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Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Einführung in die Funktionswerkstoffe Kapitel 6: magnetische Formgedächtniswerkstoffe Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. K.

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1 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Einführung in die Funktionswerkstoffe Kapitel 6: magnetische Formgedächtniswerkstoffe Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. K. Trinh

2 Einführung in die Funktionswerkstoffe2 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Lernziele Kapitel 6: magnetische Formgedächtniswerkstoffe Was sind die Voraussetzungen für den magnetischen Formgedächtniseffekt? Wie funktioniert dieser Effekt? Was versteht man unter einer Heusler-Phase? Wie werden magnetische Formgedächtniswerkstoffe hergestellt?

3 Einführung in die Funktionswerkstoffe3 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Voraussetzungen Große Differenz der Gitterkonstanten: Größtmögliche Dehnung hängt vom Grad der tetragonalen Verzerrung ab. Gemäß max = 1- c/a wird ein kleines c/a-Verhältnis bevorzugt! Hohe Anisotropieenergie: Hohe Anisotropieenergie als Triebkraft für magnetischen Formgedächtniseffekt (Unterschied zur Magnetostriktion ?) Einfache Drehung der Magnetisierungsvektoren erschwert. Zwillingsgrenzverschiebung energetisch günstiger! Hohe Sättigungsmagnetisierung M sat : Gleichgewicht zwischen mechanischer und magnetischer Energiedichte! Es ist: 0 = M sat H mit 0 als tetragonale Gitterverzerrung! Ein großes M sat führt zu einer Reduktion der Schaltfelder. Niedrige Zwillingsgrenzspannung: Magnetische Energiedifferenz als Triebkraft muss größer sein als die elastische Verzerrungsenergie bei der Bewegung der Zwillingsgrenzen. Niedrige Defektdichte wird gefordert (wenige Pinningzentren) - Verwendung von Einkristallen oder stark texturierten Polykristallen!

4 Einführung in die Funktionswerkstoffe4 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Prinzip des magnetischen Formgedächtniseffektes

5 Einführung in die Funktionswerkstoffe5 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Prinzip des magnetischen Formgedächtniseffektes Spontane Magnetisierung -> minimales Streufeld H=0 Neue Martensitorien tierung Drehung der magn.Vektoren günstig orientiert

6 Einführung in die Funktionswerkstoffe6 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Strukturelle Verknüpfung

7 Einführung in die Funktionswerkstoffe7 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Wiederholung: Thermische Formgedächtnislegierungen

8 Einführung in die Funktionswerkstoffe8 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Magnetisch induzierte Re-Orientierung von Zwillingen

9 Einführung in die Funktionswerkstoffe9 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Magnetisch induzierte Re-Orientierung von Zwillingen Bewegung von Zwillingsgrenzen keine Phasenumwandlung, lediglich Änderung der Mikrostruktur Benötigt: -nicht-kubische Phase -hohe magnetokristalline Anisotropie -leicht bewegliche Zwillingsgrenzen Dehnungen 10% hohe Schaltfrequenzen

10 Einführung in die Funktionswerkstoffe10 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Magnetisch induzierter Martensit Magnetfeld favorisiert die Ferromagnetische Phase: -Magnetischer Aktor -Problem: Latente Wärme (magnetokalorischer Effekt)

11 Einführung in die Funktionswerkstoffe11 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Umorientierung der Martensitvarianten

12 Einführung in die Funktionswerkstoffe12 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen

13 Einführung in die Funktionswerkstoffe13 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Gegenüberstellung MIM - MIR

14 Einführung in die Funktionswerkstoffe14 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Vor- und Nachteile

15 Einführung in die Funktionswerkstoffe15 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Die Heusler-Phase Ni 2 MnGa [Quelle: Thienhaus et al 2005] Intermetallische Hume-Rothery Phase Allgemeine Zusammensetzung: X 2 YZ (Heusler-Phase). X, Y und Z sind schwerere Übergangsmetalle oder benachbarte Metalloide. L2 1 -Struktur: 2 ineinander geschachtelte Untergitter! Nickel-Atome (schwarz) bilden kubisch primitives Untergitter. Zweites Untergitter ist NaCl-Struktur mit abwechselnder Besetzung des Gitters mit Mangan und Gallium.

16 Einführung in die Funktionswerkstoffe16 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Die Heusler-Phase Ni 2 MnGa [Quelle: Thienhaus et al 2005]

17 Einführung in die Funktionswerkstoffe17 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Das System NiMnGa

18 Einführung in die Funktionswerkstoffe18 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Das System NiMnGa

19 Einführung in die Funktionswerkstoffe19 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe

20 Einführung in die Funktionswerkstoffe20 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Das System NiMnGa

21 Einführung in die Funktionswerkstoffe21 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Modulierte Martensitstrukturen

22 Einführung in die Funktionswerkstoffe22 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Mikrostruktur und Topographie Reliefstruktur einer NiMnGa-Bulkprobe Video: NiGaMn

23 Einführung in die Funktionswerkstoffe23 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen What is essential for the MSM effect??

24 Einführung in die Funktionswerkstoffe24 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Beispiele

25 Einführung in die Funktionswerkstoffe25 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Herstellung Pulvertechnologie Einkristallzüchtung Dünnschicht

26 Einführung in die Funktionswerkstoffe26 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen NiMnGa als Aktormaterial

27 Einführung in die Funktionswerkstoffe27 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen NiMnGa als Aktormaterial typ. Aufbau eines MSM-Aktors Anwendungsfelder von MSM-Aktoren

28 Einführung in die Funktionswerkstoffe28 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Formgedächtnislegierungen Vergleich mit anderen Aktormaterialien


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