磁致伸縮纖維制備及其結(jié)構(gòu)和能的研究

1、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）材料物理畢業(yè)設(shè)計fe-b磁致伸縮纖維制備及其結(jié)構(gòu)和性能的研究 學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 班 級：材料物理101401班 姓 名：馮武強 學(xué) 號：201014020104 指導(dǎo)老師：張克維 2014年06月08日 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書（由指導(dǎo)教師填寫發(fā)給學(xué)生）學(xué)院（直屬系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 時間：2014 年 3 月 12 日學(xué) 生 姓 名馮武強指 導(dǎo) 教 師張克維設(shè)計（論文）題目fe-b磁致伸縮纖維制備及其結(jié)構(gòu)和性能的研究主要研究內(nèi)容1、 fe-b纖維的表面形貌；2、 fe-b纖維的組織結(jié)構(gòu)；3、 fe-b纖維的熱性能;4、 fe-b纖維的磁性能

2、。研究方法以純鐵和純硼為原料，采用熔體抽拉法制備不同直徑fe-b軟磁纖維，然后利用光學(xué)顯微鏡、xrd、vsm、dsc等分析方法對不同直徑的試樣進行物相、顯微結(jié)構(gòu)、磁性能、熱性能的分析。主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))確定衍射峰角度、結(jié)晶溫度、矯頑力、剩磁比等參數(shù)。教研室意見 1 盛智芝, 電化學(xué)沉積法制備fe-b磁致伸縮材料的研究d, 太原科技大學(xué), 2012.2 johnson l. machel, wan jiehui, huang shichu. et al. a wireless biosensor using microfabricated phage-interfaced magneto

3、elastic particlesj sensors and actuators a: physical. 2008, 144 (1): 3847.3 zhang kewei, zhang lin, fu liling et al. magnetostrictive resonators as sensors and actuatorsj. sensors and actuators a: physical. 2013, 200 (1): 210.4 sahingoza recep, erola mustafa, gibbs r.j. mike, observation of changing

4、 of magnetic properties and microstructure of metallic glass fe78si9b13 with annealingj, journal of magnetism and magnetic materials. 2004 271(1): 7478.5 herzer giselher, modern soft magnets: amorphous and nanocrystalline materialsj. acta materialia. 2013 61(3): 718734.教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日說明：一式兩份，一

5、份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目 錄摘 要iiabstractiii第一章 緒 論 1 1.1 磁致伸縮現(xiàn)象的簡介11.1.1 磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的原因 2 1.1.2 磁致伸縮效應(yīng)的分類 2 1.1.3 鐵磁材料的焦耳磁致伸縮效應(yīng) 4 1.2 磁致伸縮材料 7 1.3 磁致伸縮材料的應(yīng)用 7 1.4 fe-b非晶態(tài)磁致伸縮材料及研究進展 8 1.5 選題的意義及研究內(nèi)容 9 第二章 熔體抽拉法制備非晶合金纖維材料 10 2.1 熔體抽拉法的基本原理 10 2.2 實驗裝置及方法描述 10 2.2.1 實驗裝置 10 2.2.2 實驗方法 11 2.2.3 裝置的基本要求

6、 12 2.3 fe-b材料的制備 12 2.4 合金材料制備過程中應(yīng)注意的幾個問題 13 第三章 實驗儀器及原理分析 14 3.1 表面形貌觀察 14 3.2 x射線分析儀（xrd）及原理 14 3.3 差示掃描量熱分析(dsc) 15 3.4 磁性能研究分析(vsm) 15 第四章 fe-b材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析 17 4.1顯微鏡觀察纖維的形貌 17 4.2 x射線衍射（xrd）分析 18 4.3 差示掃描量熱分析（dsc） 19 4.4 磁性能的分析 21 第五章 結(jié) 論 24 參考文獻 25 致 謝 26 附 錄 27 fe-b磁致伸縮纖維制備及其結(jié)構(gòu)和性能的研究摘 要 鐵基磁致伸縮材

7、料是一種新型的功能性材料，它具有優(yōu)良的物理與化學(xué)性能，有廣闊的應(yīng)用前景，是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。是值得開發(fā)和利用的一類新型材料1。本文論述以純鐵和純硼為原料，采用熔體抽拉法制備不同直徑的fe80b20纖維，然后利用sem、xrd、vsm、dsc等分析方法對不同直徑的試樣進行物相、顯微結(jié)構(gòu)、磁性能、熱性能的分析。最后得出不同直徑對該種纖維的各種性能都具有一定的影響。關(guān)鍵詞 磁致伸縮，新型功能材料，熔體抽拉法，fe-b纖維fe-b magnetostrictive fiber preparation and research of structure and performanceabst

8、ract iron base magnetostrictive material is a new type of functional material, it has excellent physical and chemical properties, has a broad application prospect, is an important energy conversion function and information material.this paper discusses pure iron and pure boron as raw material, adopt

9、s the melt pump rafa preparation of different diameter of fibers,then use sem、xrd、vsm、dsc analysis method of different diameter of specimen, phase, microstructure, magnetic, thermal performance analysis. finally it is concluded that properties of the different diameter of the fiber has certain influ

10、ence.keywords magnetostrictive， new type of functional materials ，the melt pump rafa ，fe - b fiber 第一章 緒 論1.1 磁致伸縮現(xiàn)象的簡介 什么是磁致伸縮現(xiàn)象？我們知道物質(zhì)具有熱脹冷縮的現(xiàn)象。除了加熱外，在磁場和電場作用下也會導(dǎo)致物體尺寸的伸長或縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸會伸長（或縮短），去掉外磁場后，其尺寸又恢復(fù)原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象（或效應(yīng)）。磁致伸縮效應(yīng)于19世紀(jì)（1842年）被英國物理學(xué)家詹姆斯.焦耳發(fā)現(xiàn)。他觀察到，一類鐵磁類材料，如：鐵，在磁場中會改變長度。焦

