稀土超磁致伸縮材料研究PPT課件

1、目錄目錄1.磁致伸縮效應(yīng)2.稀土超磁致伸縮材料的成分3.稀土超磁致伸縮材料的性能特點4.稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用5.我國發(fā)展水平6.發(fā)展前景第1頁/共14頁磁致伸縮磁致伸縮效應(yīng)效應(yīng) 是鐵磁物質(zhì)（磁性材料）由于磁化狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化的現(xiàn)象。鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度。 磁致伸縮效應(yīng)可用磁致伸縮系數(shù)（或應(yīng)變）來描述，=（llo）/lo， lo為原來的長度，l為物質(zhì)在外磁場作用下伸長（或縮短）后的長度。一般鐵磁性物質(zhì)的很小，約百萬分之一，通常用 ppm代表。例如金屬鎳（Ni）的約40ppm。第2頁/共14頁稀土超磁致伸縮材料的成分

2、稀土超磁致伸縮材料的成分 關(guān)于稀土超磁致伸縮材料成分的研究包括兩個方面的內(nèi)容： 一方面是研究用不同的稀土元素和鐵的化合物組合獲得不同性能的磁致伸縮材料，如:Sm0.85Dy0.15Fe2、Tb0.15Ho0.85Fe2、Tb0.20Dy0.22Ho0.58Fe2等，特別是Sm-Dy-Fe化合物具有負(fù)的磁致伸縮系數(shù)，可以用于一些特殊場合，與Tb-Dy-Fe合金相配合可以制造杠桿放大機構(gòu)等。第3頁/共14頁 另一方面就是用其它元素Co、Ni、Mn、Al、B、Ti、V、Zr、Ca部分地置換贗二元化合物Tb-Dy-Fe 化合物中的Fe，如果能夠滿足贗二元化合物磁晶各向異性補償條件，又能提高Tb:Dy的

3、比例，就能提高合金的磁致伸縮系數(shù)，從而改變Tb-Dy-Fe合金的磁致伸縮性能。北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室根據(jù)我國稀土資源的情況,本著低成本的原則，采用低純度稀土經(jīng)過反復(fù)實驗，篩選出了具有優(yōu)異綜合性能的Tb-Dy-Fe系新型合金成分，即Tb0.27-0.35 Dy0.65-0.7(Fe1-xMx)1.95為Al、Mn、B、Ti、V 和Zr等，x=0.000.15。第4頁/共14頁表表l列出了稀土超磁致伸縮材料、傳統(tǒng)磁致伸縮列出了稀土超磁致伸縮材料、傳統(tǒng)磁致伸縮材料及壓電陶瓷材料的幾個主要特性材料及壓電陶瓷材料的幾個主要特性第5頁/共14頁稀土超磁致伸縮材料的性能特點稀土超磁致伸縮材料的

4、性能特點比較來看，稀土超磁致伸縮材料具有以下優(yōu)點： 1.其磁致伸縮應(yīng)變量比純 N i大50倍，比壓電陶瓷（PZT）材料大525倍，比純 N i和 NiCo合金高400800倍，如此大的應(yīng)變量，可以實現(xiàn)很高的輸出功率。 2.材料的能量密度(J/ m)高，比鎳大400500倍，比壓電陶瓷大14 30 倍。 3.能量轉(zhuǎn)換效率（用機電耦合系數(shù) K33表示）高達4956%，而 Ni基合金僅有9%，PZT材料僅有2352%。 第6頁/共14頁4.產(chǎn)生伸縮的響應(yīng)速度快，響應(yīng)的時間（由施加磁場到產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變所需的時間稱響應(yīng)時間）僅10一6s，比人的思維還快5.其彈性模量隨磁場而變化，通過改變材料的制備及處理

5、工藝還可以調(diào)整其彈性模量，為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合提供了條件可調(diào)控。6.頻率特性好，可在低頻率（10至1000赫茲）下工作。工作頻帶寬；穩(wěn)定性好，可靠性高，其磁致伸縮性能不隨時間而變化，無疲勞，無過熱失效問題。7.工作要求的電壓低，用電池就可以驅(qū)動，這些特性都有利于器件的輕量化和小型化，也有利于降低成本。 第7頁/共14頁稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用水深低頻大功率換能器 過去聲吶的水聲發(fā)射換能器主要用壓電陶瓷材料（PZT）來制造。壓電陶瓷材料聲吶的水下工作小于100km，而稀土超磁致伸縮聲吶超過104km。 稀土超磁致伸縮制作的水聲換能器的頻率低，隨艦艇隱身技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代艦艇

6、可吸收頻率在3.0kHz以上的聲波，起到隱身作用。低頻可打破敵方艦艇的隱身技術(shù)。 稀土超磁致伸縮制作的水聲換能器發(fā)射功率大，可探測更遠距離的目標(biāo)體積小，重量輕，可提高艦艇的作戰(zhàn)能力。 第8頁/共14頁第9頁/共14頁我國研制的稀土超磁致伸縮材料性能與國外同類產(chǎn)我國研制的稀土超磁致伸縮材料性能與國外同類產(chǎn)品性能的比較品性能的比較第10頁/共14頁我國發(fā)展水平我國發(fā)展水平 從該表可以看出，北科大生產(chǎn)的定向凝固Tb-Dy-Fe合金樣品的飽和磁致伸縮系數(shù)d33、磁彈禍合系數(shù)K33以及強制磁致伸縮系數(shù)都已達到甚至部分超過國際先進水平,低場下的磁致伸縮系數(shù)也接近了國際水平。多位置和大批量性能測試結(jié)果都表明,樣品性能具有很好的重復(fù)性和一致性，材料的矯頑力小，磁滯回線窄，損耗低,材料的壓縮強度達700MPa，脆性不顯著。 因此說我國制造的稀土超磁致伸縮材料的主要指標(biāo)已達到或接近國際同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)。第11頁/共14頁 發(fā)展前景發(fā)展前景 發(fā)展稀土超磁致伸縮材料對發(fā)展聲吶技術(shù)、水聲對抗技術(shù)、海洋開發(fā)與探測技術(shù)起到了關(guān)鍵的作用。 隨著稀土超磁致伸縮材料應(yīng)用研究的發(fā)展，對材料的性能也會提出越來越高的要求。從應(yīng)用角度考慮，磁致伸縮系數(shù)達到500-1000ppm，以利于縮小或簡化外加磁場的電路或磁路裝