Badania polaryzowanych próbek kompozytowych o zwiększonej za-

o zwiększonej zawartości objętościowej proszku Terfenolu-D W następnym etapie przeprowadzone zostały pomiary magnetostrykcji ∆λ wy-tworzonych próbek kompozytowych o zwiększonej zawartości objętościowej proszku Terfenolu-D, polaryzowanych prostopadle i równolegle do głównej osi próbki oraz niepolaryzowanej. Pomiary zostały przeprowadzone podobnie jak w przypadku opisanych uprzednio testów próbek bez polaryzacji. Na rysunkach 4.22a i 4.22a przedstawiono rezultaty pomiaru magnetostrykcji dla próbek polaryzowanych oraz próbki niepolaryzowanej, o naprężeniu wstępnym wynoszącym σ0 = 1 MPa. Na podstawie otrzymanych wyników, uzyskanych dla tych trzech rodzajów pró-bek, można stwierdzić, że niezależnie od zastosowanego obciążenia wstępnego, największą magnetostrykcją spośród wytworzonych materiałów charakteryzują się kompozyty, które w trakcie procesu wytwarzania zostały poddane polaryzacji w kierunku prostopadłym do głównej osi próbki, co można zauważyć na rysun-kach 4.23a i 4.23b. Ponadto, w przypadku próbek polaryzowanych równolegle, wynik magnetostrykcji dla małych wartości naprężenia wstępnego był mniejszy niż w przypadku próbek nie poddanych polaryzacji (rys. 4.23b. Można przypuszczać, że jest to związane ze wstępnym „ustawieniem” cząsteczek wewnątrz kompozytu, które teoretycznie również powinny być ułożone wzdłuż głównej osi, a co za tym idzie, dla małych wartości naprężenia wstępnego ulec mniejszemu wstępnemu odkształceniu.

W przypadku większego naprężenia wstępnego, jak to zostało pokazane na rysunku 4.23b, magnetostrykcja kompozytu polaryzowanego równolegle do głównej osi jest nieznacznie większa niż w kompozycie niepolaryzowanym, co wiąże się z tym, że następuje większe odkształcenie cząsteczek Terfenolu-D, które, będąc ułożone jedna nad drugą wewnątrz kompozytu, oddziałują na siebie z większą siłą niż w przypadku cząsteczek rozłożonych w sposób nieuporządkowany. Należy pod-kreślić, że w przypadku kompozytów magnetostrykcyjnych, które zostały poddane w trakcie wytwarzania polaryzacji zewnętrznym polem magnetycznym w kierunku prostopadłym do głównej osi próbki, udało się uzyskać większe wstępne wyniki magnetostrykcji, niż w przypadku próbki polaryzowanej w kierunku równoległym

4.5. Opracowanie technologii wytwarzania próbek kompozytowych. . . 109

(a) (b)

Rys. 4.22. Zmiana magnetostrykcji ∆λ dla litego materiału Terfenolu-D oraz kompozytów o zwiększonej zawartości objętościowej proszku materiału o gigantycznej magnetostrykcji, w funkcji natężenia pola magnetycznego H, o naprężeniu wstępnym σ0= 1 MPa [66]

(a) (b)

Rys. 4.23. Maksymalne wartości magnetostrykcji ∆λ, dla naprężenia wstępnego w zakresie 1–10 MPa: a) dla litego Terfenolu-D, kompozytów poddanych polaryzacji prostopadłej

i równoległej względem osi głównej próbki oraz kompozytu niepolaryzowanego, b) dla kompozytów poddanych polaryzacji prostopadłej i równoległej względem osi głównej próbki oraz kompozytu niepolaryzowanego [66]

oraz niepolaryzowanej. Na podstawie otrzymanych rezultatów można stwierdzić, że różnice w uzyskanych wynikach magnetostrykcji dla materiału litego oraz materiałów kompozytowych o zwiększonej zawartości objętościowej proszku GMM nie jest duża, a nawet w przypadku kompozytu polaryzowanego prostopadle do głównej osi próbki jest mniejsza tylko o 27% od materiału litego w przypadku braku obciążenia materiału w trakcie jego badania.