11、耳事實上觀察到的是具有負(fù)向磁致伸縮效應(yīng)的材料，但從那時起，具有正向磁致伸縮效應(yīng)的材料也被發(fā)現(xiàn)了。磁化引起機械應(yīng)變，反過來應(yīng)力也將影響鐵磁材料的磁化強度，故亦稱為“壓磁效應(yīng)”。廣義的說，磁致伸縮應(yīng)該包括一切有關(guān)磁化強度和應(yīng)力相互作用的效應(yīng)1-2。磁致伸縮的大小可以用磁致伸縮系數(shù)來表示，線磁致伸縮系數(shù)可表示為=/0 , 0 是材料未磁化狀態(tài)下的某一給定方向的原始長度，是形變量。磁致伸縮系數(shù)的大小可正可負(fù)，當(dāng)材料沿著外加磁場伸長時，為正值，當(dāng)材料沿著外加磁場收縮時，為負(fù)值。（如圖1.1）磁致伸縮系數(shù)隨著磁場強度h而變化，形成了材料的磁致伸縮函數(shù)(h)。該函數(shù)具有滯后性或者非滯后性，這取決于材料的磁化

12、過程。在絕大多數(shù)情況下，(h)的斜系數(shù)要比飽和或工程磁致伸縮常數(shù)s具有更加重要的意義，s是在飽和磁場強度hs下最大的應(yīng)變系數(shù)。其中,(h)的斜系數(shù)和e=s/hs (ppm oe-1)是表征材料產(chǎn)生磁致彈性波的重要參數(shù)。對于“零”磁致伸縮材料s的取值可小到s=10-7，對于巨磁致伸縮材料s的取值可大到s=10-31-3。 體積磁致伸縮系數(shù)定義為w=v/v,v為鐵磁體原來的體積，v為磁化后的體積變化量。除因瓦合金具有較大的體積磁致伸縮系數(shù)外，其他的鐵磁體的體積磁致伸縮系數(shù)都十分小，其數(shù)量級約為10-10-10-8。在一般的鐵磁體中，僅在自發(fā)或順磁化過程（即ms變化時）才有體積磁致伸縮發(fā)生。當(dāng)磁場強

13、度小于飽和磁場強度hs，只有線磁致伸縮，而體積磁致伸縮十分微小。圖1.1 磁致伸縮系數(shù)示意圖1.1.1 磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的原因 在外磁場作用下一類材料會伸長，另一類材料會縮短，對于這兩類材料來說，磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的原因是相似的。小磁疇的旋轉(zhuǎn)被認(rèn)為是磁致伸縮效應(yīng)改變長度的原因。磁疇旋轉(zhuǎn)以及重新定位導(dǎo)致了材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)變。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變導(dǎo)致了材料沿磁場方向的伸展（由于正向磁致伸縮效應(yīng)）。在此伸展過程中，總體積基本保持不變，材料橫截面積減小。總體積的改變很小，在正常運行條件下可以被忽略。增強磁場可以使越來越多的磁疇在磁場方向更為強烈和準(zhǔn)確的重新定位。所有磁疇都沿磁場方向排列整齊即達到飽和狀態(tài)，因而

14、產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)。從磁體的磁疇結(jié)構(gòu)變化來看，材料的磁致伸縮效應(yīng)是其內(nèi)部的各個磁疇形變的外觀表現(xiàn)3-6。1.1.2 磁致伸縮效應(yīng)的分類 磁致彈性學(xué)是一門處理磁性材料磁學(xué)性能和彈性性能的學(xué)科。磁致彈性效應(yīng)分為正磁致彈性效應(yīng)和逆磁致彈性效應(yīng)。正磁致彈性效應(yīng)指的是某種磁性材料的尺寸和形狀能夠隨著磁化強度的大小和方向而產(chǎn)生變化，即所謂的磁致伸縮。反之，某種材料的磁性能隨著所施加的機械應(yīng)力而變化，稱之為逆磁致彈性效應(yīng)。磁致伸縮效應(yīng)其與多種物理現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)。通常來說，磁致伸縮效應(yīng)是機械能與電磁能之間的一種可逆能量轉(zhuǎn)化。磁致伸縮材料因為其能夠?qū)⒛芰繌囊环N形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從而在作動器和傳感器中獲得了應(yīng)用。在

15、實際應(yīng)用中主要有以下幾種磁致彈性效應(yīng)5-6。 焦耳效應(yīng)，這是指磁致伸縮材料沿著外加磁場方向延伸或壓縮的一種現(xiàn)象。（如圖1.2）。這種效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于磁致伸縮作動器中。磁致伸縮是一種可逆的材料特性。在磁場較弱的區(qū)域，試件形狀即恢復(fù)至其原始尺寸。terfenol-d材料的比例在1500ppm范圍之上，在共振頻率下，可以達到4000ppm之上。長度的增加（縱向應(yīng)變）或直徑的縮?。ㄖ芟驊?yīng)變）大致與應(yīng)用的磁場成比例，這種作動器機理可以被用于多種用途的。圖1.2 焦耳磁致伸縮效應(yīng) （a）在磁場作用下材料形狀的變化 （b）磁致伸縮系數(shù)與磁場的關(guān)系維拉利效應(yīng)，這種效應(yīng)基于這樣的現(xiàn)象。當(dāng)外力施加于試件，穿過試件

16、磁通密度由于磁場的產(chǎn)生而發(fā)生改變。磁通密度的改變量可以被拾波線圈所檢測，同時還與所加外力的大小相關(guān)。維拉利效應(yīng)是可逆的，并被應(yīng)用于傳感器。e效應(yīng)，這一種磁致伸縮效應(yīng)是基于這樣的一種現(xiàn)象。由于磁場的存在，試件彈性模量發(fā)生了改變。terfenol-d材料的比例大于5，因此被用于振動控制以及寬帶聲納系統(tǒng)。由于彈性模量改變，磁致伸縮材料內(nèi)部的聲速發(fā)生了改變，而這種改變可以被檢測到。魏德曼效應(yīng)，也是一種相關(guān)的效應(yīng)。這種現(xiàn)象的背景與焦耳效應(yīng)相似。只是，在磁場作用下，鐵磁試件扭轉(zhuǎn)位移所帶來的切應(yīng)變，代替了拉壓應(yīng)力-正應(yīng)變的形式。馬陶西效應(yīng)，這種效應(yīng)魏德曼效應(yīng)的逆效應(yīng)。在線圈中通入交流電，產(chǎn)生縱向磁場，這也反

