稀土超磁致伸缩材料

清风明月 · 发表于 2007-9-5 12:07:21

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稀土超磁致伸缩材料

磁性材料由于磁场的变化，其长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩。其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩。体积磁致伸缩比线性磁致伸缩要弱得多，一般提到磁致伸缩均指线性磁致伸缩。磁致伸缩效应是1842年由焦耳发现的，故又称焦耳效应。长期以来，作为磁致伸缩材料的主要是镍、铁等金属或合金，由于磁致伸缩值较小，功率密度不高，故应用面较窄。主要用于声纳、超声波发射等方面。

一、稀土超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料是国外八十年代末新开发的新型功能材料。主要是指稀土-铁系金属间化合物。这类材料具有比铁、镍等大得多的磁致伸缩值，其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高约102～103倍，因此被称为大或超磁致伸缩材料。并且机械响应快、功率密度高，在所有商品材料中，稀土超磁致伸缩材料是在物理作用下应变值最高、能量最大的材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金（Terfenol-D）的研制成功，更是开辟了磁致伸缩材料的新时代，Terfenol-D是70年代才发现的新型材料，该合金中有一半成份为铽和镝，有时加入钬，其余为铁，该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制成功，当Terfenol-D置于一个磁场中时，其尺寸的变化比一般磁性材料变化大，这种变化可以使一些精密机械运动得以实现。铽镝铁开始主要用于声纳，目前已广泛应用于多种领域，从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、太空望远镜的调节机构和飞机机翼调节器等领域。它具有比传统的磁致伸缩材料和压电陶瓷高几十倍的伸缩性能。所以可广泛用于声纳系统、大功率超大型超声器件、精密控制系统、各种阀门、驱动器等，是一种具有广阔发展前景的稀土功能材料。这种材料的发展使电-机械转换技术获得突破性进展。对尖端技术、军事技术的发展及传统产业的现代化产生了重要作用。 美国前沿技术(Edge Technologies)公司1989年开始生产稀土大磁致伸缩材料，其商品牌号为Terfenol-D，随后瑞典Feredyn AB公司也生产、销售稀土大磁致伸缩材料，产品牌号为Magmeg 86，近10多年来，日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型磁致伸缩材料，并有少量产品销售。稀土磁伸材料主要用于制作大功率声纳，后者广泛应用于水下通讯、制导、捕鱼、油井及地质探测等。其它应用包括阀门控制、精密车床、机器人、蠕动马达、阻尼减振、延迟器及传感器等。稀土磁致伸缩材料的开发与应用，日益受到人们的关注，产量及市场消费量增长非常迅速。据美国前沿技术公司统计，全世界Terfenol-D合金产量，1989年仅为100kg，1993年约1000kg，1995年达到10吨，而到1997年已达到70吨。美国国内每年用于声纳等器件的Terfenol-D材料价值约数百万到1千万美元，声纳、油压机、机器人等器件的市场金额每年约6亿美元。最近5年来，Terfenol-D的市场年增长率为100%。近期，美国宇航局与Energen公司签约，投资开发新一代太空望远镜用致动装置。

二、Terfenol-D材料的应用器件
1．声纳
一般的声纳发射频率都在2kHz以上，但是低于此频率的低频声纳有其特殊的优越性：频率越低、衰减越小、声波就传得越远，同时频率低受到水下无回声屏蔽的影响就越小，用Terfenol-D材料制做的声纳可以满足大功率、小体积、低频率的要求，所以发展较快。
2．电-机换能器
主要用于小型受控动作器件—致动器。包括控制精度达纳米级，以及伺服泵、燃料注入系统、制动器等。它们用于汽车、飞机、航天器、机器人、精密机床、精密仪器、计算机、光通讯、印刷等。
３．传感器和电子器件
如袖珍测磁仪、探测位移、力、加速度的传感器以及可调谐的表面声波器件等。后者用于雷达、声纳的相位传感器和计算机的存储元件。三、稀土磁致伸缩材料发展现状 近几年来，国外研制了近千种应用器件，批准的美国专利已超过一百多件，据专家分析，在2015年之前，Terfenol-D的市场将包括以下几部分：在运输业的主要产品为刹车线、燃料注入、降噪减震、阀和泵以及线性马达。在航空、航天、航海及其它部门中的应用器件除声纳外，还包括线性马达、致动器、液体动力系统、薄膜、传感器和降噪减震系统。在加工、制造中的应用包括精密定位系统、印刷业的雕版打印头、精密机床的工具定位和主动减震，用于机械手、机器人等各种自动化设备的致动器和马达及传感器等。

我国几个重要研究单位于90年代前后开始研究TbDyFe晶体磁致伸缩材料，如中科院物理所、金属所、包头稀土院、北京科技大学等，虽然实验室研究达到了较高水平，但目前都没有实现规模生产。近几年来，稀土超磁致伸缩材料的应用研究在国内也得到了重视，在声纳、精密机械、高速阀门等方面应用取得了一些进展。

qz4852703 · 发表于 2007-9-6 06:15:13

我国的稀土储量世界第一，但资源浪费太严重。

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[新材料] 稀土超磁致伸缩材料

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