张远武,闫向宏,刘钰姣,张 逸

(中国石油大学(华东) 理学院，山东 青岛 266580)

超声脉冲法测量固体材料中声速是大学物理实验中传统的实验项目[1]，材料的弹性常量决定了材料中声速的大小，弹性常量是用于表征材料力学特性的重要参量[2-3]，对于各项同性的均匀材料只需2个弹性常量，对属于四方晶系的超磁致伸缩材料而言，需要6个弹性常量组成的矩阵来表征材料的力学特性.

超磁致伸缩材料是20世纪中叶发展起来的新型功能材料，与传统磁致伸缩材料、压电陶瓷(PZT)材料相比，其磁致伸缩应变λ比纯Ni大50倍，比PZT材料大5～25倍，能量转换效率高达60%，响应时间仅1 μs；频率特性好，工作频带宽，居里温度比较高，可靠性高[4-6]，在低频大功率声波换能器[7-10]、海洋探测换能器[11-13]、光纤传感技术[14-15]、平面扬声器[16]等高技术领域有着广泛的应用前景. 本文根据声波传播方向与超磁致伸缩材料的磁致伸缩方向之间的关系，制作了3种超磁致伸缩材料样品，并利用超声波脉冲法测量了样品在不同外磁场条件下的纵(横波)速度，进而获得到了超磁致伸缩材料的弹性常量随外磁场的变化规律.

1 实验测量原理

不同晶系材料的弹性常量数量不同，最多的有21个弹性常量(如三斜晶系材料)，最少的有2个弹性常量(各向同性材料)，对属于四方晶系的超磁致伸缩材料而言，共有6个弹性常量. 表征声波的相速度与材料的弹性常量之间关系的克里斯托菲尔方程为[17]

(1)

式中，ρ为晶体密度；V为声波传播速度；……