磁致伸縮材料及應(yīng)用

1、磁致伸縮材料及應(yīng)用制作日期：2014/6/11磁致伸縮效應(yīng) 19世紀(jì)40年代，焦?fàn)柊l(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，這就是磁致伸縮效應(yīng)，又稱焦?fàn)栃?yīng)。 磁致伸縮材料：具有磁致伸縮效應(yīng)的磁(電) 機(jī) 械能轉(zhuǎn)換材料。 磁致伸縮系數(shù)：=L/L L為材料原來的長度，L為材料長度改變量。磁致伸縮材料的特性 （1）焦耳效應(yīng)。材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積會(huì)發(fā)生微小的變化。 （2）維拉里效應(yīng)。在磁場(chǎng)中，給磁體施加外力作用，由于形狀變化，導(dǎo)致磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。 （3）E效應(yīng)。磁致伸縮材料由于磁化狀態(tài)的改變而引起自身?xiàng)钍夏Ａ堪l(fā)生變化的現(xiàn)象。 （4）維德

2、曼效應(yīng)。在磁性體上施加適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)，當(dāng)有電流通過時(shí)磁性體發(fā)生扭曲變形的現(xiàn)象。 （5）維德曼逆效應(yīng)。使磁體發(fā)生機(jī)械扭曲，則在二次線圈中產(chǎn)生電流。 （6）跳躍效應(yīng)。當(dāng)磁致伸縮材料外加預(yù)應(yīng)力時(shí)，磁致伸縮呈跳躍式變化，磁化率也發(fā)生變化。磁致伸縮材料 1) 傳統(tǒng)金屬與合金 純鎳、鎳鈷合金(95%Ni-Co)、鐵鎳合金(45%Ni-Fe)、鐵鋁合金(13%A1-Fe)、鐵鈷合金(65%Co-Fe)等。:(30-70)10-6; 居里溫度較低。 2) 稀土合金超磁致伸縮材料 以Tb1-xDyxFe2化合物為基的合金如Tb0.3Dy0.7Fe2等。 極高：1500-200010-6，比傳統(tǒng)磁致伸縮材料大12個(gè)數(shù)

3、量級(jí)，故稱為稀土合金為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡(jiǎn)稱GMM）。超磁致伸縮材料優(yōu)點(diǎn) （1）磁致伸縮系數(shù)大。 （2）能量轉(zhuǎn)換效率高。超磁致伸縮材料在49%56%之間，而壓電陶瓷在23%52%之間，傳統(tǒng)的磁致伸縮材料僅為9%左右。 （3）居里溫度在300以上。遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的磁致伸縮材料高，可適用于較高的溫度環(huán)境。 （4）能量密度大。是Ni的400500倍，是壓電陶瓷的1230倍。 （5）機(jī)械響應(yīng)速度快。僅10-6s級(jí)且可電控。 （6）承載能力大。可在強(qiáng)壓力環(huán)境下工作。 （7）工作頻帶寬。既適用于幾十赫茲的低頻又適用于超高頻。磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)

4、瑞典設(shè)計(jì)的對(duì)燃料噴射閥門進(jìn)行控制的裝置。它由一根具有負(fù)磁致伸縮系數(shù)的棒去打開閥針。驅(qū)動(dòng)線圈中的電流為零時(shí)，閥針將燃料流關(guān)閉；驅(qū)動(dòng)線圈中通有電流時(shí)，閥針打開允許燃料流通過?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)燃料的精密、瞬時(shí)控制，使燃料充分燃燒，減少污染?？蓱?yīng)用于汽車和飛機(jī)等內(nèi)燃機(jī)。高壓薄膜泵 英國San Technology公司的Dariusz.A.Bushko和James.H.Goldie用Terfenol-D棒制成。在結(jié)合水力和電控裝置下，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、大行程的水力驅(qū)動(dòng)，體積小且易控制。原理：通過線圈驅(qū)動(dòng)GMM棒發(fā)生伸縮推動(dòng)隔膜運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)吸排。1.外殼 2.線圈 3.預(yù)壓彈簧 4.工作腔 5.高壓輸入閥6.低壓輸入閥

5、 7.隔膜 8.GMM棒 9.永磁體超磁致伸縮微位移執(zhí)行器1.外套 2.出水管 3.彈性體 4.輸出軸5.導(dǎo)向塊 6.導(dǎo)磁體 7.超磁致伸縮棒 8.水箱 9.永磁體 10.導(dǎo)向塊 11.進(jìn)水管 12.導(dǎo)磁體 13.螺釘 14.底蓋 15.傳感器 16.線圈 17.骨架 18.電阻應(yīng)變片 我國大連理工大學(xué)研制，將GMM進(jìn)行疊片放置減少渦流損耗，通過冷卻水消除溫度對(duì)GMM性能的影響，其拉伸強(qiáng)度比普通的更大，性能指標(biāo)已達(dá)國際領(lǐng)先水平。 超精密機(jī)床微進(jìn)給機(jī)構(gòu) 位移精確度高(可達(dá)納米級(jí))、響應(yīng)速度快、輸入功率小、設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于精密和超精密加工。薄膜型磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器 當(dāng)在超磁致伸縮薄膜的長度方向外加

6、磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜伸長，而產(chǎn)生負(fù)磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜縮短，橫梁便向下彎曲；而當(dāng)在其橫向加磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜縮短，而產(chǎn)生負(fù)磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜伸長，橫梁則向上彎曲。磁致伸縮馬達(dá) 1988年德國柏林大學(xué)的L.Kiesewetter教授研制出世界上第一臺(tái)超磁致伸縮馬達(dá)。當(dāng)移動(dòng)線圈通入電流且位置發(fā)生變化時(shí), 超磁致伸縮棒運(yùn)動(dòng)部分分別在縱向和徑向方向上產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變, 使超磁致伸縮棒交替伸縮, 像蟲子一樣蠕動(dòng)前進(jìn)。它的最大 速度可達(dá) 20mm/s 并具有驅(qū)動(dòng)重載無反沖的優(yōu)點(diǎn)。方環(huán)換能器 在大功率低頻聲納系統(tǒng)方面，使用較多的水聲換能器是方環(huán)換能器，是由美國的Gould公司與Rayfhlon公司共同研制生產(chǎn)出來的。它最大的特點(diǎn)是在低頻中仍具備大功率，傳輸距離遠(yuǎn)，而且體積小，耐高壓。在許多國家的海軍裝備中，其聲納系統(tǒng)都是由采用這種形式。力傳感器當(dāng)受外力作用時(shí)，力作用使敏感元件產(chǎn)生形變并引起磁路狀態(tài)發(fā)生變化，通過監(jiān)測(cè)線圈中的感應(yīng)電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)力的測(cè)量。采用永磁鐵作為預(yù)磁化場(chǎng)，設(shè)計(jì)了測(cè)量靜態(tài)力的磁致伸縮力傳感器，通過高斯計(jì)直接檢測(cè)空氣隙中磁通密度變化情況，實(shí)現(xiàn)力測(cè)量，簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，同時(shí)避免了直流電源引起的發(fā)熱問題。加速度傳感器由于彈簧的形變，使超磁致伸縮棒受到一個(gè)變化的應(yīng)力，