稀土超磁致伸縮材料
磁性材料由于磁場(chǎng)的變化,其長(zhǎng)度和體積都要發(fā)生微小的變化,這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。其中長(zhǎng)度的變化稱為線性磁致伸縮,體積的變化稱為體積磁致伸縮。體積磁 致伸縮比線性磁致伸縮要弱得多,一般提到磁致伸縮均指線性磁致伸縮。磁致伸縮效應(yīng)是1842年由焦耳發(fā)現(xiàn)的,故又稱焦耳效應(yīng)。長(zhǎng)期以來,作為磁致伸縮材料 的主要是鎳、鐵等金屬或合金,由于磁致伸縮值較小,功率密度不高,故應(yīng)用面較窄。主要用于聲納、超聲波發(fā)射等方面。
稀土超磁致伸縮材料是國(guó)外八十年代末新開發(fā)的新型功能材料。主要是指稀土-鐵系金屬間化合物。這類材料具有比鐵、鎳等大得多的磁致伸縮值,其磁致伸縮系數(shù)比一 般磁致伸縮材料高約102~103倍,因此被稱為大或超磁致伸縮材料。并且機(jī)械響應(yīng)快、功率密度高,在所有商品材料中,稀土超磁致伸縮材料是在物理作用下 應(yīng)變值最高、能量最大的材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(Terfenol-D)的研制成功,更是開辟了磁致伸縮材料的新時(shí)代,Terfenol-D是 70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料,該合金中有一半成份為鋱和鏑,有時(shí)加入鈥,其余為鐵,該合金由美國(guó)依阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制成功,當(dāng)Terfenol-D 置于一個(gè)磁場(chǎng)中時(shí),其尺寸的變化比一般磁性材料變化大,這種變化可以使一些精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納,目前已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,從 燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機(jī)械致動(dòng)器、太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和飛機(jī)機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。它具有比傳統(tǒng)的磁致伸縮材料和壓電陶瓷高幾十倍的伸縮性 能。所以可廣泛用于聲納系統(tǒng)、大功率超大型超聲器件、精密控制系統(tǒng)、各種閥門、驅(qū)動(dòng)器等,是一種具有廣闊發(fā)展前景的稀土功能材料。這種材料的發(fā)展使電-機(jī) 械轉(zhuǎn)換技術(shù)獲得突破性進(jìn)展。對(duì)尖端技術(shù)、軍事技術(shù)的發(fā)展及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化產(chǎn)生了重要作用。
美國(guó)前沿技術(shù)(Edge Technologies)公司1989年開始生產(chǎn)稀土大磁致伸縮材料,其商品牌號(hào)為Terfenol-D,隨后瑞典Feredyn AB公司也生產(chǎn)、銷售稀土大磁致伸縮材料,產(chǎn)品牌號(hào)為Magmeg 86,近10多年來,日本、俄羅斯、英國(guó)和澳大利亞等也相繼研究開發(fā)出TbDyFe2型磁致伸縮材料,并有少量產(chǎn)品銷售。稀土磁伸材料主要用于制作大功率 聲納,后者廣泛應(yīng)用于水下通訊、制導(dǎo)、捕魚、油井及地質(zhì)探測(cè)等。其它應(yīng)用包括閥門控制、精密車床、機(jī)器人、蠕動(dòng)馬達(dá)、阻尼減振、延遲器及傳感器等。稀土磁 致伸縮材料的開發(fā)與應(yīng)用,日益受到人們的關(guān)注,產(chǎn)量及市場(chǎng)消費(fèi)量增長(zhǎng)非常迅速。據(jù)美國(guó)前沿技術(shù)公司統(tǒng)計(jì),全世界Terfenol-D合金產(chǎn)量,1989年 僅為100kg,1993年約1000kg,1995年達(dá)到10噸,而到1997年已達(dá)到70噸。美國(guó)國(guó)內(nèi)每年用于聲納等器件的Terfenol-D材料 價(jià)值約數(shù)百萬到1千萬美元,聲納、油壓機(jī)、機(jī)器人等器件的市場(chǎng)金額每年約6億美元。最近5年來,Terfenol-D的市場(chǎng)年增長(zhǎng)率為100%。近期,美 國(guó)宇航局與Energen公司簽約,投資開發(fā)新一代太空望遠(yuǎn)鏡用致動(dòng)裝置。
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