智能材料之磁致伸縮材料(智能材料課作業(yè))

1、小組成員：電氣工程學院 吐爾遜江 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換成機械能或將機械能轉換成電能。磁致伸縮是指在交變磁場的作用下，物體產生與交變磁場頻率相同的機械振動；或者相反，在拉伸、壓縮力作用下，由于材料的長度發(fā)生變化，使材料內部磁通密度相應地發(fā)生變化，在線圈中感應電流，機械能轉換為電能。在軍事方面用于導彈制導系統(tǒng),實現飛行軌道計算機快速修正,大大提高命中率。 在高精密度控制方面的應用,例如：超精密機床、機器人、主動減振系統(tǒng)、線性馬達、高速閥門超聲醫(yī)療器

2、具、各種精密儀器、計算機光盤驅動器等。在民用方面主要應用領域有：照相機快門、編織驅動器、助聽器、高保真喇叭、超聲洗衣機、家用機器人等等。 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，其伸縮系數值（在2080ppm之間）過小，它們 沒有得到推廣應用。 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）的伸縮系數達到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大12個數量級，因此稱為稀土超磁致伸縮材料。背景1842年，焦爾在觀察一個鎳樣品時發(fā)現：當磁性體（如金屬Fe、Ni 等）的磁化狀態(tài)改變時，其外型尺寸或體積會發(fā) 生微小的變化。Fe 隨磁場強度的增大而伸長Ni 隨磁場強度 的增大而縮短 早期發(fā)現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年美國的Clark博士發(fā)現二元稀土鐵合金在常溫下具有極大的

4、磁致伸縮系數后，這種新型的磁致伸縮材料被稱為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡稱GMM），由于為稀土構筑，亦稱稀土超磁致伸縮材料。 近幾十年人們不斷對超磁致伸縮材料進行研究并開發(fā)應用，其中最著名的就是美國生產的Terfenol-D型號商品，這種稀土超磁致伸縮材料的性能不僅遠遠要好于傳統(tǒng)的磁致伸縮材料，而且性能比壓電陶瓷材料（PZT）更優(yōu)越。國內外發(fā)展1.國外超磁致伸縮材料的研究發(fā)展 20世紀60年代初，Legvold等人發(fā)現稀土金屬Tb和Dy在低溫下磁致伸縮系數非常大，但是有序化溫度很低。1972年，美國的A.E.Clark博士發(fā)現二元稀土鐵合金

5、在溫室下有很大的磁致伸縮系數。1974年Clark又發(fā)現了三元稀土鐵合金的飽和磁致伸縮系數達到了1/1000的數量級，遠比其他材料的伸縮系數要大，并在1976年申請了此項專利并推向實用化。到20世紀80年代中期，開始出現了商品化的稀土超磁致伸縮材料，主要的代表為美國Edge Technologies公司生產的Terfenol-D和瑞典Feredyn AB公司生產的Magmek 86。其后日本、俄羅斯、英國和澳大利亞等也相繼研究開發(fā)出TbDyFe2型的GMM. 在GMM應用方面，主要有美國海軍開發(fā)的高靈敏磁致伸縮應變計、日本東芝公司設計的精度達到納米級的超磁致伸縮致動器、美國J.M.Vranis

6、h利用蠕動原理研制的步進式微型馬達、瑞典公司開發(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.國內超磁致伸縮材料的研究發(fā)展20世紀80年代中期我國有關單位和院校就開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、浙江大學等，并且在材料制備和應用等方面取得了一定的成果。2002年大連理工大學賈振元、楊興等研究出了新型微位移執(zhí)行器；2005年清華大學李翠紅、葉子申等利用超磁致伸縮微驅動器設計了一種蠕動機構；2008年王玉生利用GMM設計出新型平板揚聲器等。但與國際先進行列相比，我國在此材料應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：位移精確度高(可達納米級)、響應速度快、輸入功率小、輸出力大、設計相對簡單。MTS磁致伸縮位移傳感器高精度、多種規(guī)格、長行程、非接觸式測量 模塊組裝、堅固耐用 敏感元件平均無故障時間（MTBF）長達23年 真正的絕對位置輸出、無需重新標定或定期維修 。適用于高溫、高壓、高振蕩及空間狹小環(huán)境 安裝方便、快捷，不需定期標定和維護冶金工業(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計采用稀土超磁致伸縮材料為驅動源驅動源，在國內外首次提出了一種新型慣性沖擊式直線電機裝置，比現有的慣性沖擊直線電機具有