17、過來在試件中產(chǎn)生磁通密度。已有的交變磁通可以被另一個線圈所探測，拾波線圈可以測量磁通密度的變化率。扭轉(zhuǎn)鐵磁試件導(dǎo)致了試件的磁性變化，從而導(dǎo)致了磁通密度變化率的改變。通過拾波線圈測試磁性改變，可以估測切應(yīng)力的改變，進一步可以計算外加扭矩的大小。馬陶西效應(yīng)在鐵磁性試件引入永磁偏置后得以完善，這一效應(yīng)被用于傳感器。巴瑞特效應(yīng)，在特定的極端運行條件下，材料體積會隨磁場而改變。例如，鎳在80ka/m的體積改變率只有10-7。由于磁場而變化的體積太過微小，以至于在通常工作狀態(tài)下，可以被忽略。長岡-本田效應(yīng)，巴瑞特效應(yīng)的逆效應(yīng)，由于靜壓力而導(dǎo)致的試件體積變化，改變了磁場的狀況。1.1.3 鐵磁材料的焦耳磁致

18、伸縮效應(yīng) 在沒有外加磁場的時候，鐵磁材料的內(nèi)部會形成自發(fā)的磁疇。外加磁場h引起了材料的磁感應(yīng)強度b和材料的磁化強度m，它們之間有如下的關(guān)系: b=0h (1-1) b=0(h+m) (1-2) m=(-1)h (1-3)式中為材料磁導(dǎo)率，0為材料的真空磁導(dǎo)率。在外加磁場的作用下，鐵磁材料的磁化會形成一個滯后環(huán)，（如圖1.3）。當(dāng)材料內(nèi)部所有的磁疇都沿著外磁場方向?qū)R時，材料達到了技術(shù)飽和磁化ms。當(dāng)外磁場強度減少到0時，某些磁疇仍然沿著磁化方向?qū)R，材料中存在剩余磁化mr。通過施加反向的磁場hc，剩余磁化能被消除，該磁場為矯頑磁場。（如圖1.3）中虛線部分是指沒有滯后情況下的m和h的關(guān)系，此時

19、mr和hc都為0。具有較小的mr和hc的材料稱為軟磁材料。軟磁材料的m-h環(huán)很小，dm/dh的斜系數(shù)很陡，這有利于減小能量損耗和增大輸出。要發(fā)展高效的聲波傳感器，具有軟磁性能的磁致伸縮材料倍受青睞。（如圖1.4）為磁致伸縮與磁場強度h的關(guān)系。由于磁化具有滯后環(huán)的特征，- h環(huán)具有蝴蝶般的形狀，（如圖1.3）中的實線部分，而且材料越具有軟磁特性，該- h環(huán)就越狹窄。圖中虛線部分則對應(yīng)于沒有滯后情況的磁化。（如圖1.5）為磁致伸縮材料在不同直流偏壓下的反應(yīng)。在坐標(biāo)原點處，即區(qū)域1處，磁致伸縮系數(shù)是外磁場二次方。當(dāng)直流偏壓為零，只有交流外加磁場的作用于材料，即hdc = 0, hac= h0sint

20、，區(qū)域1對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)椋?（h）h02sin2t=h02（1-sin2t）/2=h02(1-2t)/2 (1-4) 在此區(qū)域內(nèi)，所觀察到的應(yīng)變是非常小的，材料以所加磁場的兩倍的頻系數(shù)振動。當(dāng)交流磁場hac和直流極化磁場(hdc=h10)同時作用于材料上，而且直流磁場hdc遠(yuǎn)大于交流磁場hac，（如圖1.5）區(qū)域2，交流形變與交流磁場呈類線性的慣性，總形變?yōu)椋?（h）=dc+acdc+hac（） （1-5） 總形變幾乎與外加的交流磁場大小成正比，在此區(qū)域內(nèi)，可以得到加強的形變，也即能得到加強的輸出信號，因此，一般來說，為了得到放大的類線性輸出而非雙倍頻系數(shù)輸出，磁致伸縮裝置都會疊加一個小的交流磁場

21、在直流磁場上。在不同的直流偏壓下，（如圖1.5）h1和h2 ,磁致伸縮裝置可以得到類似的線性輸出，但是輸出的振幅會有所不同，從而，通過優(yōu)化直流偏壓磁場，磁致伸縮裝置可以得到高響應(yīng)的輸出5-8。圖1.3 鐵磁材料的磁化滯后環(huán)圖1.4 焦耳磁致伸縮效應(yīng)的滯后環(huán)圖1.5 磁致伸縮材料在不同直流偏壓下的反應(yīng)1.2 磁致伸縮材料 磁致伸縮材料廣泛地應(yīng)用于磁致伸縮裝置，諸如磁致伸縮致動器，傳感器等。磁致伸縮材料大致上主要有三大類:（1）磁致伸縮的金屬與合金，如鎳基合金(n i, ni-co, ni-co-cr）和鐵基合金(如fe-ni, fe-al, fe-co-v等)。(2)鐵氧體(如ni-co, ni

22、- co- cu鐵氧體材料等)磁致伸縮材料。（3）以tb-dy-fe材料為代表的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，其中tb0.3 dy0.7 fe1.95材料的達到1500 2000×10-6，比磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧化磁致伸縮材料的大1-2個數(shù)量級，因此被稱為稀土超磁致伸縮材料4-8。1.3 磁致伸縮材料的應(yīng)用 磁致伸縮材料廣泛應(yīng)用于傳感器，致動器和換能器中。在傳感方面的應(yīng)用主要在于扭矩傳感器、位置傳感器和力傳感器等。傳感器可測量很多的環(huán)境參數(shù)，比如溫度,濕度、氣壓、薄膜的彈性、流體的粘度和密度、以及化學(xué)參數(shù)如nh3， co2還有ph值 。磁致伸縮材料在致動方面的應(yīng)用主要在于聲納換

