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超磁致伸縮材�
閱讀�13863�(shí)間:2011-02-15 15:33:09

  �磁致伸縮材料(GMM)是指在變化�磁場(chǎng)作用�,其長(zhǎng)度變化特別大的一種稀土材�,又稱(chēng)稀土超磁致伸縮材料.是自上世紀(jì)70年代迅速發(fā)展起�(lái)的新型功能材�,目前已被視�21世紀(jì)提高�(guó)家高科技綜合�(jìng)�(zhēng)力的�(zhàn)略性功能材料。特征識(shí)別與特征�(shè)�(jì)相結(jié)合的方法是目前特征技�(shù)研究的方��

特點(diǎn)

  和傳�(tǒng)超磁致伸縮材料及壓電陶瓷材料(PZT)相比,超磁致伸縮材料具有下列�(yōu)�(diǎn):磁致伸縮應(yīng)變比純Ni�5O�,比PZT材料�5�25倍,比純Ni和N卜Co合金�400800�,比PZT材料�14�30倍;磁致伸縮�(yīng)變時(shí)�(chǎn)生的推力很大,直徑約�10mm的Tb-Dy-Fe的棒�,磁致伸縮時(shí)�(chǎn)生約200kg的推力:能量�(zhuǎn)換效�(用機(jī)電耦合系數(shù)K�。表�)高達(dá)7O,而Ni基合金僅�162�5,PZT材料僅有4O�6O;其彈性模量隨磁場(chǎng)而變�,可�(diào)�;響�(yīng)�(shí)�(由施加磁�(chǎng)到產(chǎn)生相�(yīng)的應(yīng)變所需的時(shí)間稱(chēng)為響�(yīng)�(shí)�)僅為百萬(wàn)分之一秒,比人的思維還快;頻率特性好,可在低頻率(幾十�1000Hz)下工�,工作頻帶寬;穩(wěn)定性好、可靠性高,其磁致伸縮性能不隨�(shí)間而變�;無(wú)疲勞、無(wú)�(guò)熱失效問(wèn)�。超磁致伸縮材料如TbFe�,SmFe:等與普通磁致伸縮材料相比的磁致伸縮系數(shù)如表1所��

超磁致伸縮材料的特點(diǎn)

  從表1可以看出,與Co�(lèi)普通磁致伸縮材料相比,TbFe�,SmFe:等金屬間化合物的磁致伸縮系�(shù)要高�2�(gè)�(shù)量級(jí)。另外,稀土類(lèi)金屬一Fe化合物的磁致伸縮需要在80kA/m左右的磁�(chǎng)下才能達(dá)到飽�,而普通磁致伸縮材料的飽和磁化�(chǎng)�(qiáng)度只�16�24kA/m,相比較而言,前者的飽和磁化�(chǎng)�(qiáng)度要高得��

加工工藝

  自超磁致伸縮效應(yīng)被發(fā)�(xiàn)以來(lái),人們期待著各種各樣的實(shí)際應(yīng)�,但由于需要強(qiáng)磁場(chǎng)及大型電磁鐵等故很難�(yīng)用于器件。為了能在較低的外磁�(chǎng)下達(dá)到超磁致伸縮效果,人們開(kāi)�(fā)出實(shí)用的TbDy。Fe合金。該合金是由TbFe和DyFe金屬間化合物�(gòu)成的混晶,由于TbFe,DyFe這兩種磁各向異性相反的化合物混合的�(jié)�,可使達(dá)到磁致伸縮飽和的磁場(chǎng)�(qiáng)度降�。TbDyFe(Terfenol—D)的磁致伸縮系�(shù)和TbFe,DyFe相比�(méi)有太大的差別,但是他的K。值趨近于0,即軟磁�,這使他的飽和磁化�(qiáng)度大大降�,一般在8�16kA/m的情況下磁致伸縮即出�(xiàn)飽和的趨�(shì)。因而具有很好的�(shí)用價(jià)值�

  該材料因制作方法的不�,性能差別很大。有些制作工藝盡管能�(fā)揮出材料的性能,但往往比較昂貴,為此需要做到價(jià)格性能兼顧�

  晶體的[111]方向上的磁致伸縮量,�(yīng)盡量使材料產(chǎn)生織�(gòu),以提高材磁致伸縮性能。材料晶體的取向一般分�4種:�(wú)序多晶組�;具有一定取向的多晶組織;柱狀�;單��

  超磁致伸縮材料主要為單晶和柱狀�,其中單晶的制作采用區(qū)熔法、單晶拉制法;柱狀晶采用定向凝固法:使熔化的材料由一端冷�,由此凝固拉�(zhǎng)得到柱狀�??傊?,制作方法不�,材料的組織�(jié)�(gòu)不同,從而材料的磁致伸縮性能差別也很��

