《强磁材料钕铁硼冲击压缩特性的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《强磁材料钕铁硼冲击压缩特性的研究（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川大学硕士学位论文强磁材料钕铁硼的冲击压缩特性研究原子与分子物理专业研究生李巧燕指导教师孙悦本文采用冲击压缩技术、M i e G r u n e i s e n 物态方程和体积相加原理，从实验和理论两个方面研究了钕铁硼在高温高压环境下的状态方程，并讨论了其在外源起爆装置设计方面的应用。基于阻抗匹配原理，在二级轻气炮上对钕铁硼样品进行平面冲击波加载；同时利用磁测速和电探针测试技术，分别获得了平均初始密度为7 3 4 6 9 c m 3 的样品在压力1 9 7 8 G P a 范围内的H u g o n i o t 数据( 精度o 1 ) 。根据冲击压缩试验数据拟合出钕铁硼样品的D 1 l D
2、关系：D 2 3 6 8 6 + 1 0 5 9 u p在忽略硼的贡献前提下，利用B o r n M e y e r 势、单质钕和铁的基本物性数据重新推导了冷能、冷压近似公式，得到新的钕铁硼状态方程：厂 2 P H = P o C 0 2 l 毒茹j其中c o = c o ( 1 + l5 2 x 1 0 2 ) ，五兰五( 1 08 2 1 0 2 ) ，r = l i VP 0将求出的H u g o n i o t 数据与实验结果对比可知，两者在高压段符合较好；而在低压段则存在一定误差。关键字：钕铁硼；冲击压缩；物态方程；G r u n e i s e n 模型：体积相加原理四川大学硕士学
3、位论文S t u d i e so ns h o c kc o m p r e s s i o nb e h a v i o ro ff e r r o m a g n e t i s mm a t e r i a lN d z F e x 4 BM a j O r ：A t o m i ea n dM o l e c u l a rP h y s i c sP o s t g r a d u a t e ：Q i a o - Y a nL iS u p e r v i s o r ：Y u eS u nF r o mv i e w so f t h ee x p e r i m e n ta
4、 n dt h e o r y , t h ee q u a t i o no fs t a t eo f N d 2 F e l 4 Ba th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r eh a sb e e ns t u d i e dw i t ht e c h n i q u e so fat w os t a g el i g h tg a sg u n , t h eM i e G m n e i s e n sm o d e la n dt h ev o l u m ea d d i t i v ep r i n c
5、 i p l e ，a n dt h e n ，t h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n sf o rt h em a t e r i a la r ea l s od i s c u s s e di nt h i sp a p e r B a s e do nt h ei m p e d a n c em a t c h i n gt h e o r y , t h et e c h n i q u eo fs h o c kw a v ec o a x i a ld e t e c t o ra n dt h em a g n e t i c
6、m e a s u r e m e n to fv e l o c i t y , t h ep r o p e r t i e so fN d 2 F e l 4 Ba r ei n v e s t i g a t e dw i t h i nt h ep r e s s u r er a n g eo f1 9 G P a - 7 8 G P a T h eH u g o n i o t sa n dD ur e l a t i o no fN d 2 F e l 4 1 3w i t hi n i t i a ld e n s i t yo f7 3 4 6 9 c m 3a r er
7、e s p e c t i v e l ym e a s u r e d ( t h ee r r o ri sa b o u t O1 )F i t t i n gt h eD Ur e l a t i o no fN d 2 F e l 4 Bc l o s et ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ( t h ee r r o ri sa b o u t0 1 1a sf o l l o w ：D 2 36 8 6 + 1 0 5 9 U pN e wf o r m u l a eo fc o l de n e r g ya n dc o
8、 l dp r e s s u r ef o re l e m e n t a lN e o d y m i u ma n dF e r r u mh a sb e e nr e d e d u c t e db yB o r n - M e y e r S p o t e n t i a lf u n c t i o na n dt h e i rb a s i cd a t a , a n dt h eB o r o n Sc o n t r i b u t i o n st os y s t e mi g n o r e dT h u s ，an e we q u a t i o no