23、能器、線性馬達、旋轉(zhuǎn)馬達以及混合磁致伸縮壓電性能的裝置等。磁致伸縮材料，由于其優(yōu)異的磁致伸縮性能，在聲納水聲換能器技術(shù)、電聲換能器技術(shù)、海洋探測開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機翼、機器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，在國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。1.4 fe-b非晶態(tài)磁致伸縮材料及研究進展 對于磁致伸縮材料來說，可以是晶體材料也可以是非晶態(tài)材料。一些晶體材料，比如terfenol-d或gafenol，具有很大的磁致伸縮系數(shù)，然而由于它們具有很大的各向異性，使得設(shè)計和制備材料尤其是小尺寸的裝置，比如mems具有很

24、大的難度。另外，具有大磁致伸縮系數(shù)的晶體材料只能在低頻(為khz數(shù)量級)的條件下應(yīng)用。因此發(fā)展各向同性的非晶態(tài)的磁致伸縮材料具有非常重要的意義，而且能用于較高頻率的環(huán)境。比如己經(jīng)被廣泛研究的磁致伸縮材料金屬玻璃，能用于mhz的頻率范圍。其中一些非晶態(tài)材料具有非常好的磁致伸縮效應(yīng)，從材料制備的角度來看，發(fā)展非晶態(tài)磁致伸縮薄膜材料有重要的意義。在非晶態(tài)磁致伸縮材料中，fe-b合金因其簡單的成分和良好的磁致伸縮效應(yīng)引起了廣泛的研究。尤其體現(xiàn)了在聲波傳感器中的優(yōu)越性。 由于線性磁致伸縮應(yīng)變主要是由于在技術(shù)磁化過程中磁矩的轉(zhuǎn)動和非180度疇壁轉(zhuǎn)動造成的，合金中晶粒的取向如果雜亂無章，將會導(dǎo)致樣品的性能很

25、低。另外，該類材料的制備工藝，關(guān)鍵在于制造出具有所需特定軸向擇優(yōu)取向，晶界盡量少的材料來。定向凝固自本世紀(jì)初問世以來，為制備具有特定軸向取向的優(yōu)質(zhì)柱材提供了有效的手段，目前制備磁致伸縮材料的方法主要有以下幾種： （1）提拉法，提拉法的創(chuàng)始人是czochraski，所以提拉法又稱czchraski法。其基本原理是爐料放置于一個坩鍋中，并被加熱到熔點以上，坩鍋上方有一根同時能旋轉(zhuǎn)和升降的提拉桿，桿的下端有一個夾頭，上面裝有籽晶，調(diào)整桿的高度，使籽晶和熔體接觸，然后按所需提拉速度向上提桿，以籽晶為晶核，慢慢生長。這是從熔體中生長晶體最常用的一種方法。 （2）懸浮區(qū)熔法，其是利用高頻感應(yīng)加熱，表面張力

26、和磁懸浮力相結(jié)合，使熔體不下塌，固定感應(yīng)圈向一個方向移動，實現(xiàn)定向凝固。懸浮區(qū)熔法既避免了增鍋對材料的污染，又由于不需要一次性全部加熱，元素?zé)龘p少，沿軸向成分和性能都很均勻，是制備材料的重要方法。但是該材料受到射頻加熱和材料表面張力的限制，主要用于制備小尺寸樣品7-11。 （3）熔體抽拉法，（詳見第二章）。1.5 選題的意義及研究內(nèi)容 fe-b合金因其簡單的成分和良好的磁致伸縮效應(yīng)引起了廣泛的研究，尤其體現(xiàn)了在聲波傳感器中的優(yōu)越性。目前，國內(nèi)外主要對fe-b磁致伸縮薄膜進行研究，而對fe-b磁致伸縮纖維的制備、結(jié)構(gòu)和性能的研究甚少。本研究以純鐵和純硼為原料，采用熔體抽拉法制備不同直徑fe-b軟

27、磁纖維，然后利用光學(xué)顯微鏡、xrd、vsm、dsc等分析方法對不同直徑的試樣進行結(jié)構(gòu)和性能分析。具體研究內(nèi)容如下：（1）不同直徑fe-b纖維的表面形貌；（2）不同直徑fe-b纖維的組織結(jié)構(gòu)；（3）不同直徑fe-b纖維的熱性能；（4）不同直徑fe-b纖維的磁性能； 第二章 熔體抽拉法制備非晶合金纖維材料 目前常見的非晶合金纖維的制備方法有提拉法、懸浮區(qū)熔法和熔體抽拉法。前面兩種方法已經(jīng)在文章前面有所提到，這里重點介紹熔體抽拉法的一些相關(guān)知識，在這項研究中也采用熔體抽拉法制備fe-b纖維。2.1 熔體抽拉法的基本原理 熔體抽拉法的基本原理是：熔融合金表面接觸一快速運轉(zhuǎn)的尖銳的高導(dǎo)熱輪緣，合金纖維即

28、被“甩”出來，通過適當(dāng)?shù)膭冸x裝置，使已快速固化的非晶合金纖維脫離輪緣，如設(shè)計合適的纏繞裝置，則可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。用這種方法制備的纖維由于其絕大部分表面是由表面張力而自由形成的（如圖2.1），故具有較好的表面光潔度。纖維的冷卻是通過與高導(dǎo)熱輪緣直接接觸實現(xiàn)的，具有較快的冷卻速率。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，纖維直徑可以有效控制(10100um)。另外還有允許被拉材料有較高的熔點(如：ni，fe基坡莫合金)等優(yōu)點。它的難點是實驗操作相對復(fù)雜，且要求實驗裝置精度較高2。圖2.1 熔體抽拉法原理示意圖2.2 實驗裝置及方法描述2.2.1 實驗裝置 本次試驗的一個重要特點就是利用現(xiàn)有的單輥急冷制備合金條帶的

