本书论述了磁致伸缩材料的物理效应、材料的功能特性、材料的发展与在相关技术中的应用研究、材料的磁学基础、磁弹性效应物理本质、磁弹性效应参数与磁致伸缩材料参数的关联，论述了稀土磁致伸缩材料与Fe-Ga材料的相图、相结构、相转变以及微结构、织构、畴结构、制备工作与性能的相互关系规律，以及其它磁致伸缩材料。本书共10章，可供从事新材料研发领域、工业、国防应用领域，从事稀土功能材料基础研究，以及低频大功率声呐技术、水声对抗技术、海洋探测与开发技术、减振与防振、减噪与防噪技术、智能机器人技术、燃油喷射技术、波动采油技术
目 录
第1章 绪论．．． 15
1．1 磁致伸缩材料的物理效应．．． 15
1．1．1 线性磁致伸缩效应（焦耳效应）．．． 15
1．1．2 维拉里（Villari）效应．．． 16
1．1．3 魏德曼（Weidemann）效应．．． 16
1．1．4 魏德曼效应逆效应．．． 16
1．1．5 阻尼效应．．． 16
1．1．6 ΔE效应．．． 17
1．1．7 新材料新效应--拉胀效应．．． 18
1．2 磁致伸缩材料的功能特性．．． 18
1．2．1 将电（磁）能转换为机械能的特性．．． 18
1．2．2 将机械能转化为电磁能的特性．．． 18
1．2．3 扭转力矩与电磁能的相互转换．．． 18
1．2．4 将机械能转化为热能的特性．．． 18
1．2．5 快速锁定与快速解锁机械系统．．． 19
1．3 磁致伸缩材料的发展．．． 19
1．3．1 磁致伸缩材料．．． 19
1．3．2 磁致伸缩材料的发展．．． 19
1．4 磁致伸缩材料的种类和技术性能的比较．．． 21
1．4．1 磁致伸缩材料的种类．．． 21
1．4．2 磁致伸缩材料的性能比较．．． 21
1．5 新磁致伸缩材料在高新技术中的运用．．． 23
参考文献．．． 24
第2章 磁致伸缩材料磁学理论概要．．． 26
2．1 磁致伸缩现象与磁学基础．．． 26
2．2 磁学量的定义与单位制．．． 27
2．3 原子的电子结构与原子磁矩μj 29
2．3．1 磁性的普遍性．．． 29
2．3．2 孤立原子的电子结构．．． 29
2．3．3 电子轨道磁矩μl 31
2．3．4 电子的自旋磁矩μS 32
2．3．5 孤立原子的原子磁矩μJ 33
2．3．6 晶体中的原子磁矩．．． 33
2．4 自发磁化理论要点．．． 35
2．4．1 3d金属与合金的自发磁化与磁有序．．． 35
2．4．2 稀土金属的自发磁化与磁有序．．． 37
2．4．3 稀土金属间化合物的自发磁化．．． 39
2．5 铁磁体中的磁自由能与磁畴结构．．． 39
2．5．1 静磁能．．． 41
2．5．2 磁晶各向异性能EK． 41
2．5．3 退磁场与退磁场能．．． 44
2．5．4 磁致伸缩与磁弹性能．．． 46
2．5．5 磁畴壁与畴壁能．．． 46
2．5．6 磁畴的形成和磁畴结构．．． 49
2．6 技术磁化与反磁化过程．．． 51
2．6．1 技术磁化与反磁化过程．．． 51
2．6．2 畴壁位移的磁化过程．．． 52
2．6．3 磁矩转动的磁化过程．．． 54
2．7 交流磁场中磁化过程与能量损耗．．． 55
2．7．1 铁磁性材料在交流磁场中的磁化特点．．． 56
2．7．2 铁磁材料在交流磁场中的能量损耗．．． 57
参考文献．．． 63
第3章 磁致伸缩与磁弹性．．． 65
3．1 磁致伸缩与磁状态变化的关系．．． 65
3．1．1 直接交换作用能引起的磁致伸缩效应．．． 65
3．2．2 外磁场中磁化产生的线性磁致伸缩应变．．． 66
3．2．3 力致磁致伸缩效应．．． 66
3．2 多晶材料线致磁致伸缩应变λs的表述．．． 66
3．3 立方晶系单晶体的线性磁致伸缩应变表述．．． 68
3．3．1 立方晶系单晶体线性磁致伸缩应变的方程式．．． 68
3．3．2 磁致伸缩应变系数 和 的测量．．． 70
3．4 弹性变形与弹性常数．．． 72
3．4．1 概述．．． 72
3．4．2 材料简单受力的弹性变形与弹性常数．．． 72
3．4．3 复杂应力作用下材料的弹性变形与弹性常数．．． 73
3．5 立方结构材料的磁弹性能以及磁致伸缩应变与弹性常数的关联．．． 79
3．5．1 概述．．． 79
3．5．2 简单立方晶体材料的磁弹性能．．． 80
3．5．3 体心立方晶体与面心立方晶体材料的磁弹性能Eme 81
3．5．4 立方晶体弹性能．．． 82
3．5．5 线性磁致伸缩应变与磁弹性常数的关联．．． 82
3．6 立方结构铁磁材料的应力能与应力各向异性．．． 84
3．6．1 应力能的表述．．． 84
