智能材料之磁致伸縮材料(智能材料課作業(yè))

1、小組成員：電氣工程學(xué)院 吐?tīng)栠d江 2013302540154 買買提艾力 2013302540211 阿卜力克木 2012302540343磁致伸縮材料 具有磁致伸縮特性的材料。工程上利用這一特性將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。磁致伸縮是指在交變磁場(chǎng)的作用下，物體產(chǎn)生與交變磁場(chǎng)頻率相同的機(jī)械振動(dòng)；或者相反，在拉伸、壓縮力作用下，由于材料的長(zhǎng)度發(fā)生變化，使材料內(nèi)部磁通密度相應(yīng)地發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)電流，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在軍事方面用于導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)飛行軌道計(jì)算機(jī)快速修正,大大提高命中率。 在高精密度控制方面的應(yīng)用,例如：超精密機(jī)床、機(jī)器人、主動(dòng)減振系統(tǒng)、線性馬達(dá)、高速閥門超聲醫(yī)療器

2、具、各種精密儀器、計(jì)算機(jī)光盤驅(qū)動(dòng)器等。在民用方面主要應(yīng)用領(lǐng)域有：照相機(jī)快門、編織驅(qū)動(dòng)器、助聽(tīng)器、高保真喇叭、超聲洗衣機(jī)、家用機(jī)器人等等。 磁致伸縮材料分類磁致伸縮材料主要有三大類： 磁致伸縮的金屬與合金，如鎳和（Ni）基合金（Ni， NiCo合金， NiCoCr合金）和鐵基合金（如 F e Ni合金， FeAl合金， FeCoV合金等）； 鐵氧體磁致伸縮材料，如 N iCo和 NiCoCu鐵氧體材料等。 上述兩種稱為傳統(tǒng)磁致伸縮材料，其伸縮系數(shù)值（在2080ppm之間）過(guò)小，它們 沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。 近期發(fā)展的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，稱為稀土超磁致伸縮材 料（GMM）。以（ Tb，Dy）

3、Fe2化合物為基體的合金 Tb03Dy07Fe195材料（Tb DyFe材料）的伸縮系數(shù)達(dá)到15002000ppm，比磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧體磁致伸縮材料的伸縮系數(shù)大12個(gè)數(shù)量級(jí)，因此稱為稀土超磁致伸縮材料。背景1842年，焦?fàn)栐谟^察一個(gè)鎳樣品時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)磁性體（如金屬Fe、Ni 等）的磁化狀態(tài)改變時(shí)，其外型尺寸或體積會(huì)發(fā) 生微小的變化。Fe 隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而伸長(zhǎng)Ni 隨磁場(chǎng)強(qiáng)度 的增大而縮短 早期發(fā)現(xiàn)的磁致伸縮材料的磁致伸縮量都很小，這種磁致伸縮材料被稱為傳統(tǒng)的磁致伸縮材料，它包括Ni、Ni-Co合金、Fe-Al合金等。但1972年美國(guó)的Clark博士發(fā)現(xiàn)二元稀土鐵合金在常溫下具有極大的

4、磁致伸縮系數(shù)后，這種新型的磁致伸縮材料被稱為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡(jiǎn)稱GMM），由于為稀土構(gòu)筑，亦稱稀土超磁致伸縮材料。 近幾十年人們不斷對(duì)超磁致伸縮材料進(jìn)行研究并開(kāi)發(fā)應(yīng)用，其中最著名的就是美國(guó)生產(chǎn)的Terfenol-D型號(hào)商品，這種稀土超磁致伸縮材料的性能不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)要好于傳統(tǒng)的磁致伸縮材料，而且性能比壓電陶瓷材料（PZT）更優(yōu)越。國(guó)內(nèi)外發(fā)展1.國(guó)外超磁致伸縮材料的研究發(fā)展 20世紀(jì)60年代初，Legvold等人發(fā)現(xiàn)稀土金屬Tb和Dy在低溫下磁致伸縮系數(shù)非常大，但是有序化溫度很低。1972年，美國(guó)的A.E.Clark博士發(fā)現(xiàn)二元稀土鐵合金

5、在溫室下有很大的磁致伸縮系數(shù)。1974年Clark又發(fā)現(xiàn)了三元稀土鐵合金的飽和磁致伸縮系數(shù)達(dá)到了1/1000的數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)比其他材料的伸縮系數(shù)要大，并在1976年申請(qǐng)了此項(xiàng)專利并推向?qū)嵱没?。?0世紀(jì)80年代中期，開(kāi)始出現(xiàn)了商品化的稀土超磁致伸縮材料，主要的代表為美國(guó)Edge Technologies公司生產(chǎn)的Terfenol-D和瑞典Feredyn AB公司生產(chǎn)的Magmek 86。其后日本、俄羅斯、英國(guó)和澳大利亞等也相繼研究開(kāi)發(fā)出TbDyFe2型的GMM. 在GMM應(yīng)用方面，主要有美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的高靈敏磁致伸縮應(yīng)變計(jì)、日本東芝公司設(shè)計(jì)的精度達(dá)到納米級(jí)的超磁致伸縮致動(dòng)器、美國(guó)J.M.Vranis

6、h利用蠕動(dòng)原理研制的步進(jìn)式微型馬達(dá)、瑞典公司開(kāi)發(fā)的高精度燃料噴射閥、日本用Terfenol-D棒制成的微型隔膜泵等。2.國(guó)內(nèi)超磁致伸縮材料的研究發(fā)展20世紀(jì)80年代中期我國(guó)有關(guān)單位和院校就開(kāi)始著手研究超磁致伸縮材料，主要有北京鋼鐵研究總院、中科院北京物理研究所、大連理工大學(xué)、浙江大學(xué)等，并且在材料制備和應(yīng)用等方面取得了一定的成果。2002年大連理工大學(xué)賈振元、楊興等研究出了新型微位移執(zhí)行器；2005年清華大學(xué)李翠紅、葉子申等利用超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了一種蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)；2008年王玉生利用GMM設(shè)計(jì)出新型平板揚(yáng)聲器等。但與國(guó)際先進(jìn)行列相比，我國(guó)在此材料應(yīng)用研究方面整體還處于比較落后的位置。 各種磁

7、致伸縮材料器件智能磁致伸縮液位計(jì)精密定位裝置用于：精密和超精密加工、精密儀器定位等。優(yōu)點(diǎn)：位移精確度高(可達(dá)納米級(jí))、響應(yīng)速度快、輸入功率小、輸出力大、設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。MTS磁致伸縮位移傳感器高精度、多種規(guī)格、長(zhǎng)行程、非接觸式測(cè)量 模塊組裝、堅(jiān)固耐用 敏感元件平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）長(zhǎng)達(dá)23年 真正的絕對(duì)位置輸出、無(wú)需重新標(biāo)定或定期維修 。適用于高溫、高壓、高振蕩及空間狹小環(huán)境 安裝方便、快捷，不需定期標(biāo)定和維護(hù)冶金工業(yè)連鑄、冷熱軋、AGC控制、模件成型等。 磁致伸縮位移傳感器工作原理示意圖磁致伸縮位移傳感器工作設(shè)計(jì)采用稀土超磁致伸縮材料為驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)源，在國(guó)內(nèi)外首次提出了一種新型慣性沖擊式直線電機(jī)裝置，比現(xiàn)有的慣性沖擊直線電機(jī)具有