29、裝置，通過改進，使之成為既能制備非晶條帶，又能用熔體抽拉法制備合金纖維的實驗裝置（如圖2.2）。圖中： 1，制備薄帶氣壓入口；2，高頻加熱線圈；3，箱體；4，刮板；5，銅輪(直徑為220mm)；6，電機；7，支架；8，減速升降裝置；9，薄帶出口；10，纖維出口；11，抽、充氣通道。圖2.2 熔體抽拉法制備非晶合金纖維的實驗裝置示意圖2.2.2 實驗方法 實驗的具體操作步驟為：（1）將箱體密封，接著利用外接的真空機組對箱體抽真空，當(dāng)真空度達到10-5后，停止抽真空并封閉與真空機組的連接，隨后打開外接的高壓ar氣瓶并向箱體內(nèi)充ar氣至氣壓為0.6atm，再對箱體抽真空，再充ar氣至氣壓為0.6at

30、m，如此反復(fù)三次，直到第四次箱體內(nèi)充有0.6atm的ar氣，此時箱內(nèi)殘余空氣已極少。（2）在氬氣保護的箱體中，利用與高頻感應(yīng)爐連接的高頻線圈將碗形石英容器中的合金熔化。注意合金熔化時離銅輪不要太近，并使銅輪緩慢轉(zhuǎn)動，以免銅輪出現(xiàn)局部溫度過高。熔化后的合金由于表面張力而呈饅頭形凸起。（3）調(diào)節(jié)好減速升降裝置上升速率，在適當(dāng)?shù)臏囟认?由高頻感應(yīng)爐控制)，使石英容器上升至熔融合金頂部開始接觸快速旋轉(zhuǎn)的銅輪。由于冷卻銅輪的側(cè)周為截面呈三角形的尖銳輪緣，熔融合金由于附著力即被旋轉(zhuǎn)的銅輪抽出，抽出的熔融合金因表面張力而形成圓截面，經(jīng)銅輪快速冷卻后呈纖維狀，并在刮削器和離心力的共同作用下被甩出（如圖2.1）

31、2,13。2.2.3 裝置的基本要求 （1）銅輪直徑為220mm且銅輪必須經(jīng)過精密加工和安裝，其厚薄均勻，軸心對稱，棱邊拋光。以免在高速旋轉(zhuǎn)時，出現(xiàn)左右搖擺和偏心。 （2）耐高溫容器材料(此處為石英)的軟化溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于合金熔點。必要時可選用剛玉、氮化硼等耐溫更高的材料。 （3）減速升降裝置升降速度與銅輪轉(zhuǎn)速都應(yīng)該能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。2.3 fe-b材料的制備 本次實驗的樣品制備方法是將純度在99.9%以上的fe和b單質(zhì)按摩爾比4:1配料后，進行熔煉。在稱量每種原材料的用量時，考慮到原材料的純度，用計算所需質(zhì)量除以該材料的純度即為實際所用質(zhì)量。材料熔煉采用水冷銅舟法熔煉，其實驗裝置（如圖2.3），石英

32、管外繞有高頻線圈。熔煉的具體操作為：（1）將稱量好的原材料置于銅舟中，將裝置密封，用真空機組對石英管抽真空，當(dāng)真空度達到10-5后，停止抽真空并封閉石英管與真空機組的連接，隨后打開外接的高壓ar氣瓶并向管內(nèi)充ar氣至氣壓為0.6atm，同樣反復(fù)清洗三次，直到第四次石英管內(nèi)充有0.6atm的ar氣，此時管內(nèi)ar氣的純度已很高。（2）在ar氣保護的石英管中，利用高頻感應(yīng)爐將銅舟中的各種原材料熔化在一起。由于兩種原材料熔點相差較大，一般要反復(fù)熔煉多次，本次實驗中熔煉兩次，且每次熔煉前用永磁鐵在石英管外將磁性合金熔料翻身后再熔化，以確保母料中各成分均勻熔合。這一母料熔煉方法能最大限度確保成分精度。首先

33、是因其工作空間(銅管和石英管間的環(huán)狀夾縫)很小，密封性好，殘余空氣的影響可降到最低。其次是加熱時合金緩慢升溫，不會引起高溫飛濺。再次是熔料銅舟潔凈度高和合金極少可能產(chǎn)生交叉擴散污染，這樣能確保合金設(shè)計成分盡可能精確實現(xiàn)。實際操作結(jié)果是最終所得母料質(zhì)量和原料總質(zhì)量之差小于0.1，表面光亮，無氧化的跡象2-13。 圖2.3 水冷銅舟熔煉法實驗裝置示意圖2.4 合金材料制備過程中應(yīng)注意的幾個問題 （1） 銅輪轉(zhuǎn)速不宜太高。輕則引起離力過大而將熔融合金直接擊出而無法形成均勻的纖維；重則可能引起機械共振，而使實驗無法正常進行。本實驗中所用輪緣的轉(zhuǎn)速為2400r/min左右。注意纖維的冷卻速率與輪緣線速度

34、并無十分緊密的聯(lián)系，這一點與單輥法制備非晶合金薄帶有本質(zhì)的不同。 （2) 熔融合金的上升速度必須與輪緣線速度相匹配。上升速度過慢，由于不可避免的微小偏心，將無法形成較長的纖維；而過快，則纖維過粗，甚至形成帶狀，冷卻速率也將大受影響而使產(chǎn)品可能成為晶態(tài)。本實驗中所用上升速度約為0.1mm/s。 （3) 熔融合金的溫度要適宜(主要由高頻感應(yīng)爐輸出功率決定感應(yīng)加熱電流強度為34a)。合金溫度偏低，粘滯性大，粘附力小，熔融合金里珠狀直接擊出而無法形成均勻的纖維；溫度偏高，又有使碗狀容器軟化及銅輪溫度過高的危險。 （4) 金屬輪所用的材料問題,相對于實驗室規(guī)模、制備量不大的場合，銅輪不失為很好的選擇。在

