磁致伸縮材料及應(yīng)用要點(diǎn)課件

磁致伸縮材料及應(yīng)用制作日期：2014/6/11磁致伸縮材料及應(yīng)用制作日期：2014/6/111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)：λ=ΔL/LL為材料原來(lái)的長(zhǎng)度，ΔL為材料長(zhǎng)度改變量。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Fe2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(zhǎng)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）ΔE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(guò)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。磁致伸縮材料的特性（1）焦耳效應(yīng)。材料由于磁化狀態(tài)的改變3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。λ:(±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。λ極高：1500-2000×10-6，比傳統(tǒng)磁致伸縮材料大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，故稱為稀土合金為超磁致伸縮材料（GiantMagnetostrictiveMaterial簡(jiǎn)稱GMM）。磁致伸縮材料1)傳統(tǒng)金屬與合金4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400~500倍，是壓電陶瓷的12~30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?？稍趶?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。超磁致伸縮材料優(yōu)點(diǎn)（1）磁致伸縮系數(shù)大。5磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)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(guò)。可實(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)。磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)瑞典設(shè)計(jì)的對(duì)燃料噴射閥門進(jìn)行控制的裝6高壓薄膜泵英國(guó)SanTechnology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(guò)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7.隔膜8.GMM棒9.永磁體高壓薄膜泵英國(guó)SanTechnology公司的Darius7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(guó)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(guò)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(guó)際領(lǐng)先水平。

超磁致伸縮微位移執(zhí)行器1.外套2.出水管3.彈性體4.8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。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9薄膜型磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器當(dāng)在超磁致伸縮薄膜的長(zhǎng)度方向外加磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生正磁致伸縮的Tb-Fe薄膜伸長(zhǎng)，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(zhǎng)，橫梁則向上彎曲。薄膜型磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器當(dāng)在超磁致伸縮薄膜的長(zhǎng)度方向外加磁場(chǎng)時(shí)，10磁致伸縮馬達(dá)

1988年德國(guó)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(wú)反沖的優(yōu)點(diǎn)。磁致伸縮馬達(dá)1988年德國(guó)柏林大學(xué)的L.Kiesewett11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(guó)的Gould公司與Rayfhlon公司共同研制生產(chǎn)出來(lái)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(guó)家的海軍裝備中，其聲納系統(tǒng)都是由采用這種形式。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12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(guò)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(guò)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(wèn)題。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13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，導(dǎo)致自身磁導(dǎo)率的顯著變化，永磁體提供的磁場(chǎng)在超磁