超磁歪効果を利用した選択方向強化複合材料の創製

利用超磁致伸缩效应创建选择性定向增强复合材料

基本信息

批准号：
13875133
负责人：
佐藤英一
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Institute of Space and Astronautical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

構造用複合材料における材料設計の目的は、望みの力学的性質すなわち製品の応力方向へ高い強度や靱性を得ることである。近年、形状記憶合金繊維の形状記憶ひずみにより生じる内部応力を利用して複合材料の力学的性質を改善する試みがなされているが、強化方向が繊維の方向で決められてしまうことは、通常の繊維強化複合材料と変わりがない。本研究は、方向や大きさの制御が可能である内部応力の起源として「磁歪」に注目し、等方的な磁歪粒子強化複合材料に磁化熱処理を行うことにより、選択方向を強化した異方性複合材料を創製することを目的とした。モデル材料系には、分散粒子には超磁歪材料Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2(Tafenol-D)、マトリクスにはAl, Pb, Snを選んだ。はじめに押し出しによる粉末法により、Al/Tafenol-D, Pb/Tafenol-D複合材料を作製し緩和プロセスを観察したが、磁化熱処理中にひずみの緩和は観察されなかった。押し出しでは粒子を分散させるのに加工度が不十分であると考えられたので、繰り返し圧延接合法(ARB法)によりSn/8vol%Tafenol-D複合材料を作製した。水冷電磁石にオイルバスを設置し、最大0.8T、453Kでの磁化熱処理を施し、緩和プロセス中のひずみ変化を測定した。磁場負荷により複合材料に生じた瞬間ひずみは、予想通り、磁場方向に伸び、垂直方向に縮みの方向であり、その大きさも予測値と一致していた。瞬間ひずみの発生後、磁化熱処理中にひずみは指数関数的に減少するのが観察された。その緩和時間は、粒子径と拡散係数から予測される値とほぼ一致しており、緩和時間のアーレニウスプロットから緩和の活性化エネルギーが求められた。以上より、選択方向強化複合材料創製の要となる磁化熱処理中の緩和プロセスを直接観察することができた。

结构复合材料中材料设计的目的是获得所需的机械性能，即在产品应力方向上的高强度和韧性。近年来，已经尝试通过使用形状记忆力应变在形状记忆合金纤维中的内部应力来改善复合材料的机械性能，但是增强方向取决于纤维的方向，这与普通纤维增强的复合材料的方向没有什么不同。这项研究的重点是“磁结构”作为内部应力的起源，可以在方向和大小中进行控制，旨在通过将磁化热处理应用于各向同性磁性颗粒性颗粒性颗粒增强的复合材料，以增强选择方向而产生各向异性复合材料。对于模型材料系统，选择用于分散颗粒的超磁性材料TB_ <0.3> dy_ <0.7> Fe_2（tafenol-d），然后选择矩阵的Al，pb和sn。首先，通过挤出粉末法制造了Al/tafenol-D，Pb/tafenol-D复合材料，并观察到弛豫过程，但是在磁化热处理过程中未观察到应变弛豫。由于挤出被认为没有足够的处理来分散颗粒，因此通过重复滚动键合制备SN/8VOL％Tafenol-D复合材料（ARB方法）。在水冷电磁网上安装了油浴，并以最大0.8T和453K进行磁化热处理，以测量在松弛过程中的应变变化。如预期的那样，由于磁场载荷而在复合材料中产生的瞬时应变在磁场方向和垂直方向上的收缩扩展，其幅度与预测值一致。发生瞬时应变后，观察到磁化热处理期间应变呈指数降低。松弛时间与粒径和扩散系数预测的值大致一致，并且从弛豫时间的Ahrenian图中确定了松弛激活能量。从上面可以直接观察磁化热处理期间的松弛过程，这是在选择方向创建增强复合材料的关键。