元素替代（精选四篇）
元素替代 篇1
元素替代是研究高温超导体的超导电性、晶体结构以及宏观性知之间相互关联的重要方法。对于高温超导体, 不仅交流损耗、Jc、磁滞回线等对微结构敏感, 而且Tc也对微量杂质极为敏感。因此采用不同元素替代 (或掺杂) 是研究和提高超导体性能的一种行之有效的方法。YBCO体系因其具有完整的Cu-O面和Cu-O链结构及代表性的物理特性而备受人们的关注。本文主要阐述YBCO体系不同位置、不同元素的替代对其超导电性的影响。
1 稀土元素对Y的替代
利用稀土离子替代Y位主要是通过改变离子半径、价态、磁性等来探究高温超导机理。除Pr、Tb、Ce外的镧系元素对Y位进行替代都能形成正交的123相, 且Tc约有90K[3]。由于稀土元素离子半径大于Y的离子半径, 因此替代后系统的晶格变大, 使形成123相的条件发生变化。对Gd等磁性离子替代Y位的研究中发现, 离子的磁性没有影响到Y系的超导电性, 但随着Gd含量浓度的增加, 局域电子密度减小, Tc增加[4]。Pr替代Y位后会导致Tc大幅度下降, 在替代量x大于0.5后不再具有超导特性, 但仍为123单相。研究表明, 随Pr含量的增加, 载流子浓度下降[5]。由此可见, 超导电性对载流子有依赖性, 载流子浓度的变化会引起超导电性的变化。
2 Ca对Y的替代
对于Y系, 当样品氧含量为最佳值时Tc随Ca含量的增加而下降[6]。当样品的氧含量不足时, Ca的掺入将使Tc提高[7], 有时甚至能使样品由非超导相转变为超导相。并且用Ca部分替代Y, 可使样品的Jc明显提高, 正常态电阻Rn减小[8]。Ca掺杂引起Y体系Tc下降的原因通常被认为是由于二价的Ca部分替代三价的Y而引起空穴增加或氧含量发生变化而导致的, 当Ca含量较小时由于Ca离子半径与Y接近, Ca更容易进入Y位, Ca替代Y时, 掺杂离子中心将直接坐落于活跃导通区, 所以对Tc的影响较大。
3 La和Sr对Ba的替代
Ba位上通常用La、Sr作部分替代以研究晶体结构、氧含量、载流子浓度和Tc的变化及其之间的关系。La或者Sr对Ba位的替代使体系从正交结构向四方结构变化, Tc降低[9], 甚至超导电性消失, 出现金属—半导体转变。La离子替代Ba离子时, 由于引入电子导致空穴浓度下降, Tc下降[10]。而且La替代Ba会降低Cu-O链和Cu-O面之间空穴转移能力, 这也是引起Tc下降的原因。Sr离子替代Ba离子时也有这种情况, 但出现一些反常现象, Tc随掺杂量非单调变化[11], 在掺杂量达到50%是出现Tc的极大值。实验观察到, 由于制备条件的不同, Sr替代Ba可以导致晶体局域结构上的差别, 从而导致Tc出现差别[12], 而晶体的局域结构的变化主要反映在Ba (Sr) 原子层及其周围的氧原子分布的改变。当这种改变有利于Cu-O面的耦合时, Tc增加, 反之则降低。
4 Ca对Ba的替代
对于Ca是替代Y位还是Ba位的问题, 通常认为, 当Ca含量较低时, Ca主要替代Y位[13]。但当Ca含量较大时, 也发生Ba位替代。研究表明, 过量掺杂样品中的一部分Ca有可能更多的占据Ba位, 而Ca替代Ba对Tc的影响是较小的, 当Ca含量较大时 (x>0.1) , 影响Tc的主要因素是因为掺杂而生成第二相导致Tc降低, 并且随着Ca含量继续增大则将逐渐形成富Ca相[14]。
5 Mg对Ba的替代
随着Mg掺杂量的增加, 样品的晶体结构逐渐由正交相向四方相转变, Tc总体呈明显降低趋势[15]。这是由于Ba位Mg掺杂所引起的晶体结构变化对超导电性的影响。YBa2-x Mgx Cu3O7-y的晶体结构对超导电性存在着密切关联, 随着掺杂量的增加, 导致O偏离最佳位置, 使载流子库Cu-O链不能通过O向Cu-O面提供载流子, 从而影响了超导电性。