3．6．2 立方结构材料应力引起的各向异性．．． 86
3．7 材料磁滞伸缩应变λs的理论值与影响实际值的因子．．． 88
3．7．1 (或 )的物理意义．．． 89
3．7．2 晶体取向因子αGO． 89
3．7．3 磁畴结构因子βＤＯ． 90
3．7．4 γ（H/Hs）因子．．． 91
3．8 磁致伸缩材料应用的原理和对材料的性能（技术参量）的要求．．． 91
3．8．1 磁致伸缩材料的应用原理．．． 91
3．8．2磁致伸缩驱动棒的能量转换原理和磁机械耦合常数k33 93
3．8．3使用对磁致伸缩材料性能的要求．．． 96
参考文献．．． 99
第4章 稀土铁系磁致伸缩材料．．． 100
4．1 稀土磁致伸缩材料的发展．．． 100
4．2 RFe2系材料的相图，稀土铁化合物的结构与内禀磁特性．．． 102
4．2．1 Tb-Fe、Dy-Fe、Sm-Fe二元系相图．．． 102
4．2．2 Tb-Dy的二元相图．．． 104
4．2．3 R-Fe二元化合物的晶体结构和磁致伸缩．．． 105
4．3（Tb， Dy）Fe2合金的磁晶各向异性的相互补偿．．． 111
4．4 TbxDy1-xFe2稀土巨磁致伸缩材料的制备与晶体生长原理．．． 114
4．4．1 概述．．． 114
4．4．2 熔体定向凝固制造单晶或取向多晶材料的技术．．． 115
4．4．3 熔体定向凝固制备轴向取向柱晶材料的原理．．． 118
4．4．4 Tb-Dy-Fe区熔定向凝固时轴向择优生长方向．．． 120
4．5 Tb-Dy-Fe合金的晶体定向凝固晶体轴向取向与商品巨磁致伸缩材料．．． 122
4．5．1 Tb-Dy-Fe合金单晶体磁致伸缩应变的各向异性．．． 122
4．5．2非取向多晶与取向多晶体的磁致伸缩应变．．． 124
4．5．3 Tb-Dy-Fe合金的[112]轴向取向的磁致伸缩应变l112 125
4．5．4 Tb-Dy-Fe 合金的[110]轴向取向的磁致伸缩应变l110 126
4．5．5商品稀土巨磁致伸缩材料及其特性．．． 128
4．6 稀土巨磁致伸缩材料(Tb，Dy)Fey的显微结构．．． 130
4．6．1 Tb-Dy-Fe三元合金的相图和相组成．．． 130
4．6．2 Tb0．27~0．35Dy0．73~0．65Fe1．95合金铸态的显微组织．．． 132
4．6．3重稀土元素Tb和Dy在组成相中的分布．．． 133
4．6．4 Tb-Dy-Fe磁致伸缩材料的晶体缺陷．．． 135
4．7稀土巨磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe的热处理．．． 137
4．7．1概述．．． 1374．7．2 一般热处理．．． 137
4．7．3热处理前后材料的显微组织结构的变化．．． 138
4．7．4磁场热处理．．． 139
4．8 Tb-Dy-Fe的畴结构与磁化过程．．． 144
4．8．1 概述．．． 144
4．8．2 Tb-Dy-Fe的畴结构．．． 144
4．8．3磁化过程与磁致伸缩应变．．． 146
4．9预压应力与磁致伸缩材料的性能．．． 147
4．9．1概述．．． 147
4．9．2预压应力的大小对l~H曲线的影响．．． 148
4．9．3 预压应力大小对k33曲线的影响．．． 149
4．9．4 三种轴向取向样品形成90°畴结构所需的预压应力．．． 149
4．10其他稀土磁致伸缩材料．．． 151
4．11 Tb-Dy-Fe材料的稳定性．．． 152
4．11．1化学稳定性．．． 153
4．11．2环境稳定性．．． 153
参考文献．．． 155
第5章 Fe-Ga系磁致伸缩材料基础．．． 158
5．1 概述．．． 158
5．2 Fe基磁致伸缩合金相图．．． 158
5．2．1 Fe-Ga二元系平衡相图与相关系．．． 158
5．2．2 Fe-Ga二元系亚稳定（非平衡）相图与相关系．．． 159
5．2．3 Fe-Al与Fe-Be平衡相图．．． 160
5．2．4 Fe-Al与Fe-Ga二元系亚稳相图的比较．．． 162
5．3 Fe-Ga二元系存在相的总结．．． 163
5．3．1 A2相的晶体结构．．． 163
5．3．2 B2相的晶体结构．．． 164
5．3．3 DO3相的晶体结构．．． 165
5．3．4 DO19相晶体结构．．． 165
5．3．5 L12相晶体结构（或稀Cu3Au型结构）．．． 166
5．4 Fe-Ga合金中各种相的物理性质．．． 166
5．4．1 晶体结构参数．．． 166
5．4．2 力学性能．．． 167
5．4．3 磁学性能与磁致伸缩性能．．． 168