35、制備量不大、制備時間不長時，銅輪由于其良好的導(dǎo)熱性，其適應(yīng)的合金熔點范圍并不完全受銅的熔點1083的限制。因此通常實驗室采用銅輪2,13。第三章 實驗儀器及原理分析3.1 表面形貌觀察利用光學(xué)顯微鏡對試樣表面形貌進行觀察，并拍照記錄，通過對比不同實驗條件的試樣，就其表面形貌的變化分析試樣制備過程中每個參數(shù)是否達到要求，并通過實驗結(jié)果修正試樣制備參數(shù)，從而使試樣達到理想標(biāo)準(zhǔn)，即得到表面光滑的試樣。本實驗采用了本校coic光學(xué)顯微鏡（如圖3.1）觀察試樣表面形貌，并對試樣進行拍照。圖 3.1光學(xué)顯微鏡3.2 x射線分析儀（xrd）及原理 x射線衍射分析(xrd)是材料晶體結(jié)構(gòu)和物性的分析中被廣泛應(yīng)

36、用的手段。晶體的結(jié)構(gòu)具有一定的空間平移對稱性和旋轉(zhuǎn)對稱性，其原子在空間按一定的周期排列，形成一簇簇的晶面。設(shè)(hkl)晶面間距為dhkl ,當(dāng)入射x射線被晶體的某一晶面簇(hkl)散射而發(fā)生相長干涉時，就可以觀察到一衍射峰。并且滿足布拉格定律： 2dhklsinhkl=n （3-2-1）此處，hkl為入射x射線與晶面(hkl)的夾角稱為掠射角或布拉格角，為x射線的波長，n為整數(shù)稱為衍射級數(shù)，d 為晶面間距，如果滿足布拉格方程，則入射束和反射束同相，使得衍射加強，即相應(yīng)晶面的衍射強度增加，從而決定了該晶面的衍射峰位?？紤]到不同原子的散射因子不同，不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的結(jié)構(gòu)因子，這些又決定了衍射

37、峰的強度,x射線衍射儀工作原理（如圖3.2）。圖 3.2 x 射線衍射儀的結(jié)構(gòu)示意圖非晶體的結(jié)構(gòu)沒有長程有序系統(tǒng)的周期性和平移對稱性，只有一種有缺陷的、不完整的有序即最近鄰或局域短程有序。這樣當(dāng)入射x射線被非晶體散射進而發(fā)生相長干涉時，就不會得到較尖銳的衍射峰，而是在無序排列近鄰原子平均間距所對應(yīng)的衍射峰位置處觀察到較大寬度的凸起。非晶態(tài)合金的衍射圖譜由一個漫散峰組成，因此可以利用這個特征來區(qū)別合金是否是非晶態(tài)。當(dāng)非晶態(tài)合金中出現(xiàn)部分晶態(tài)相時，就會在漫散峰之上疊加明銳的結(jié)晶峰，分析結(jié)晶峰便可得到非晶態(tài)合金晶化產(chǎn)生的結(jié)晶相，并可運用 scherrer 公式計算結(jié)晶相的平均晶粒度： （3-2-2）

38、其中 t 為平均晶粒尺寸， 為 x 射線的波長， 為衍射峰半高寬， 為布拉格角。 本次實驗采用型號為xrd衍射儀測試，其掃描角度范圍是20°- 90°，掃描步長為0.05°。3.3 差示掃描量熱分析(dsc)差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry 簡稱 dsc）是在程序控制溫度下，測量保持樣品與參比物溫度恒定時輸入到樣品和參比物功率差與溫度或時間關(guān)系的一種分析方法。測量記錄所得的曲線稱為差示掃描量熱(dsc）曲線。本研究所使用的 dsc 熱分析儀器為tga/dsc1 stare系統(tǒng)，檢測在氮氣保護下進行，加熱溫度范圍為室

39、溫至 1300，采用的加熱速率為 25k/min。通過對 dsc 曲線的分析，研究非晶合金的熱穩(wěn)定性及在加熱過程中的相變過程，為晶化工藝的制定提供參考。非晶向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變會出現(xiàn)放熱，其dsc曲線應(yīng)該有明顯的放熱峰。3.4 磁性能研究分析(vsm) 本實驗中所有樣品均采用 vsm（hh10）（如圖3.3）測定磁滯回線，從而獲得各種磁性參數(shù)。根據(jù)文獻報道，vsm 所測矯頑力往往大于 b-h 回線儀的測量圖 3.3 振動樣品磁強計的實物圖值，為了更好地與相關(guān)文獻所報道的磁性數(shù)據(jù)進行對比，我們還用 b-h 回線儀（riken, bhs-40）測定了部分合金的矯頑力，并根據(jù)b-h 回線儀所測數(shù)據(jù)對 vsm

40、 所測得的所有樣品的矯頑力進行了修正。 第四章 fe-b材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析4.1顯微鏡觀察纖維的形貌 （圖4.1）所示為三種不同直徑fe-b纖維樣品在光學(xué)顯微鏡下放大100倍的形貌圖?？梢钥闯隼w維表面粗糙度較大。其影響因素可能為材料制備過程中由于熔融態(tài)合金溫度較高使合金粘滯性小，附著力大，由于銅輪冷卻速率有限，使得合金仍有熔融狀態(tài)合金存在就已被高速旋轉(zhuǎn)的銅輪抽出，在被甩出的同時熔融態(tài)合金繼續(xù)形核，從而形成河流狀凹陷或痂狀凸起，另外由于熔融態(tài)合金溫度較高，表面張力較小，不足以形成光滑表面。由此可見，熔融態(tài)合金溫度必須與銅輪轉(zhuǎn)速相匹配，否則無法得到光滑表面。影響合金冷卻速率的因素有多種，如熔融合

41、金粘稠度，銅輪轉(zhuǎn)動速度，非晶合金的急冷成形條件，設(shè)備的機械應(yīng)力，熱應(yīng)力等等10。圖4.1 三種不同直徑的fe-b表面形貌圖（a）直徑為150um×100；（b）直徑為300um×100；（c）直徑為600um×100；4.2 x射線衍射（xrd）分析 我們對所制備的不同直徑的非晶合金纖維分別進行了xrd實驗，其結(jié)果（如圖4.2）所示。圖4.2 不同直徑的fe-b材料的xrd圖 由實驗結(jié)果可知，在2=22°左右出現(xiàn)的尖峰為背底（即透明膠帶）的衍射峰。直徑為150um和直徑為300um的樣品的xrd衍射圖在2=40°-45°有一個包絡(luò)峰，