6 结语
元素替代 篇2
“如今的广告市场竞争激烈，广告设计公司为了在激烈的竞争中赢得一席之地，必须要有自己的创新和特色，而图形创意就是广告设计体现创新性的一项重要手段。元素替代是广告设计中常用的一项重要表现形式，通过对相关图形形象进行再次组合和创作，从而达到更为强大的视觉效果。在广告设计过程中运用元素替代的表现形式时，若要使简单普通的图形产生出创新的效果与感觉，并表达出含有双重或多重意义的内容，就需要在广告创新设计过程中打破常规，不断从旧主题中发掘出新概念，从而创造出与客观世界中不同的奇异形象。”如在马自达广告设计中，将马自达标志中的两笔分别用“枝丫”和“红酒”来代替，“枝丫”代表着环保、“红酒”代表着品味，，通过替换，让我们感受到马自达的车子也同时具备了这些内涵。从而有效的贴合了广告商需要传达的产品诉求。可见，元素替代的表现手法不但增强广告的吸引力，并且可以表达出广告设计的深层次内涵。
2.招贴海报设计中的运用
招贴海报设计作为视觉传达艺术,是设计师通过自己的图形艺术语言体现对设计对象关注的重要载体。“如何更好地抓住人们视觉和听觉的注意力,唤起情感,激发兴趣,诱发欲望,通过表现特点来赢得和保持注意力是招贴海报设计的主要目标。”招贴海报设计的图形创意十分重要，它是招贴设计作品的表现形式，是招贴设计作品中最敏感和倍受关注的视觉中心。“许多优秀的招贴设计作品都是以自己独特的图形语言准确而又清晰地转述设计主题的，它蕴含着设计者心灵世界和精神向往的全部感情。” “元素替换在招贴海报设计中应用十分广泛，例如：《保护我们的肺》主题海报，画面的图形运用了元素替换的艺术表现手法，画面中设计者在人的左右两肺的位置放上了类似于肺部外形的茂密的两棵树。两棵树组成的肺部让人产生清新的感觉，同时又直击主题，引人深思。又如超现实主义大师马格里特作品《错误的镜子》，画面中有一只很大的眼睛。眼珠的地方被替换成了一幅蓝天白云的风景。风景与眼睛是两种截然不同的事物，但是通过元素替换的手法，它们产生了联系。马格里特通过这种替换的方法，来说明人的眼睛所看到的事物通常就像这幅风景画一样宁静迷人，但这只是表象，往往事物的本质是人的眼睛所不能直接看到的，它需要长期的观察与体会。”像这种手法在招贴海报设计中的运用还有很多。
3.书籍装帧中的设计
元素替代 篇3
随着社会的不断发展，图形语言已经成为现代社会中沟通交流的一种重要的视觉语言形式。创意是图形语言的核心，好的创意需要选择正确的艺术手法来表达，元素替代以其灵活，充满个性的艺术表现形式被越来越多的设计者所选用。
元素替代
元素替代，也称作元素置换。简单来说是指：将组成图形的某一特定元素与另一种本不属于该图形的元素进行替换，传达出新的图形意义与艺术表现。通过重新组合后的图形，由于替换了不同的元素，产生了一种趣味横生的画面效果，极其容易让观看者产生共鸣和联想，从而给大众带来新视觉与新意义。“元素替代的应用加强了人们对事物深层意义的理解，同时也增强了图形的表现力，实现了按常规思维方法不可能达到的转换。”
元素替代在平面设计中的运用
1.广告设计中的运用
