專利名稱：：一種磁性形狀記憶合金單晶及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及形狀記憶材料單晶的制備方法，特別是涉及NiFeGa磁性形狀記憶材料單晶采用玻璃凈化的制備方法。
背景技術(shù)：
：通常的形狀記憶合金在相對高的溫度下具有一種晶體結(jié)構(gòu)(以下稱為母相)，而在相對低的溫度下自發(fā)變成另外一種晶體結(jié)構(gòu)，一般稱之為馬氏體相。當從較高的溫度降溫到較低的溫度時，材料從母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，該相轉(zhuǎn)變叫做馬氏體相變。反過來，從相對低的溫度加熱材料，合金會從馬氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶?，這種相反的相轉(zhuǎn)變稱為馬氏體逆相變。一般將馬氏體轉(zhuǎn)變的開始點稱為Ms點。一般地，將某種合金材料在母相以確定的形狀冷卻，直到馬氏體相后，再人為地改變原有形狀，然后，將合金材料升溫，直到轉(zhuǎn)變成奧氏體時，如果合金材料的形狀完全或部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉淼男螤?，這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應。另外，如果在同樣的上述溫度循環(huán)中，母相的形狀在降溫引起的相變時刻變形，再在隨后的升溫引起的逆相變時刻再變形，并且部分或全部地轉(zhuǎn)變成原來母相的形狀，；故稱之為雙向形狀記憶效應。有些形狀記憶合金材料通常具有在一定的應力下顯出大的應變，而當去除應力時可以恢復到原來的形狀的性質(zhì)。這種特性稱為超彈性。形狀記憶合金被廣泛用于各種"智能"型用途，如各種驅(qū)動器，溫度敏感元件、醫(yī)療器械等。以往發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金都是大多沒有鐵磁性質(zhì)的。具有以上形狀記憶性質(zhì)的合金中有一類為Heusler合金，結(jié)構(gòu)為L21結(jié)構(gòu)。以往具有類似性質(zhì)的Heusler合金的的形狀記憶效應表現(xiàn)在單晶或者取向的多晶中。例如文獻l:P.J.Webster,K.R.A,Ziebeck，S.L.Town,an線S.Peak,PhilosophicalMagazineB,49，295(1984)所介紹的。
發(fā)明內(nèi)容針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁性形狀記憶材料，以及提供一種采用玻璃凈化的深過冷單晶生長方法制備的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有位錯密度的、具有L21結(jié)構(gòu)三元NiFeGa單晶，該三元NiFeGa磁性形狀記憶單晶具有如下化學式Ni5。+xFe25.xGa25+y其中:—2.00《x《2.00;—3.00《y<2.00;對上述成分的單晶以下筒稱NiFeGa單晶。所述的NiFeGa單晶材料具有較高的居里溫度和高應變雙向形狀記憶效應；該材料的居里溫度最高可達126。C。最高可達l.0%的雙向形狀記憶效應。本發(fā)明的具有^茲-秀導高應變和形狀記憶效應的》茲性NiFeGa單晶制備方法，包括如下步驟(1)按化學式化學式Ni^xFe25-xGa25+y其中-2.0(Kx《2.00;-3.O(Ky<2.00;稱料；(2)將稱好的料盛放在坩堝中，并加入Si02+B203玻璃，坩鍋采用含Si02的玻璃材料。(3)采用常規(guī)的提拉法生長單晶，其生長條件為加熱原料到使之熔融；其熔融環(huán)境為lx10—2到5xl(T5Pa的真空或0.01到1MPa正壓力的氬氣保護氣體；以0.5-50轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋轉(zhuǎn)的籽晶桿下端固定一個成分相同或接近的、具有所需要的取向的單晶作為籽晶；(4)在1150-1250°C的熔融溫度條件下保持10-30分鐘(最好在上下波動為0.001-3。C的穩(wěn)定的加熱)，用^fr晶下端^:觸熔體的液面，然后以3-80mm/小時的均勻速率提升軒晶桿，將凝固結(jié)晶的單晶向上提拉，并使生長的單晶直徑變大或保持一定；(5)當生長的單晶達到所需尺寸時，將單晶提拉脫離熔融的原料表面，以0.5-20。C/分鐘的緩慢降低溫度冷卻至室溫，最后取出。進一步，所述步驟(3)中加熱原料采用50-245千赫茲的射頻加熱或電阻力p熱方式。進一步，所述蚶堝是磁懸浮冷坩堝、石墨蚶堝或者石英坩堝。本發(fā)明提供一種具有磁誘導高應變和形狀記憶效應的磁性單晶。本發(fā)明由于釆用玻璃凈化的深過冷單晶生長方法，有效地控制了規(guī)定成分的NiFeGa材料在單晶生長過程中容易產(chǎn)生的第二相析出。該NiFeGa單晶顯現(xiàn)出伴隨著馬氏體轉(zhuǎn)變和相反轉(zhuǎn)變的形狀記憶效應。NiFeGa單晶在馬氏體狀態(tài)下由于外加的》茲場可以產(chǎn)生》茲感生應t所以，NiFeGa單晶可期望#1用于各種用途，例如在正常生活環(huán)境下的驅(qū)動器溫度和(或)磁性敏感元件，微型機電器件和系統(tǒng)等。