Манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур

Манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур

Реферат

Изобретение относится к технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов, в частности, к процессам порошковой металлургии, а именно - к получению керамических оксидных магнитострикционных материалов, представителем которых является класс перовскитоподобных манганитов, например, на основе манганита лантана.

В патенте США № US 7,226,666 B2 от 5 июня 2007 г. "MAGNETOELECTRIC EFFECTS OF MAGNETOSTRICTIVE AND PIEZOELECTRIC LAYERED COMPOSITES" (автор G. Srinivasan) предложен слоистый магнитоэлектрический толстопленочный композит, содержащий слой пьезоэлектрического состава и слой спеченного магнитострикционного состава La_1-nA_nMnO₃, где А - Са, Sr или их комбинация, а n имеет значение меньше 1. Константы магнитострикции рассматриваемых манганитов даже при низких температурах (100-150 К) по абсолютной величине не превышают значения 4×10^-5 (40 ppm) и сильно зависят от температуры в области 250-300 К.

Известен керамический материал La_0,70Ba_0,30MnO₃, который имеет следующий состав, мас.%: окись лантана - 46,17; окись бария - 18,63; двуокись марганца - 35,20, а также керамический материал La_0,85Ag_0,15MnO₃ состава, мас.%: окись лантана - 57,03; окись серебра - 7,16: двуокись марганца - 35,81 (Л.И. Королева, Р.В. Демин, А.В. Козлов, Д.М. Защиринский. Связь гигантской объемной магнитострикции с колоссальным магнитосопротивлением и размягчением кристаллической решетки в манганитах La_1-xA_yMnO₃ (А = Са, Ag, Ва, Sr) // ЖЭТФ, 2007, том 131, вып.1, стр.85-96). Максимальные значения константы магнитострикции при напряженности магнитного поля 8,2 кЭ составляют 2,54×10^-4 и 2×10^-4, соответственно. У манганита La_0,9Sr_0,1MnO₃ объемная магнитострикция имеет максимальную величину 4,1×10^-4. Недостатком данных материалов является то обстоятельство, что магнитострикция резко уменьшается в очень узком интервале температур вблизи точек 39°С, 12°С и -139°С, в которых наблюдаются указанные максимумы. Кроме того, Ва- и Sr-содержащие материалы являются монокристаллическими, что затрудняет процесс их изготовления.

Известен керамический материал Sm_0,55Sr_0,45MnO₃, который имеет следующий состав, мас.%: окись самария - 38,47; стронций углекислый - 26,65; марганца двуокись - 34,88; керамический материал Sm_0,60Sr_0,4MnO₃, мас.%: окись самария - 41,74; стронций углекислый - 23,56; марганца двуокись - 34,69, а также керамический материал Sm_0,67Sr_0,33MnO₃, мас.%: окись самария - 46,27; стронций углекислый - 19,30; марганца двуокись - 34,44 (А.И. Абрамович, Л.И. Королева, А.В. Мичурин. Особенности магнитных, гальваномагнитных, упругих и магнитоупругих свойств манганитов Sm_1-xSr_xMnO₃ // ЖЭТФ, 2002, том 122, вып.5(11), стр.1063-1073). Данные материалы характеризуются высокими значениями объемной магнитострикции (до 5×10^-4, 5×10^-3 и -7×10^-4, соответственно), но в очень сильных полях (10, 50 и 150 кЭ) при низких температурах (ниже -143°С).

В манганите Eu_0,55Sr_0,45MnO₃ обнаружена гигантская магнитострикция в узком температурном интервале вблизи температуры магнитного фазового превращения (-232°С) (А.И. Абрамович, О.Ю. Горбенко, А.Р. Кауль, Л.И. Королева, А.В. Мичурин. Гигантская объемная магнитострикция и колоссальное магнитосопротивление в Eu_0,55Sr_0,45MnO₃ // ЖЭТФ, 2004, том 126, вып.4(10), стр.946-953). Значения константы магнитострикции свыше 10^-4 достигаются в полях более 15 кЭ.

Во всех указанных составах манганитов марганец не замещается другими элементами.

Целью изобретения является получение магнитострикционного керамического материала на основе манганита лантана-стронция с гигантским значением константы магнитострикции, использование которого возможно при магнитных полях малой напряженности в достаточно широком диапазоне комнатных температур.

Технический результат достигается получением манганита с замещением марганца никелем, имеющего состав La_0.70Sr_0.30Mn_1-xNi_xO₃, причем х принимает значения от 0,048 до 0,052 формульных единиц, а изготовление манганита осуществляется по керамической технологии. Шихта для получения лантан-стронциевого манганита с эффектом магнитострикции содержит, мас.%:

Окись лантана	46,61
Стронций углекислый	18,10
Двуокись марганца	от 33,82 до 33,70
Окись никеля	от 1,47 до 1,59 (соответственно содержанию двуокиси марганца)

Шихта для получения лантан-стронциевого манганита с эффектом магнитострикции изготавливается с помощью обычных процессов керамической технологии путем смешения оксидов и солей в соотношении мас.%, указанном выше. При этом смешение исходных компонентов и первичное измельчение проводятся в шаровой мельнице в течение четырех часов. Стадию предварительной термической обработки проводят при температуре 1000°С в течение 4 часов. Вторичное измельчение проводят в шаровой мельнице в течение 10 часов. В качестве связки используется раствор поливинилового спирта, который вводится в количестве 4-5%. Формование проводят в различных пресс-формах в зависимости от требуемого типоразмера конечных изделий. Спекание проводят в течение десяти часов при температуре 1200°С. Охлаждение изделий происходит вместе с печью.

Пример

Изделие на основе манганита лантана-стронция имеет следующую химическую формулу: La_0.70Sr_0.30Mn_0.95Ni_0.05O₃. Изделие характеризуется максимальным значением константы продольной магнитострикции, равным 1,1×10^-4 при напряженности магнитного поля 4 кЭ. В диапазоне рабочих температур от 12°С до 36°С константа магнитострикции изменяется незначительно (в пределах ± 5%).

Изделия на основе манганита лантана-стронция могут применяться в мощных системах ультразвуковой очистки и металлообработки, аппаратах для сваривания полимеров, а также в сверхчувствительных приемниках звука, клапанах, расходомерах, линиях задержки звуковых и электрических сигналов, бесконтактных датчиках уровня, лазерной технике, оптике, дефектоскопии.

Магнитострикционный керамический материал на основе лантан-стронциевого манганита, отличающийся тем, что имеет состав La_0.70Sr_0.30Mn_1-xNi_xO₃, причем х принимает значения от 0,048 до 0,052, причем изготавливается по обычной керамической технологии, причем имеет значение константы продольной магнитострикции, равное 1,1×10^-4 при напряженности магнитного поля 4 кЭ, причем значение константы магнитострикции остается постоянным с точностью ±5% в области температур от 12°С до 36°С.