弾性異方性の微視力学設計による巨大磁気異方性の発現と希土類フリー新強力磁石の開発

通过弹性各向异性微观设计表达巨磁各向异性并开发新型无稀土强磁体

• 批准号: 20656111
• 负责人: 若島 健司
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20656111/
• 关键词: 構造・機能材料; 磁性材料

資源的問題のある希土類元素を使用しない強力硬磁石を創製するために、磁歪および磁歪拘束による磁気異方性発現に着目した。微視力学的材料設計-複合材料化により弾性異方性を制御すれば、これにより巨大磁気異方性が発現できる可能性がある。例えば、単純計算からはひずみ量10^<-4>の磁歪拘束ができれば5〜10MJ/m^3程度の磁気異方性エネルギーとなり、これは現在最強の磁石であるNd-Fe-B系磁石と同様の巨大磁気異方性である。この発想を発展させるため、本研究では強磁性元素Ni、磁歪の大きいCoFe204、および、実用上ほぼ最大の磁歪を有するTerfenol-Dを強磁性体として選択し、磁場拘束のための高ヤング率材料としてCu-W一方向繊維強化材を用い、サンドイッチ接合により複合材料を作製し、その磁気特性を振動試料型磁力計で計測すると共に、一次元に楕円体モデルを適応した非線形型磁化曲線および磁気ひずみ曲線の構成方程式を考案し、実際の磁気ひずみとモデル解析とを比較した。特に、Terfenol-Dを用いた場合には無磁化場および飽和磁化場での接合を行った。理論的解析から、磁性体の磁気ひずみ量と磁気ひずみ勾配が複合材料における磁気異方性向上に大きく影響することを見出した。また、Terfenol-Dを用いた複合材料の実験値では計算結果より大きな磁気弾性効果が発現した。飽和磁化状態の時に接合したコンポジットの実験結果と計算結果は一致せず、消磁状態で接合したコンポジットでは計算結果が定性的に一致した。このことから、飽和磁化での接合では実験的な問題があるかあるいは理論式の改善が必要であることが指摘された。および、理論からは、初期に予想した巨大磁気異方性エネルギーの発現は、現存する材料の物性値からは困難であることが示唆されたが、期待より小さいものの複合材料化で磁気異方性は向上できることを示した。

为了制造不使用存在资源问题的稀土元素的强硬磁体，我们专注于磁致伸缩和磁致伸缩约束导致的磁各向异性的表达。如果通过微观材料设计和复合材料来控制弹性各向异性，则可能会产生巨大的磁各向异性。例如，通过简单计算，如果实现应变为10^<-4>的磁致伸缩约束，则磁各向异性能量约为5至10MJ/m^3，高于目前最强的Nd-Fe- B磁体具有与 相同的巨大磁各向异性。为了发展这个想法，在本研究中，我们选择了铁磁元素Ni、具有大磁致伸缩的CoFe2O4以及具有几乎最大的实用磁致伸缩的Terfenol-D作为铁磁材料，并将它们用作磁性材料的高杨氏模量材料。 Cu-W 单向纤维增强作为此外，我们通过夹层粘合制造了复合材料，用振动样品磁力计测量了其磁性能，并设计了应用一维椭球模型的非线性磁化曲线和磁致伸缩曲线的本构方程，并对磁致伸缩和模型分析进行了比较。 。特别地，当使用Terfenol-D时，在非磁化场和饱和磁化场中进行接合。通过理论分析，我们发现磁性材料的磁致伸缩量和磁致伸缩梯度极大地影响复合材料磁各向异性的改善。此外，使用Terfenol-D的复合材料的实验值显示出比计算结果更大的磁致弹性效应。饱和磁化状态下粘合的复合材料的实验结果和计算结果不匹配，但退磁状态下粘合的复合材料的计算结果定性匹配。由此指出饱和磁化强度键合存在实验问题，或者理论公式需要改进。此外，理论表明，最初根据现有材料的物理特性预测的巨磁各向异性能量很难发展，但事实证明它可以得到改善。