此外，本發(fā)明提供的制備方法適用于常規(guī)的提拉晶體的設(shè)備，而不需要附加設(shè)備，因此，成本低、易于工業(yè)化批量生產(chǎn)。圖1是NiFeGa單晶的交流磁化率(Chi)的溫度變化曲線。具體實施方式實施例1:制備組成為NisoFe25Ga25的具有》茲誘導高應變和形狀記憶效應的》茲性合金，采用生長參數(shù)為245千赫茲的射頻加熱，氬氣氛保護，在磁懸浮冷蚶堝中，加熱功率為20千瓦，其制備方法按以下具體步驟進^:U)按成分稱量純度為99.9。/。的Ni、Fe和Ga,放入坩堝中，并加入3102+8203玻璃5克，加熱到1200。C熔融，保持10-30分鐘，合成原料共重85克；(2)采用提拉法生長NiFeGa合金單晶；其生長過程中籽晶桿旋轉(zhuǎn)速率為30轉(zhuǎn)/分鐘，提拉生長速率為30mm/小時，獲得直徑為10毫米，長度為IOO毫米的高質(zhì)量單晶；其相變溫度和居里溫度見表l。將單晶沿方向切割成4x4x8mm的樣品，測量其熱力學參量，獲得如圖l所示的特性曲線。其形狀記憶數(shù)值見表2。實施例2:采用實施例1的生長參數(shù)。所不同的是用電阻加熱方法生長，加入Si02+B203玻璃7克，成分為Nis2Fe23Ga22的原料。其相變溫度和居里溫度見表l。測量其熱力學參量，獲得形狀如圖1所示的特性曲線。其形狀記憶數(shù)值見表2。實施例3:采用實施例1的生長參數(shù)。所不同的是成分為Ni站Fe27Ga27的原料，加入3102+8203玻璃6克，其相變溫度和居里溫度見表l。測量其熱力學參量，獲得形狀如圖1所示的特性曲線。其形狀記憶數(shù)值見表2。實施例4:采用實施例1的生長參數(shù)。所不同的是成分為Nis2Fe23Ga25的原料，加入Si02+B203玻璃4克，其相變溫度和居里溫度見表l。測量其熱力學參量，獲得形狀如圖1所示的特性曲線。其形狀記憶數(shù)值見表2。表1不同成分的NiFeGa的單晶的相變溫度Ms和居里溫度Tc<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2不同成分的NiFeGa單晶的形狀記憶應變參凄t<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種磁性形狀記憶材料，其特征在于，其化學式為Ni50+xFe25-xGa25+y；其中-2.00≤x≤2.00；-3.00≤y≤2.00；x、y表示原子百分比含量。2.—種磁性形狀記憶合金單晶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)按化學式^5。+)^25.^&25"其中-2.00《x《2.00;-3.O(Ky<2.00;稱料；(2)將稱好的料盛放在坩堝中，并加入Si02+B203玻璃，坩鍋采用含Si02的玻璃材料；(3)采用常規(guī)的提拉法生長單晶，其生長條件為加熱原料到使之炫賊其熔融環(huán)境為1x10—2到5xl0—5Pa的真空或0.01到1MPa正壓力的氬氣保護氣體；以0.5-50轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋轉(zhuǎn)的籽晶桿下端固定一個成分相同或接近的、具有所需要的取向的單晶作為籽晶；(4)在1150-1250°C的熔融溫度條件下保持10-30分鐘(最好在上下波動為0.001-3°C的穩(wěn)定的加熱)，用籽晶下端接觸熔體的液面，然后以3-80mm/小時的均勻速率提升籽晶桿，將凝固結(jié)晶的單晶向上提拉，并使生長的單晶直徑變大或保持一定；(5)當生長的單晶達到所需尺寸時，將單晶提拉脫離熔融的原料表面以0.5-20。C/分鐘的緩慢降低溫度冷卻至室溫，最后取出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁性形狀記憶合金單晶的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中加熱原料采用50-245千赫茲的射頻加熱，或電阻力。熱方式。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁性形狀記憶合金單晶的制備方法，其特征在于，所述坩堝是^f茲懸浮冷蚶堝、石墨坩堝或者石英蚶堝。全文摘要本發(fā)明公開了一種磁性形狀記憶合金的材料及其單晶制備方法。該磁性單晶材料的化學式為Ni_50+xFe_25-xGa_25+y，其中-2.00≤x≤2.00；-3.00≤y≤2.00；x、y表示原子百分比含量。其單晶制備方法包括將稱好的料盛放在坩堝中，并加入SiO₂+B₂O₃玻璃，采用提拉法生長Ni_50+xFe_25-xGa_25+y單晶。本發(fā)明的單晶制備過程中加入了SiO₂+B₂O₃玻璃，有效地控制了本發(fā)明規(guī)定成分的NiFeGa材料在單晶生長過程中容易產(chǎn)生的第二相析出。此外，本發(fā)明提供的制備方法適用于常規(guī)的提拉晶體的設(shè)備，而不需要附加設(shè)備，因此，成本低、易于工業(yè)化批量生產(chǎn)。文檔編號C22C19/03GK101275194SQ200810055808公開日2008年10月1日申請日期2008年1月9日優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日發(fā)明者吳光恒,偉朱,陳京蘭申請人:中國科學院物理研究所