42、表明這兩種直徑的樣品為非晶結(jié)構(gòu)。直徑為600um的樣品的xrd衍射圖，其包絡(luò)峰基本消失，同時在43°、45°、47°左右出現(xiàn)3個尖峰，表明該樣品基本為晶體結(jié)構(gòu)，可能含有少量非晶結(jié)構(gòu)。這三個尖峰分別對應(yīng)的是b2o3(111),-fe(110)，說明在制備過程中過冷度不夠大，沒有有效降低成核速率，從而導(dǎo)致晶體的出現(xiàn)。4.3 差示掃描量熱分析（dsc）我們對所制備的不同直徑的非晶合金纖維分別進行了差示掃描量熱分析，其結(jié)果（如圖4.3）所示。圖4.3(a) 直徑為150um的fe-b的dsc曲線圖圖4.3(b) 直徑為300um的fe-b的dsc曲線圖圖4.3(c) 直徑

43、為600um的fe-b的dsc曲線圖 從三種不同直徑纖維的dsc曲線圖中可以看出，直徑為150um和300um的樣品的dsc相似，即在450左右有一個放熱峰，在1200有一個吸熱峰。450左右的放熱峰代表晶化過程，即由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。而晶化過程表明這兩種直徑的樣品一開始為非晶結(jié)構(gòu)，也可能含有微量晶體結(jié)構(gòu)。對于直徑為600um的樣品在450左右并未出現(xiàn)晶化峰或者晶化峰太小而未被觀測到，說明該樣品一開始即為晶體結(jié)構(gòu)或基本為晶體結(jié)構(gòu)。該實驗結(jié)果與上述xrd衍射結(jié)果相吻合。另外，三種樣品的dsc圖中在1200左右均出現(xiàn)一個吸熱峰，該峰為熔化過程。4.4 磁性能的分析 我們對所制備的不同直徑的非晶合金

44、纖維分別對沿著纖維軸向方向磁化以及垂直于纖維軸向方向磁化，所得結(jié)果（如圖4.4）所示。圖4.4(a) 直徑為150um fe-b的磁滯回線圖4.4(b) 直徑為300um fe-b的磁滯回線圖4.4(c) 直徑為600um的fe-b的磁滯回線 從實驗結(jié)果可以看出，3種直徑的纖維磁滯回線圖大致一樣，不管是其縱向還是橫向其磁滯回線圖所圍繞的面積都是非常狹小，也就是說都具有較小的矯頑磁力，所以它們均屬于軟磁性材料。平行磁化與垂直磁化的磁滯回線有明顯的不同，表明這三種樣品均具有磁各向異性，前文中分析到150m和300m的樣品基本為非晶，600m的樣品為晶體，但其磁滯回線大致一樣，說明其磁各向異性主要為

45、形狀磁各向異性以及由磁致伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力磁各向異性。平行磁化，樣品容易磁化并達到飽和，而垂直磁化，樣品很難磁化并達到飽和。表1 三種不同直徑fe-b纖維的磁性參數(shù)直徑(m)150300600平行hc33131mr/ms0.10.40.3垂直hc121011mr/ms0.00120.00110.0015 對比表1中三種不同直徑fe-b纖維的磁性參數(shù)發(fā)現(xiàn)，平行狀態(tài)下隨著直徑的增加矯頑力增大，剩磁比先增大后減小，直徑150m的平行狀態(tài)磁性能最好；垂直狀態(tài)下隨著直徑的增加矯頑力先減小后增大，剩磁比也是先減小后增大，直徑300m的垂直狀態(tài)磁性能最好。因此，從應(yīng)用的角度考慮（比如：傳感器），應(yīng)選擇直徑150

46、m的軟磁纖維材料，并在沿著纖維的軸向磁場下使用。 第五章 結(jié) 論 本項工作通過熔體抽拉法制備出3種不同直徑的fe-b纖維（150um， 300um, 600um），并通過光學(xué)顯微鏡，xrd， dsc，vsm分析技術(shù)分別對這三種纖維的表面形貌，結(jié)構(gòu)及各種性能進行研究分析。其研究表明：（1）3種樣品的表面形貌均不是十分光滑，其影響因素可能為材料制備過程中由于熔融態(tài)合金溫度較高使合金粘滯性小，附著力大，由于銅輪冷卻速率有限，使得合金仍有熔融狀態(tài)合金存在就已被高速旋轉(zhuǎn)的銅輪抽出，在被甩出的同時熔融態(tài)合金繼續(xù)形核，從而形成河流狀凹陷或痂狀凸起，另外由于熔融態(tài)合金溫度較高，表面張力較小，不足以形成光滑表面

47、。由此可見，熔融態(tài)合金溫度必須與銅輪轉(zhuǎn)速相匹配，否則無法得到光滑表面。（2）由xrd結(jié)果可知，直徑為150um和300um的纖維為非晶結(jié)構(gòu)，直徑為600um的纖維基本為晶體結(jié)構(gòu),主要有-fe， fe3o4，b2o3或fe2o3晶體。由dsc曲線圖可知直徑為150um和300um的纖維的晶化溫度均在450左右。（3）平行和垂直磁化行為有明顯差異。與垂直軸向磁化相比，平行非晶纖維軸向磁化樣品更容易達到飽和磁化強度。對于平行于纖維軸向磁化，直徑為150um纖維的矯頑力跟剩磁比最小，即軟磁性能最好。而對于垂直于軸向磁化，直徑為300um纖維的矯頑力跟剩磁比最小，即軟磁性能最好。參考文獻1 盛智芝. 電