“如今的广告市场竞争激烈，广告设计公司为了在激烈的竞争中赢得一席之地，必须要有自己的创新和特色，而图形创意就是广告设计体现创新性的一项重要手段。元素替代是广告设计中常用的一项重要表现形式，通过对相关图形形象进行再次组合和创作，从而达到更为强大的视觉效果。在广告设计过程中运用元素替代的表现形式时，若要使简单普通的图形产生出创新的效果与感觉，并表达出含有双重或多重意义的内容，就需要在广告创新设计过程中打破常规，不断从旧主题中发掘出新概念，从而创造出与客观世界中不同的奇异形象。”如在马自达广告设计中，将马自达标志中的两笔分别用“枝丫”和“红酒”来代替，“枝丫”代表着环保、“红酒”代表着品味，，通过替换，让我们感受到马自达的车子也同时具备了这些内涵。从而有效的贴合了广告商需要传达的产品诉求。可见，元素替代的表现手法不但增强广告的吸引力，并且可以表达出广告设计的深层次内涵。
2.招贴海报设计中的运用
招贴海报设计作为视觉传达艺术，是设计师通过自己的图形艺术语言体现对设计对象关注的重要载体。“如何更好地抓住人们视觉和听觉的注意力，唤起情感，激发兴趣，诱发欲望，通过表现特点来赢得和保持注意力是招贴海报设计的主要目标。”招贴海报设计的图形创意十分重要，它是招贴设计作品的表现形式，是招贴设计作品中最敏感和倍受关注的视觉中心。“许多优秀的招贴设计作品都是以自己独特的图形语言准确而又清晰地转述设计主题的，它蕴含着设计者心灵世界和精神向往的全部感情。” “元素替换在招贴海报设计中应用十分广泛，例如：《保护我们的肺》主题海报，画面的图形运用了元素替换的艺术表现手法，画面中设计者在人的左右两肺的位置放上了类似于肺部外形的茂密的两棵树。两棵树组成的肺部让人产生清新的感觉，同时又直击主题，引人深思。又如超现实主义大师马格里特作品《错误的镜子》，画面中有一只很大的眼睛。眼珠的地方被替换成了一幅蓝天白云的风景。风景与眼睛是两种截然不同的事物，但是通过元素替换的手法，它们产生了联系。马格里特通过这种替换的方法，来说明人的眼睛所看到的事物通常就像这幅风景画一样宁静迷人，但这只是表象，往往事物的本质是人的眼睛所不能直接看到的，它需要长期的观察与体会。”像这种手法在招贴海报设计中的运用还有很多。
3.书籍装帧中的设计
元素替换手法与书籍装帧的结合主要体现在插图或封面的表现，而插图和封面设计又是书籍装帧不可或缺的重要组成部分。“创意的图形不但可以清楚表达出书籍的主题还可以加强书籍的趣味性和注目性。”由于社会的发展，读者对书籍的设计要求也越来越高，人们摒弃直观的书籍表达方式 ，越来越喜欢更加有趣的艺术展现形式。在书籍设计中元素替代手法的运用非常多，比较典型的就是《舌尖上的中国》系列美食书，如下两幅插图所示：如图1中我们可以看到作者将米饭替换成了中国的山川，生动有趣。如图2中更将山川替换成具有中国传统特色食物的粽子。通过这种“偷梁换柱”的创意手法的运用，不仅大大吸引了读者的眼球，也丰富了整本书要传达的人文内涵，或许我们从画面中能感受到，作者讲的不仅仅是美食还有美食背后的中国式地域情怀。由此可见，元素替代手法在书籍装帧中的运用还是非常有实用价值的。
结语
元素替代手法在平面设计中的其他领域运用还有很多，总的来说是一种灵活，好用的创意手法。它不仅能提升画面的趣味和个性同时也体现着设计者的智慧。
（作者单位：江西科技师范大学）
元素替代 篇4
合金的性能决定于合金的结构, 合金成分是影响Fe-Ga合金结构的主要因素之一。为改善Fe-Ga合金的磁致伸缩性能, 近几十年来研究者们采用元素替代和掺杂的方法来改变合金成分, 从而改变合金的微结构, 以期改善合金性能, 研究内容大体包括以下两个方面: (1) 用单元或多元元素替代Fe-Ga合金基本组元元素Fe和Ga; (2) 在Fe-Ga合金中掺杂单元或多元元素。本文将基于Fe-Ga合金, 从元素替代和元素掺杂对Fe-Ga合金结构和性能的影响方面入手, 来阐述新型Fe-Ga磁致伸缩材料的最新进展。
1 元素替代对Fe-Ga合金结构和性能的影响