9、fs t a t eo f N d f f e l 4 Bh a sb e e np r o p o s e da s ：P H = , 0 0 C 0 2 l 未剥w h e r ec 0 _ = c o ( 1 + 1 5 2 X1 0 2 ) ，五兰( 1 - 0 8 2 X1 0 - 2 ) ，7 = l 一瓦V四川大学硕士学位论文C o m p a r ec a l c u l a t e dH u g o n i o t sw i t he x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ea g r e e m e n ti sw e l l ，b u td
10、i s a p p o i n t e da th i g h e ra n dl o w e rp r e s s u r er a n g e ，r e s p e c t i v e l y K e yw o r d s ：N d 2 F e l 4 B ；s h o c kc o m p r e s s i o n ；e q u a t i o no f s t a t e ；G r u n 9 i s e n sm o d e l ；，e q u a t i o no fs t a t ev o l u m ea d d i t i v ep r i n c i p l e 一四川大
11、学硕士学位论文声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得四川大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归四川大学所有，特此声明孔U 程：虏乃煎四川大学硕士学位论文第一章绪论1 1 意义和背景自从金属间化合物钕铁硼( N d 2 F e l 4 1 3 ) 在上世纪8 0 年代被佐川真人等【l J发现以来，
12、这种具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积( 平均值为2 8 6k m 3 ，理论值达5 2 5 4 k J m 3 ) 的强磁材料在信息工程、电子技术以及新型武器装备等高端研究得到了广泛应用f 2 1 。其中引人注目的是，基于N d 2 F e l 4 B 的去磁脉冲电源设计在减小体积、优化结构和扩展输出功率等方面的表现。正因为如此，近年来关于其加工工艺、电磁项目的开发和常态物性研究的文献也逐渐增多 3 - - 6 1 。随着设计、生产和理论研究水平的提高，目前N d 2 F e l 4 B 已成为综合性能最好的强磁性材料1 7 ；例如，磁能积平均值目前已大于4 4 0k J m 3 。这为其在更广
13、泛的领域应用( 例如油管脱蜡和深海打捞等) 奠定了坚实的基础。有关硬磁材料利用冲击波产生动态加载的实验研究和理论探索可以追述到上世纪五十年代f “。限于条件，这方面研究的进展较慢。目前，测试装置和分析水平以及对理论模型的认识都已发展到很高的程度。这意味着人们已有可能使用更安全、更节省和更有效的方法研究钕铁硼的高温高压物态方程。例如，利用到冲击去磁技术来研究其动压物性【9 】就是一例典型应用。事实上，人们对N d ：F e 。B 高温高压结构及特性认识的不足，已经极大地限制了这一优良的功能材料在更广泛领域的应用。例如，在急需解决的深地勘探、航天器以及导弹有效载荷等难题方面 8 - ”】。因此，有
14、必要从理论和实验上研究N d ：F e l 4 B 的高温高密度物态方程，为上述应用提供可靠的物性数据。1 2 研究现状中科院物理所、金属研究所和吉林大学曾系统地研究了钕铁硼的高温磁性能，为研制新型N d z F e l 4 B 材料提供了有价值的数据【l l 】；杨伏明也利用N d 2 F e l 4 B的强磁场讨论了材料各向异性问题【12 】；而P a v l o v a s k i i 等用爆炸压缩N d 2 F e l 4 1 3产生了1 6 0 0 T 的磁场【1 3 1 。该方法只有在装备特殊仪器的S a r o v 实验中才能完成。目前只有俄罗斯的实验室还在从事该方法的研究，他们
15、希望在P a v l o v a s k i i 的基础上有所突破，产生出更强的适用磁场。宋玉刚描述了磁化场对钕铁硼磁测量四川大学硕士学位论文的影响【l ”。彭涛等在脉冲强磁场发展技术中【1 5 1 阐述了钕铁硼材料的应用。这些实验奠定了对钕铁硼高温高密度特性研究的基础。S h k u r a t o v 等利用爆炸塔研究了2 82 3 8 7 G P a 压力范围内N d z F e l 4 1 3 的磁相变【1 6 】，他们先忽略微量硼的影响，然后利用文献 1 7 】给出的合金数值计算方法得到了近似的H u g o n i o t 数据。韩周礼等研究了钕铁硼永磁合金粉燃烧爆炸特性【1 3
16、l ，韩彩芹利用热力学理论讨论了铁磁体的物态方程与相变 1 9 l 等。这些方面的研究对钕铁硼合金物态方程方面探讨很少，是一个值得深入探讨的研究课题。最近，我们利用二级轻气炮对钕铁硼进行了冲击波加载实验p ，获得了1 9 7 8 G P a 压力范围内的H u g o n i o t 数据，为理论计算提供了实验数据参考。经国内外文献检索证明，本文的实验内容符合“创新”的要求；理论计算方法对类似复杂混合物的研究也有参考价值。本论文对硬磁材料钕铁硼在高温高压下的物性研究从两个方面展开：第一是利用冲击波加载技术确定钕铁硼的冲击压缩物理特性；第二是借助G r u n e i s e n 物态方程对钕铁硼进行高温高密度状态方程的理论计算；并将实验与计算的结果进行比较，检验新导出的计算模型对钕铁硼实验数据的可用性。四川大学硕士学位论文第二章钕铁硼样品的冲击压缩实验研究2 1 实验物态方程2 1 1 冲击绝热线的实验测量基于冲击波阵面上
