超声波脉冲回波技术广泛应用于材料固态相变中磁性转变行为的研究[2,3]。通常基于超声波脉冲幅度的变化测定材料的声衰减系数和弹性常数。以往仅在几个频率下进行相关测量的研究效果不佳。Paulo 等人采用宽频探头和数字频谱分析技术对宽频范围内磁性相转变行为进行了连续测定。测试对象为单晶Cr-0.18at%Re合金，该合金在318K会发生由顺磁性( Paramagnetic，PM)到反铁磁性( Antiferromagnetic ,AFM)的磁相变。与纯铬类似，超声波脉冲会引发AFM相的自旋密度波和弹性应变的不稳定，进而导致超声波的衰减和粘滞性吸收。

实验使用宽频 IAP 50.2.1型传感器，水浸方法，试样规格为10mmx12mmx6mm的Cr-0.18at%Re单晶。谱分析的超声波数据长度为1024点，采样频率为1GHz。水浴温度以0. 5K/min的速率从315K升温到324K。

由宽频传感器获得的典型时域脉冲波形如图11-1a所示，其频域波形如图

11-1b所示，图中实线为入射波形及其频谱，虚线为底面反射波形及其频谱。由图可见，脉冲波在传播过程中，20~40MHz区间的声波与介质的交互作用较强烈；大于40MHz时，系统的响应受限于接收器的带宽，以及表面回波和底面回波部分重叠造成的影响。声波传播过程中存在声波衍射问题，由图11-1b可以看出，在低频可能产生的衍射行为太弱，可以忽略不计。但对于波形发生重叠的回波，声波衍射造成的影响则不可轻易忽略。在本研究中，准确捕获衍射信息并非易事，由于采用了聚焦探头，故而波形重叠的回波分析技术则显得尤为重要。

图11-2为不同温度区间条件下，对应PM、AFM和过渡组织等不同组织状态回波信号的幅-频曲线。每个组织状态同时给出了三条曲线，以示检测结果的可重复性。PM相的频谱和表面回波(见图11-1)的频谱大致相似，但是大于20MHz后第二个峰值下降明显；AFM相对应的频谱大体保留了表面回波频谱的特征，整条谱线所有频率对应的幅值都下降了，表明PM和AFM两相中脉冲超声波的衰减并不强烈地依赖于频率。对于过渡状态的组织来说，声波与介质的交互作用最为强烈，以致于频率高于20MHz后声波几乎全部被吸收。将超声波回波频谱作为温度的函数，并将接收的脉冲幅值作为频率和温度的函数进行绘图，结果如图11-3所示。可以看到，在较高频段、318K附近的幅值明显下降。

图11-4为超声波回波频谱中相应频率的面积与温度的关系曲线，它从另一个侧面表征了PM-AFM相转变过程的相变行为。该特征表示法与单频超声波检测法以及其他检测技术相比更具特色，由图可见，相转变只发生在很短的温度区间。

 借助于相位谱处理技术得到的超声波回波频散曲线如图11-5所示。观察发现，在5 ~ 40MHz的区间内，速度几乎与频率无关，相速度仅在有限的频率范围内与频率相关(见图11-5, 10MHz时速度设置为0m/s)。可以看到，每个分图都与个磁性相或组织相对应，即它们分别对应于不同的温度区间，但都具有良好的重复性。

目前还没有建立铬合金中PM-AFM相转变超声波衰减的物理机制。与单频检测技术相比，超声波频谱分析技术有很多优点。宽频探头频谱分析只需一次测量就可以获得连续频率区域的信息。而单频探头则需多次测量才能获得，且单频技术局限于探头的奇次谐振且需重新耦合，这就带来了数据的分散性并难以用于相互对比。

PM相中的超声波衰减要小于AFM相，这与文献[6]用单频多次测量的结果相符，与频率几乎没有关系。在AFM相中较大的超声波衰减应该是由于磁畴所导致的结果。造成声能损失的原因不应简单地用稳态磁畴与脉冲声波间的相互作用来解释，实质上应以自旋密度波和振荡弹性应力的磁弹性耦合来解释。Fawcett对此已给出了详尽论述，本文不再赘述。

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