在功能材料的研究中, 元素替代法是经常采用的基本手段。具体而言, 元素替代就是将原合金基体中的基本组元成分用其他元素部分或全部替代。合金元素被替代后, 一般不会改变合金的晶体结构, 但会不同程度地改变合金的微结构, 进而影响合金的性能。元素替代的目的就是通过改变合金的微结构来改善合金的性能。Fe-Ga合金一般由一定比例的Fe和Ga两种元素组成, Fe元素形成Fe-Ga合金的主要晶体结构, Ga元素固溶于Fe元素形成的晶体结构中。因此在Fe-Ga合金中, 元素替代一般分为基本组元Fe元素替代和Ga元素替代, 以及组元元素Fe和Ga同时被替代。选取不同种类、不同含量的元素替代会对合金的结构与性能产生不同的影响。
1.1 Fe-Ga合金中对Ga元素的替代
在Fe-Ga合金基本组元成分的替代方面, 对非磁性Ga原子替代的研究较多。研究者多采用与Ga同主族或邻主族、同周期或邻周期的元素替代Fe-Ga合金中的Ga元素。
考虑到Ga (4s24p1) 和Al (3s23p1) 原子具有相似的价电子排布式, 以及Al比Ga的成本低等因素, 用Al替代Ga的研究一直备受关注。2001年, Srisukhumbowornchai等[7]用小量的Al (5% (原子分数) ) 替代Fe-20%Ga (原子分数) 合金中的Ga, 发现替代后合金的磁致伸缩系数有微小的增大, 而Al含量增多, 磁致伸缩系数有减小的趋势。同样, Zhou等[8]研究了Fe82Ga18-xAlx (3
基于d层全满或全空的非磁性元素将影响Fe原子自旋-轨道耦合, 从而可能有效地影响Fe-Ga合金的磁致伸缩性能[10]。丁雨田等[11]除了用Al替代Ga元素外, 还考虑到Cu (3d104s1) 与Ga (3d104s24p1) 属同周期, 两者的3d层电子排布相同, 用Cu替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 通过非平衡凝固方式制备Fe83Ga17-xMx (x=0, 1, 2, 3;M=Al, Cu) 合金, 并对合金的相组成及其磁致伸缩性能进行研究, 发现合金仍由A2相组成, Al、Cu均固溶于Fe-Ga合金。Al和Cu均对Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能产生抑制作用, 而Cu的抑制作用要小于Al。对于Al, 当x=2时, 饱和磁致伸缩值达到最大;而对于Cu, 当x=2, 3时, 饱和磁致伸缩值均达到最大。高芳等[12]用Si、Ge和Sn替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 研究了Fe81 (Ga1-xMx) 19 (x=0, 0.1, 0.2;M=Si, Ge, Sn) 合金的相组成和磁致伸缩性能。结果表明, Si、Ge元素的替代没有改变Fe81Ga19合金中的A2相结构, 小量替代没有降低合金的饱和磁致伸缩系数, 而继续增加替代元素含量, 饱和磁致伸缩系数显著下降;Sn替代Ga使合金相结构发生变化, 合金由A2和FeSn (Ga) 两相组成。随着Sn含量的增加, 非磁性FeSn (Ga) 相含量增加, 合金的饱和磁致伸缩系数呈降低趋势。综合比较, Fe81 (Ga0.9Sn0.1) 19合金获得了略高于Fe81Ga19合金的最大饱和磁致伸缩系数。范进良等[13]用In、Ge替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 研究了Fe81 (Ga1-xYx) 19 (Y=In, Ge;x=0, 0.1) 合金的相结构、微观结构和磁致伸缩性能。