48、化學(xué)沉積法制備fe-b磁致伸縮材料的研究d.太原科技大學(xué),2012.2 武繼文. 熔融抽拉法制備非晶態(tài)軟磁合金纖維及其巨磁阻抗效應(yīng)研究d.南京：南京師范大學(xué)，2003.3 韓志勇，周壽增等. 鐵基磁致伸縮材料的制備、應(yīng)用及最新進展j.2004.4 胡明哲，李強等. 磁致伸縮材料的特性及應(yīng)用研究j.2000，12.5 鮑芳，李繼容，王春茹等. 磁致伸縮器件及其應(yīng)用研究j.2001.6 劉國棟，張銘，曲靜萍等. 甩帶fe85ga15合金的巨磁致伸縮的研究j.2004.7 張光睿，江麗萍等. fe-ga合金磁致伸縮性能的研究進展j.2010.8 王春芬. 磁致伸縮材料的高頻力學(xué)行為研究d.內(nèi)蒙古科技

49、大學(xué)，2012.9 高先娟，張玉軍等. 磁致伸縮效應(yīng)在生物傳感器中的應(yīng)用d.太原理工大學(xué)，2009，5.10 張艷龍，胡勇等. fe82ga18合金的磁致伸縮效應(yīng)及顯微組織的研究j.2008.11 張世榮，李勇勝等. 速凝成晶-粘結(jié)法制備稀土磁致伸縮材料tbdyfe的研究j.2008.12 金屬玻璃及其研究新進展，2013.13 武繼文，李春貴等. 高導(dǎo)磁非晶合金纖維的研制d.南京：南京師范大學(xué)，2002.14 zhang kewei, zhang lin, fu liling et al. magnetostrictive resonators as sensors and actuator

50、sj. sensors and actuators a: physical. 2013, 200 (1): 210.15 johnson l. machel, wan jiehui, huang shichu. et al. a wireless biosensor using microfabricated phage-interfaced magnetoelastic particlesj sensors and actuators a: physical. 2008, 144 (1): 3847.16 herzer giselher, modern soft magnets: amorp

51、hous and nanocrystalline materialsj. acta materialia. 2013 61(3): 718734. 致 謝 經(jīng)過三個多月的工作和忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計（論文）已經(jīng)接近尾聲，在本次畢業(yè)設(shè)計完成之際，借此機會對所有曾經(jīng)幫助過我的老師、同學(xué)、表達我發(fā)自內(nèi)心的最真誠的謝意！ 首先，要特別感謝張克維老師給予我的幫助，張老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的治學(xué)作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。本次論文是在張克維老師精心指導(dǎo)和大力幫助下完成的，所以特此感謝張老師對我的指導(dǎo)與幫助，張老師活躍的思維方式、淵博的知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范使

52、我終身受益。其次，感謝研究生學(xué)長和實驗室里的老師在實驗上給我的幫助和學(xué)校給我提供了豐富的資料，使我在設(shè)計過程中有所參照，幫助我完成設(shè)計。同時還要感謝同學(xué)們給與我的幫助與支持，是他們幫助我克服一個一個的困難和疑惑，直至本次設(shè)計的順利完成。附 錄薄細(xì)長梁縱模振動的修正 材料研究與教育中心，奧本大學(xué)，奧本，阿拉巴馬36849-5341 （收到2007年3月8日，接受2007年5月9日，網(wǎng)上公布2007年6月1日） 該論文報告的薄細(xì)長梁縱模振動的修正的理論預(yù)測。薄磁致伸縮條由metglas這種材料切割而成，并通過調(diào)制過的磁場來確定它的諧振頻率和聲波傳播速度。結(jié)果表明，目前的分析方法并不能充分預(yù)測它的行

53、為。 數(shù)值模擬中執(zhí)行的調(diào)整泊松比，直到聲波速度匹配所測量的實驗。結(jié)果表明，該電流方程，采用平面應(yīng)變模量配制，應(yīng)使用平面應(yīng)力或雙軸模量進行修改。 【美國物理研究所2007】 在相當(dāng)長的一段時間里，聲波傳感器曾作為平臺，以檢測各種化學(xué)和物理反應(yīng)。一些綜述性文章已經(jīng)詳細(xì)介紹了這些傳感器。這些傳感器通過橫向振動模式實現(xiàn)它們的功能，其中涉及了聲波傳播方向的變形正交。因此，它們對某些物理反應(yīng)的靈敏度，比如：加載質(zhì)量，被驅(qū)動器自身的質(zhì)量稀釋了?？v向振動模態(tài)或者平行于聲波傳播的方向會增強靈敏度，不僅因為顯著增加了其諧振頻率（對于相同尺寸諧振器），同時也極大地降低了諧振器自身質(zhì)量的影響。 縱向模式傳感器的例子可

54、在很多文獻中找到，特別是在化學(xué)和生物制劑檢測領(lǐng)域。其重點是磁致伸縮諧振器。在這些的領(lǐng)域中，設(shè)備的性能是基于相對于諧振頻率偏移和傳感器的相對質(zhì)量變化之間的關(guān)系，這個工作原理只有當(dāng)質(zhì)量是諧振頻率變化的唯一有關(guān)的參數(shù)時才有效。迄今為止，幾乎沒有任何工作從本質(zhì)上解決縱向振動模式懸臂或橫梁運作。為了更好的設(shè)計和提高這些設(shè)備的性能，更深入的理解他們縱向振動模式的本質(zhì)行為是必要的。因此，這項工作的重點放在執(zhí)行和關(guān)聯(lián)實驗和數(shù)值去調(diào)查、核實并且如有必要對直、細(xì)、纖細(xì)結(jié)構(gòu)縱向模式振動的控制方程進行修正。 當(dāng)一個梁被設(shè)計為一個懸臂（固定的自由端），橋（固定-固定端），或獨立的桿（自由的自由端）時，其第一階縱模共振頻率f可由式（1a）-橋或自由桿和式（1b）-懸臂梁得到： （1a） （1b）其中，l，e和是該細(xì)長桿的長度，楊氏模量，密度。上述方程是一個桿縱向振動模式中的一般表達式。這里，e被認(rèn)為是一個矩形橫截面桿的各向同性楊氏模量，并且假定桿的尺寸都是可比較的。但是，當(dāng)厚度與寬度尺寸可比較，而他們卻遠(yuǎn)小于長度時，該桿則被認(rèn)為處于平面應(yīng)變狀