分別稱量15～20份Terfenol-D顆粒、2～3份乙烯基三胺、3～5份2-巰醇基苯并噻唑和45～50份上述制備的改性環(huán)氧樹脂置于錐形瓶中，在200～300W下超聲分散10～15min，收集得混合分散漿液；將上述制備的混合分散漿液澆筑至有機玻璃模具中，隨后靜置10～15min并沿模腔長度方向由永磁體施加28～30kA/m的外磁場，隨后將永磁體與模具一同置于烘箱中，在58～60℃下固化10～12h，待固化完成后，靜置冷卻至室溫，脫模處理即可制備得一種磁致伸縮材料。

實例1

首先按質(zhì)量比1:8，將Pb（CH₃COO）₂與冰醋酸攪拌混合10min，在室溫下靜置15min，制備得醋酸鉛混合液，再按質(zhì)量比1:5，將Zr（NO₃）₄·5H₂O與乙二醇甲醚攪拌混合，制備得硝酸氧鋯混合液，隨后按體積比1:1，將醋酸鉛混合液與硝酸氧鋯混合液混合，在65℃下水浴加熱15min；待水浴加熱完成后，停止加熱并靜置冷卻至室溫收集得混合液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量5份鈦酸丁酯、25份乙二醇甲醚、35份混合液和2份乙酰丙酮置于燒杯中，在75℃下水浴加熱25min，隨后滴加冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.5，保溫反應(yīng)45min制備得混合凝膠液，將混合凝膠液置于95℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，收集干燥凝膠并置于580℃下馬弗爐中熱處理3h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，碾磨制備得磁性陶瓷顆粒；將上述制備的磁性陶瓷顆粒置于球磨罐中，在450r/min下球磨3h，隨后過110目篩，收集得磁性陶瓷粉末，按重量份數(shù)計，分別稱量45份環(huán)氧樹脂E51、3份偶聯(lián)劑KH-550和10份磁性陶瓷粉末置于三角燒瓶中，在室溫下攪拌混合10min，再在200W下超聲分散10min，制備得改性環(huán)氧樹脂；按重量份數(shù)計，分別稱量15份Terfenol-D顆粒、2份乙烯基三胺、3份2-巰醇基苯并噻唑和45份上述制備的改性環(huán)氧樹脂置于錐形瓶中，在200W下超聲分散10min，收集得混合分散漿液；將上述制備的混合分散漿液澆筑至有機玻璃模具中，隨后靜置10min并沿模腔長度方向由永磁體施加28kA/m的外磁場，隨后將永磁體與模具一同置于烘箱中，在58℃下固化10h，待固化完成后，靜置冷卻至室溫，脫模處理即可制備得一種磁致伸縮材料。

實例2

首先按質(zhì)量比1:8，將Pb（CH₃COO）₂與冰醋酸攪拌混合12min，在室溫下靜置17min，制備得醋酸鉛混合液，再按質(zhì)量比1:5，將Zr（NO₃）₄·5H₂O與乙二醇甲醚攪拌混合，制備得硝酸氧鋯混合液，隨后按體積比1:1，將醋酸鉛混合液與硝酸氧鋯混合液混合，在67℃下水浴加熱17min；待水浴加熱完成后，停止加熱并靜置冷卻至室溫收集得混合液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量7份鈦酸丁酯、27份乙二醇甲醚、37份混合液和3份乙酰丙酮置于燒杯中，在77℃下水浴加熱27min，隨后滴加冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.7，保溫反應(yīng)47min制備得混合凝膠液，將混合凝膠液置于97℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，收集干燥凝膠并置于590℃下馬弗爐中熱處理4h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，碾磨制備得磁性陶瓷顆粒；將上述制備的磁性陶瓷顆粒置于球磨罐中，在475r/min下球磨4h，隨后過115目篩，收集得磁性陶瓷粉末，按重量份數(shù)計，分別稱量47份環(huán)氧樹脂E51、4份偶聯(lián)劑KH-550和12份磁性陶瓷粉末置于三角燒瓶中，在室溫下攪拌混合12min，再在250W下超聲分散12min，制備得改性環(huán)氧樹脂；按重量份數(shù)計，分別稱量17份Terfenol-D顆粒、3份乙烯基三胺、4份2-巰醇基苯并噻唑和47份上述制備的改性環(huán)氧樹脂置于錐形瓶中，在250W下超聲分散12min，收集得混合分散漿液；將上述制備的混合分散漿液澆筑至有機玻璃模具中，隨后靜置12min并沿模腔長度方向由永磁體施加29kA/m的外磁場，隨后將永磁體與模具一同置于烘箱中，在59℃下固化11h，待固化完成后，靜置冷卻至室溫，脫模處理即可制備得一種磁致伸縮材料。

實例3

首先按質(zhì)量比1:8，將Pb（CH₃COO）₂與冰醋酸攪拌混合15min，在室溫下靜置20min，制備得醋酸鉛混合液，再按質(zhì)量比1:5，將Zr（NO₃）₄·5H₂O與乙二醇甲醚攪拌混合，制備得硝酸氧鋯混合液，隨后按體積比1:1，將醋酸鉛混合液與硝酸氧鋯混合液混合，在70℃下水浴加熱20min；待水浴加熱完成后，停止加熱并靜置冷卻至室溫收集得混合液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量10份鈦酸丁酯、30份乙二醇甲醚、45份混合液和3份乙酰丙酮置于燒杯中，在80℃下水浴加熱30min，隨后滴加冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至5.0，保溫反應(yīng)60min制備得混合凝膠液，將混合凝膠液置于100℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，收集干燥凝膠并置于600℃下馬弗爐中熱處理5h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，碾磨制備得磁性陶瓷顆粒；將上述制備的磁性陶瓷顆粒置于球磨罐中，在500r/min下球磨5h，隨后過120目篩，收集得磁性陶瓷粉末，按重量份數(shù)計，分別稱量50份環(huán)氧樹脂E51、5份偶聯(lián)劑KH-550和15份磁性陶瓷粉末置于三角燒瓶中，在室溫下攪拌混合15min，再在300W下超聲分散15min，制備得改性環(huán)氧樹脂；按重量份數(shù)計，分別稱量20份Terfenol-D顆粒、3份乙烯基三胺、5份2-巰醇基苯并噻唑和50份上述制備的改性環(huán)氧樹脂置于錐形瓶中，在300W下超聲分散15min，收集得混合分散漿液；將上述制備的混合分散漿液澆筑至有機玻璃模具中，隨后靜置15min并沿模腔長度方向由永磁體施加30kA/m的外磁場，隨后將永磁體與模具一同置于烘箱中，在60℃下固化12h，待固化完成后，靜置冷卻至室溫，脫模處理即可制備得一種磁致伸縮材料。