结果表明, 用In替代后, 合金由A2和富In相两相组成, 富In相呈细小的颗粒状沿晶界分布, 合金的磁致伸缩系数降低, 淬火后合金的磁致伸缩系数较热处理前提高了约1倍;用Ge替代后, 合金仍保持A2相结构, 铸态Fe81 (Ga0.9-Ge0.1) 19合金中存在大量的枝晶, 淬火后枝晶消失, 合金的磁致伸缩系数降低, 淬火后磁致伸缩系数提高约2倍。为说明替代元素与Ga元素的关系以及替代对Fe-Ga合金性能和结构的影响, 特将替代元素的基本性质及替代对Fe-Ga合金的影响列于表2。
1.2 Fe-Ga合金中对Fe元素的替代
少数研究者对Fe-Ga合金中的Fe元素进行替代。为了改善多晶Fe-Ga合金的磁致伸缩性能, Bormio-Nunes等[14]针对Fe85Ga15合金, 用Co、Ni替代Fe-Ga合金中的Fe, 用Al元素替代了合金中Ga元素。研究发现三元合金的磁致伸缩值比二元合金的大, 表明这种替代有利于合金磁致伸缩性能的改善。Bormio-Nunes等[15]还用Co、Ni替代Fe85Ga15合金中的Fe, 研究了Fe85Ga15、Fe78Ni7Ga15和Fe78Co7Ga15合金的结构与磁致伸缩性能, 发现Fe85Ga15合金仅由无序的A2相组成, 而用Co、Ni替代Fe后, 合金中除了含有无序的A2相外, 还出现了有序的DO3相结构。Fe78Ni7Ga15的磁致伸缩系数达到最大 (370×10-6) , 而Fe78Co7Ga15合金的磁致伸缩系数最小 (270×10-6) 。
2 元素掺杂对Fe-Ga合金结构和性能的影响
元素掺杂法也是功能材料研究中经常采用的基本手段。元素掺杂, 即在一个作为基体的晶体结构中掺入少量的其他元素, 因为被掺杂元素在化学性质上和原有基体不同, 晶格结构会出现各种各样的变化和缺陷, 从而提升原有基体的性质, 或者引入原来不具有的性质。Fe-Ga合金中的掺杂有单元掺杂和多元掺杂。不同种类元素、不同元素含量的掺杂对合金的结构与性能产生不同的影响。
2.1 小原子元素掺杂Fe-Ga合金
在元素掺杂方面, 基于小原子B元素与Ga属于同一主族, 外层电子结构相同, 将B元素掺杂到Fe-Ga合金中的研究一直备受关注。龚彦等[16]研究了 (Fe0.81Ga0.19) 100-xBx (x=0~20) 合金的相组成和磁致伸缩特性。研究发现, 因掺杂的B含量不同, 合金的相结构发生了明显的变化。当x=1时, 铸态合金由A2 (bcc Fe (Ga) ) 相和Fe2B相组成;当x=5, 10, 15和20时, 合金由A2相、L12和Fe2B相组成。合金的磁致伸缩性能因合金相结构的变化而改变。随着B含量的增加, 磁致伸缩性能比铸态Fe81Ga19合金小。但经过800℃×3h油淬后, x=10合金的磁致伸缩较油淬Fe81Ga19合金提高了80%。李纪恒等[17]在Fe83Ga17合金中掺杂了少量的B (0.5% (原子分数) ) , 对合金室温力学性能及轧制薄片磁致伸缩性能进行了研究, 发现添加少量B提高了Fe-Ga合金的室温塑性, 实现了合金的轧制成形。热处理对掺杂后合金薄片材料磁致伸缩性能的影响很大。在相同热处理条件下, 磁致伸缩性能随薄片形变量的减小而增加。分析认为热处理对合金薄片磁致伸缩性能的影响归因于对样品织构的影响。同时, 他们研究了B和Cr掺杂的多晶Fe83Ga17合金的磁致伸缩和拉伸力学性能, 发现掺杂1% (原子分数) B不仅增强了合金的磁致伸缩性能, 而且改善了合金的室温力学性能。这种改善归因于B元素以Fe2B相的形式偏聚在晶界, 细化了合金晶粒, 增加了合金晶界结合力, 抑制了沿晶脆断。