5．4．4 不同相的居里温度．．． 172
5．4．5 其他物理性能．．． 172
5．5 二元系Fe100-xGax的性能与Ga含量x的关系．．． 172
5．5．1 和 与Ga含量的关系．．． 172
5．5．2 其他性能与Ga含量的关系．．． 175
5．5．2．1 饱和磁极化强度Js与Ga含量x的关系
5．5．2．2 磁晶各向异性常数K1和K2随x的变化
5．5．2．3 居里温度Tc与点阵常数a与x的关系
5．5．2．4 弹性常数-b1和c＇与Ga含量x的关系
5．5．2．5 弹性性能，拉胀行为与Ga含量x的关系
5．5．2．6 超精细场hf与Ga含量的x关系
5．6 Fe-Ga合金的相转变与相识别．．． 183
5．6．1 讨论Fe-Ga合金相变的必要性．．． 183
5．6．2 富Fe区（x=5-35at．%Ga）相转变的特点．．． 183
5．6．3 富Fe区（x=5-35 at．%Ga）Fe-Ga合金的恒温相变过程．．． 184
5．6．4 富Fe区（x=5-37 at．%Ga）合金以不同速度冷却的相变．．． 186
5．6．5 Fe-Ga合金中存在多种相的识别．．． 188
5．6．5．1 A2相与DO3相的识别
5．6．5．2识别A2相与DO3相的实例
5．7 A2相固溶体的微结构．．． 196
5．7．1 研究A2相固溶体的微结构的必要性．．． 196
5．7．2 Fe-Ga合金A2相固溶体的微结构的特征和研究手段．．． 197
5．7．3 用HRXRD和高能透射XRD技术研究A2相固溶体结构的不均匀性．．． 198
5．7．4 A2相固溶体结构不均匀性的本质．．． 201
5．7．4．1 A2相中的短程序（SRO）
5．7．4．2 A2相中的共格或非共格纳米DO3沉淀
5．8 Fe-Ga合金磁致伸缩应变与成分、显微结构及磁弹性的关系．．． 207
5．8．1 决定A成分区内 的变化与第一个峰值的主要因素．．． 207
5．8．2 决定B成分区内 的变化的主要因素．．． 208
5．8．3 决定C成分区内 及第二个峰值的主要因素．．． 209
5．8．4 决定D成分区内 变化的主要因素．．． 212
5．9 第三组元添加对Fe-Ga单晶合金磁致伸缩性能的影响．．． 213
5．9．1 概述．．． 213
5．9．2 少量添加间隙原子（C、N、B）对Fe-Ga合金单晶体性能的影响．．． 213
5．9．3 添加取代Ga的金属元素对Fe-Ga合金单晶样品性能的影响．．． 216
5．9．4 添加过渡族金属元素对Fe-Ga-M合金性能的影响．．． 219
5．10 Fe-Ga合金单晶体的畴结构．．． 221
5．10．1 研究磁畴结构的目的．．． 221
5．10．2 样品制备方法对MFM磁畴结构的形貌的影响．．． 221
5．10．3 决定Fe-Ga合金磁畴结构的因子．．． 225
5．10．3．1 能量因子
5．10．3．2 多晶体那个晶体取向因子和应力分布因子对畴结构的影响
5．10．4 观察磁畴方法（技术）的选择．．． 226
5．11 Fe-Ga合金织构表述．．． 229
5．11．1 铁基合金单晶体磁致伸缩应变的各向异性和材料的织构．．． 229
5．11．2 材料织构的表述．．． 230
5．11．2．1 极图
5．11．2．2 反极图
5．11．2．3 材料中几种代表性织构
5．11．3 晶体取向分布函数（ODF）．．． 232
5．12 Fe-Ga材料应力退火处理和磁场退火处理．．． 234
5．12．1 应力退火处理工艺．．． 234
5．12．2 应力退火对Fe-Ga合金磁滞伸缩性能的影响．．． 235
5．12．3 Fe-Ga应力退火处理感生的单轴各向异性的来源与模拟计算．．． 239
5．12．3．1 应力退火处理感生的单轴各向异性的来源
5．12．3．2 应力退火处理单晶棒状样品性能的模拟计算
5．12．4 Fe-Ga合金的磁场退火处理．．． 244
5．12．4．1 磁场退火工艺
5．12．4．2 Fe-Ga磁场退火后形成的单轴各向异性
5．12．4．3 样品单轴各向异性常数的确定
5．12．5 Fe-Ga合金磁场退火与应力退火结果的比较．．． 247
5．13 Fe-Ga磁致伸缩材料性能的压力效应
5．13．1 研究压力效应的必要性
5．13．2 Fe-Ga合金单晶体晶向的压应力效应
5．13．2．1 λS0 取向多晶钴铁氧体材料．．． 334
强度非取向多晶钴铁氧体材料．．． 334
参考文献．．． 334
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