�(yīng)�

  由于磁致伸縮材料在磁�(chǎng)作用下,其長(zhǎng)度發(fā)生變�,可�(fā)生位移而做功或在交變磁�(chǎng)作用可發(fā)生反�(fù)伸張與縮�,從而產(chǎn)生振�(dòng)或聲�,這種材料可將電磁�(或電磁信�)�(zhuǎn)換成�(jī)械能或聲�(或機(jī)械位移信息或聲信�),相反也可以將機(jī)械能(或機(jī)械位移與信息)�(zhuǎn)換成電磁�(或電磁信�),他是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。他在聲納的水聲換能器技�(shù),電聲換能器技�(shù)、海洋探�(cè)與開(kāi)�(fā)技�(shù)、微位移�(qū)�(dòng)、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機(jī)�、機(jī)器人、自�(dòng)化技�(shù)、燃油噴射技�(shù)、閥門(mén)、泵、波�(dòng)采油等高技�(shù)�(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景�

  21世紀(jì)是海洋世紀(jì),人�(lèi)的生�、科�(xué)�(shí)�(yàn)和資源的獲取將逐漸從山陸地�(zhuǎn)移到海洋。而艦艇水下移�(dòng)通訊、海水溫�、海流、海底地形地貌的探測(cè)就需要聲納系�(tǒng)。聲納是一�(gè)龐大的系�(tǒng),他包括聲發(fā)射系�(tǒng),反射聲的接收系�(tǒng),將回聲信息�(zhuǎn)變成電信息與圖像的系�(tǒng)以及圖像�(shí)別系�(tǒng)�。其中聲�(fā)射系�(tǒng)中的水聲�(fā)射換能器及其材料是關(guān)鍵技�(shù)之一。過(guò)去聲納的水聲�(fā)射換能器主要用壓電陶瓷材�(PZT)�(lái)制�。這種材料制造的水聲換能器的頻率�(20kHz以上),同�(shí)�(fā)射功率小、體積大、笨��

  另外隨艦艇隱身技�(shù)的發(fā)�,現(xiàn)代艦艇可吸收頻率�3�0kHz以上的聲�,起到隱身的作用。各工業(yè)�(fā)�(dá)�(guó)家都正在大力�(fā)展低�(頻率為幾十至2000Hz),大功率(聲源�(jí)�220dB)的聲納用或水聲對(duì)抗用�(fā)射水聲換能器,并已用于裝備海軍。低頻可打破敵方艦艇的隱身技�(shù),大功率可探�(cè)更遠(yuǎn)距離的目�(biāo),同�(shí)體積�、重量輕,可提高艦艇的作�(zhàn)能力。低頻大功率是聲納用和水聲對(duì)抗用�(fā)射水聲換能器今后的發(fā)展方向。而制造低頻大功率水聲�(fā)射換能器的關(guān)鍵材料是超磁致伸縮材�。發(fā)展超磁致伸縮材料將對(duì)�(fā)展聲納技�(shù)、水聲對(duì)抗技�(shù)、海洋開(kāi)�(fā)與探�(cè)技�(shù)將起到關(guān)鍵性作��

  超磁致伸縮材料在聲頻和超聲技�(shù)方面也有廣闊的應(yīng)用前景。例�,用該材料可制造超大功率超聲換能器。過(guò)去的超聲換能器主要是用壓電陶�(PZT)材料�(lái)制造。他僅能制造小功率(�2�0kw)的超聲波換能�,國(guó)外已用超磁致伸縮材料�(lái)制造出超大功率(6~25kw)的超聲波換能�。超大功率超聲波技�(shù)可產(chǎn)生低功率超聲技�(shù)所不能�(chǎn)生的新物理效�(yīng)和新的用�,如他可使廢舊輪胎脫硫再�;可使農(nóng)作物大幅度增�(chǎn);可加速化工過(guò)程的化學(xué)反應(yīng),有重大的經(jīng)�(jì)、社�(huì)和環(huán)保效�。用該材料制造的電聲換能器,可用于波�(dòng)采油,可提高油井的產(chǎn)油量�(dá)2O�100,可促�(jìn)石油工業(yè)的發(fā)展;用該材料制造的薄型(平板�)喇叭,振�(dòng)力大、音�(zhì)好、高保真,可使樓板、墻�、桌靀玻璃窗振動(dòng)和發(fā)�,可作水下音�(lè)、水下芭蕾伴舞的喇叭等�

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