同样2% (原子分数) Cr的掺杂也使合金的磁致伸缩性能和室温力学性能提高, 主要归因于固溶在Fe-Ga合金中的Cr起到固溶强化作用, 同时提高了合金的晶界强度和解理强度[18]。他们还对Fe82.2Ga16.8B和Fe80.6Ga18.9B0.5合金在应力下的再结晶行为和磁致伸缩性能进行了详细的研究[19]。秦凯等[20]研究了过冷度分别为198K和270K时制备的 (Fe81-Ga19) 90B10合金, 发现随着过冷度增加, 合金的晶粒尺寸逐渐增大, 晶界变细;合金由于在低角度附近存在有序DO3相, 导致其磁致伸缩值增加较小, 由60×10-6增至80×10-6。在合金凝固过程中施加垂直磁场后晶粒尺寸变大, 合金内部富B相及富Ga相的析出量增加, 但磁致伸缩性能较加磁场前变化不大, 达到85×10-6。同时合金沿〈110〉方向具有一定的择优取向, 因偏离〈100〉易磁化方向, 故磁致伸缩系数较低。丁雨田等[21]采用非平衡凝固方法制备了 (Fe83Ga17) 100-xMx (x=0, 0.5, 1, 1.5;M=C, B) 合金, 并对其相组成及磁致伸缩性能进行了研究, 发现C、B元素对合金微观组织产生了很大影响, C固溶于A2相中, 而B富集于晶界处, 晶粒形状呈区域定向排列。添加C、B均对Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能产生了抑制作用。Basumatary等[22]对Fe77Ga23Bx (x=0, 0.025, 0.050, 0.075和0.1) 合金在1000℃下退火10h, 发现合金由A2主相和L12、DO3第二相组成。B的掺杂使合金中L12、DO3第二相含量减少, 并且使磁致伸缩性能改善, 合金磁致伸缩性能改善的程度与B的掺杂量密切相关, 具体见图1。
为了改善Fe-Ga合金的易碎性和不可加工性, 研究者尝试在Fe-Ga合金中掺杂Nb及NbC元素。研究表明[23,24,25,26], Nb及NbC掺杂不仅增强了Fe-Ga合金的延展性, 而且还维持了合金的高磁致伸缩系数, 拓宽了其应用范围。此外, Takahashi等[27]在Fe-Ga合金中掺杂了Al、C、Zr、Nb和Mo, 对 (Fe0.80Ga0.15Al0.05) 99X0.5C0.5 (X=Zr, Nb和Mo) 合金进行了研究。
2.2 稀土元素掺杂Fe-Ga合金
近年来, 考虑到稀土元素Dy和Tb因4f电子层而具有特殊的磁性能, 其单晶在特定晶体学方向上的磁致伸缩系数大, 以及它们在稀土巨磁致伸缩材料中曾发挥重要作用等原因, 研究者们试图通过稀土元素Dy和Tb的掺杂来改变FeGa合金的磁致伸缩性能, 该研究工作主要集中在国内包头稀土研究院和北京航空航天大学。以赵增祺、江丽萍为代表的研究者们分别将稀土元素Dy和Tb掺杂到Fe83Ga17中, 研究了Fe83Ga17Tbx合金的结构与性能, 发现稀土Tb掺杂后, Fe-Ga合金具有〈100〉晶向取向的晶粒数目有所增加, Tb在Fe-Ga合金中的晶界处富集, Tb掺杂后合金的磁致伸缩性能明显提高[28,29]。随后, 他们对Tb掺杂的Fe-Ga合金Fe81-Ga19Tbx (x=0, 0.2, 0.4, 0.6) 进行快淬处理, 制备了合金薄带, 研究发现Fe81Ga19Tb0.2合金的磁致伸缩系数最大, 达到-1320×10-6[30], 并详细对比研究了Fe81Ga19Tbx (x=0.3) 和Fe81Ga19合金的温度稳定性[31]。