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研究生: 蔡仁傑
Jen-Chieh Tsai
論文名稱: Fe87Ga13合金添加Ho元素對其磁性及機械性質影響之研究
Influence of adding Ho into Fe87Ga13 alloy on magnetic and mechanical properties
指導教授: 鄭偉鈞
Wei-Chun Cheng
任盛源
Shien-Uang Jen
口試委員: 鄭偉鈞
Wei-Chun Cheng
任盛源
Shien-Uang Jen
張晃暐
Huang-Wei Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 160
中文關鍵詞: 鐵鎵合金磁致伸縮磁性質機械性質
外文關鍵詞: Fe-Ga ally, magnetostrictive, magnetic property, mechanical properties
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磁致伸縮的材料能將磁能和機械能互相的轉換,在微機電的領域以及感測元件的應用方面具有很大的潛力,也因如此引起了廣泛的研究與討論。
Fe87-x-Ga13-Hox ( x = 0、0.2、1 at.%)合金的實驗大致可分為磁性分析和機械性質分析兩種我們可以分別探討它們的實驗結果。
磁性分析的實驗為:X光繞射測量、樣品振動磁力測量、磁熱重分析、磁致伸縮測量、電阻率、磁導率、磁力顯微鏡。機械性質分析為:共振頻率與阻尼測量、高溫敲擊、共振與反共振、動態機械分析儀、拉伸測試、硬度測試。
磁性實驗可以知道材料在不同磁場下的各種性質,依據不同的性質加以應用、改善,以達到最有效的使用。機械性質實驗檢測出需要施加多少的力於材料才會造成破壞或形變,因為我們的材料沒有前人做過所以必須以不同的實驗應證出相同的結果,才能確保數據準確。
本研究所使用的材料可以使用在磁場感測器、光電元件、揚聲器、定位器、致動器…等。應用領域極廣,希望可以對於磁性材料領域有所貢獻。


Magnetostrictive materials can convert magnetic energy to mechanical energy and vice versa. They have great potential in the field of micro-electromechanical and application of sensing elements. As a result have done extensive research and discussion.
The experiments of Fe87-x-Ga13-Hox x=(0,0.1,1.0 at.%) can be divided into magnetic analysis and mechanical property analysis. We will discuss their experimental results separately. The magnetic analysis experiments are:x-ray diffraction, vibrating sample magnetometer, magnetic thermal gravimetric analyzer, magnetostrictive measurement, resistivity, permeability and magnetic force microscopy. The mechanical properties : resonant frequency & damping analyzer, high-temperature tapping, resonance- antiresonance experiment, dynamic mechanical analyzer, tensile test, and hardness test.
From the magnetic experiment various properties of the material under different magnetic fields can be applied and improved accordingly.
The mechanical property test detects how much force is required for the material to cause crack or deformation, and since this material has never been experimented by others before, the same result must be verified with different experiments to ensure data accuracy.
The materials studied can be applied to magnetic sensors, locator, and actuators,etc. With a wide range of applications, I believe a significant contribution can be made to the field of magnetic materials.

摘 要 iii ABSTRACT iv 目 錄 vi 表目錄 x 圖目錄 xii 第一章 前言 1 第二章 文獻回顧 3 2.1 磁學理論 3 2.2 磁性物質分類 4 2.3 鐵磁性物質 12 2.4 居禮溫度 (Curie temperature, Tc ) 14 2.5 磁異向性 ( Magnetic anisotropy ) 16 2.6 磁致伸縮 (Magnetostrictive) 23 2.7 磁致伸縮敏感度 (Magnetostrictive sensitivity) 27 2.8 電阻式應變計 (Electric resistance strain meter) 28 2.9 Fe-Ga合金中的相結構 33 2.10 成分對相結構的影響 35 2.11 相結構對於Fe-Ga合金磁致伸縮性能影響 37 2.12 磁導率 (Permeability) 38 第三章 實驗儀器與原理 40 3.1 X光繞射儀 (X-ray diffraction, XRD) 40 3.2 樣品振動磁力測量儀 (VSM) 44 3.3 磁熱重分析儀(MTGA) 47 3.4 共振頻率和阻尼分析儀 (RFDA) 49 3.5 磁致伸縮測量儀 (Magnetostrictive) 54 3.6 四點探針電阻率量測 (Resistivity) 56 3.7 動態機械分析儀(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA) 58 3.8 磁彈性測試 (Magnetoelastic Test) 59 3.9 共振與反共振 (Resonance- antiresonance Experiment) 62 3.10 維克氏硬度試驗機 (Method of Vickers Hardness Test) 64 3.11 磁力顯微鏡 (Magnetic Force Microscopy,MFM) 66 第四章 實驗步驟 68 4.1 X光繞射儀 (X-ray diffraction, XRD) 68 4.2 樣品振動磁力測量 (VSM) 69 4.3 磁熱重分析儀 (MTGA) 70 4.4 共振頻率與阻尼測量 (RFDA) 72 4.5 高溫敲擊 (RFDA-HT) 75 4.6 磁致伸縮測量 (Magnetostrictive) 77 4.7 電阻率測量 (Resistivity) 81 4.8 磁導率測量 (Permeability) 83 4.9 共振與反共振 (Resonance- antiresonance Experiment) 84 4.10 磁力顯微鏡 (Magnetic Force Microscopy,MFM) 87 4.11 微硬度試驗 (Hardness) 89 4.12 動態機械分析儀(Dynamic Mechanical Analyzer ,DMA) 90 4.13 磁彈性測試 (Magnetoelastic Test) 91 第五章 結果與討論 93 5.1 X光繞射量測 (X-ray diffraction, XRD) 93 5.2 樣品振動磁力量測 (VSM) 98 5.3 磁熱重分析 (MTGA) 101 5.4 共振頻率和阻尼量測 (RFDA) 104 5.5 高溫敲擊 (RFDA-HT) 112 5.6 磁致伸縮量測 (Magnetostrictive) 114 5.7 電阻率 (Resistivity) 117 5.8 磁導率 (Permeability) 118 5.9 共振與反共振 (Resonance- antiresonance Experiment) 120 5.10 動態機械分析儀 (Dynamic Mechanical Analyzer ,DMA) 124 5.11 磁彈性測試 (Magnetoelastic Test) 128 5.12 磁力顯微鏡 (Magnetic Force Microscopy,MFM) 130 第六章 結論 132 參考文獻 134 附錄 136

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