110 Rozdział 4. Kompozyty z udziałem Terfenolu-D

Rys. 4.24. Pole pętli histerezy sprzężenia magnetycznego ∆W określane na podstawie jednego cyklu pomiarowego [66]

Przeprowadzona została również analiza sprzężenia magnetomechanicznego w przypadku badanych materiałów kompozytowych. Za miarę wielkości tego sprzężenia uznano wielkość pola pętli histerezy powstającej w trakcie jednego cyklu roboczego materiału, na rysunku 4.24 oznaczonego jako ∆W . Przyjmuje się, że im mniejsza jest wielkość ∆W , tym lepsza jest sprawność zamiany pola magnetycznego na odkształcenia mechaniczne, a tym samym lepsze sprzężenie magnetomechaniczne.

Wyniki wielkości ∆W zostały przedstawione na rysunkach 4.25a i 4.25b. Pomiary zostały wykonane dla wszystkich badanych próbek, w tym dla litego Terfenoul-D. Na rysunku 4.25a widać wyraźnie, że wraz ze wzrostem naprężenia wstępnego, podczas pomiaru w przypadku materiału litego, najszybciej rosło pole pętli histerezy. Ciekawszymi wydają się wyniki otrzymane dla materiałów kompo-zytowych, co nie jest tak widoczne dla materiału litego, jednak na rysunku 4.25b można zauważyć, że w przypadku materiału polaryzowanego prostopadle w sto-sunku do głównej osi i późniejszego działania pola magnetycznego, wartość pola pętli histerezy zmniejsza się po przekroczeniu naprężenia wstępnego o wartości 2 MPa. Na podstawie tych wyników można stwierdzić, że w przypadku materiału kompozytowego o zwiększonej zawartości objętościowej proszku materiału GMM i odpowiednim kącie polaryzacji wstępnej wraz ze zwiększeniem naprężenia wstęp-nego uzyskuje się lepszy wynik sprzężenia magnetomechaniczwstęp-nego, a co za tym idzie większą sprawność zamiany przyłożonego pola magnetycznego na uzyskiwaną wielkość magnetostrykcji. W trakcie rozważań istotne jest to, aby porównywać jednocześnie wykresy sprzężenia magnetomechanicznego i wielkości uzyskiwanej magnetostrykcji dla takich samych wartości naprężenia wstępnego.

Na podstawie przeprowadzonych badań i otrzymanych rezultatów stwierdzono, iż zwiększenie zawartości proszku Terfenolu-D nie zwiększa zdecydowanie magneto-strykcji, natomiast znaczącą zmianę uzyskuje się, stosując polaryzację magnetyczną

4.5. Opracowanie technologii wytwarzania próbek kompozytowych. . . 111

(a) (b)

Rys. 4.25. Wielkość pola pętli histerezy ∆W dla wartości naprężenia wstępnego w zakresie 1–10 MPa: a) dla litego Terfenolu-D, kompozytów poddanych polaryzacji

prostopadłej i równoległej względem osi głównej próbki oraz kompozytu

niepolaryzowanego, b) dla kompozytów poddanych polaryzacji prostopadłej i równoległej względem osi głównej próbki oraz kompozytu niepolaryzowanego [66]

pod odpowiednim kątem. W przypadku wytworzonych materiałów zastosowano dwa różne kąty polaryzacji, z których każdy był przesunięty względem siebie o 90◦

i tak najlepsze rezultaty, tj. największe wartości maksymalnej magnetostrykcji z jednoczesnym najlepszym sprzężeniem magnetomechanicznym, udało się osiągnąć dla próbki, w której cząsteczki zostały spolaryzowane prostopadle do przyłożonego później pola magnetycznego.

4.5.4. Kompozyty magnetostrykcyjne zawierające inne dodatki,