在对稀土Dy掺杂的FeGa合金Fe81Ga17Dyx (x=0, 0.2, 0.4, 0.6) 的研究中发现, 稀土Dy掺杂于Fe83Ga17合金中对合金的晶体结构影响很小, 对显微组织影响显著。Fe83Ga17Dy0.2合金的磁致伸缩系数达最佳, 在5000Oe外加磁场下达到300×10[32,33]。2014年, 北京航空航天大学的Jiang研究小组也开始致力于稀土掺杂Fe-Ga合金的研究。他们采用快淬方法制备了 (Fe0.83-Ga0.17) 100-xDyx (0≤x≤0.42) 合金薄带[34], 研究发现掺杂的Dy元素固溶于A2相中。稀土Dy掺杂的Fe83Ga17合金薄带的磁致伸缩性能有明显的改善。笔者还研究了稀土Ce掺杂的Fe-Ga合金, 在对Fe83Ga17Cex (x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8和1.0) 系列合金的研究中发现, 稀土Ce掺杂Fe83Ga17合金的磁致伸缩系数随稀土Ce含量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势, x=0.8合金的磁致伸缩系数最大, 在557kA/m外加磁场下达到356×10-6[35]。此外, 对Fe83Ga17Ce0.8合金在不同快淬速率下进行快淬处理, 研究快淬速率对其组织结构和磁致伸缩性能的影响。研究发现, 快淬导致微量非对称结构的DO3相析出;随着快淬速率的增大, 合金的磁致伸缩系数绝对值先增大后大幅度减小。6m/s快淬态合金的磁致伸缩系数最大, 在外磁场为557kA/m时达到382×10-6。分析认为, 快淬态合金大的磁致伸缩性能主要来源于合金中形成的CeFe2相和析出的非对称结构的DO3相[36]。
可见, 不仅掺杂稀土元素的种类对Fe-Ga合金的结构和性能有不同的影响;掺杂同种稀土元素时, 掺杂量的不同也会对合金的结构与性能产生不同的影响。图2列举了掺杂不同含量的稀土Tb、Dy和Ce元素后Fe-Ga合金的磁致伸缩性能。
3 结束语
新型Fe-Ga磁致伸缩合金虽然具有低饱和磁化场、良好延展性和韧性以及低成本等综合优势, 但是其磁致伸缩性能仍需进一步提高。国内外对该类合金进行了大量的研究, 并取得了显著的成果, 尤其是在提高合金的磁致伸缩性能方面。元素替代法和掺杂法是改善合金性能的重要方法, 通过基本组元元素替代或合金成分中掺杂其他元素来改变合金的相结构或组织织构, 从而改善合金的综合磁致伸缩性能。但是单一元素替代或掺杂在提高合金某方面性能的同时却会导致其它性能的恶化。因此, 单一元素替代或掺杂无法满足提高合金综合性能的要求。同时, 稀土元素在Fe-Ga磁致伸缩合金中的掺杂发挥着重要的优势。鉴于此, 今后的研究应选取合适的多元素联合替代或掺杂, 以利于提高合金的综合性能。此外, 鉴于稀土元素的掺杂使Fe-Ga合金的磁致伸缩性能获得明显的改善, 进一步加深或拓展稀土元素掺杂Fe-Ga合金的研究是很有必要的。
摘要：Fe-Ga合金是一种新型磁致伸缩材料, 它的高强度、良好韧性、低场高磁致伸缩性能和低成本等优异特性使其具有广泛的商业应用。然而, 实际制备的Fe-Ga合金的磁致伸缩数系数很小, 提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能成为人们关注的课题。元素替代和掺杂是改善新型Fe-Ga磁致伸缩材料性能的一种有效方法。综述了近几十年来元素替代和掺杂对Fe-Ga磁致伸缩合金结构和性能的影响, 并总结了各种元素替代和掺杂的研究进展。在此基础上, 指出了元素替代和掺杂在改善Fe-Ga合金性能中存在的问题及今后的发展方向。
