稀土超磁致伸缩材料介绍及应用

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1、稀土超磁致伸缩材料在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842年由焦耳发现致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe合金。它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8倍、镍基材料的40—50倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。“稀土超

2、磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。在国防、航空航天和高技术领域：如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统）、

3、噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域，有广阔的应用前景。“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。由三个组元组成（Tbl－xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世纪70年代初由美国海军表面武器实验室的A．C．Clark博士等人发明，当即他们申请了美国专利。美国海军表面武器实验室于19

4、87年将该专利技术转让给美国阿依华州Ames市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的E　tremaINC分公司。随后美国的Gibson和Verhoeven等人对Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶体取向棒材（包括管材，片材等）的制造设备、技术与工艺做了大量的研究，发明了一种连续生产取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸缩材料的方法，并申请了专利。北京科技大学经系统的研究优化了成分，采用与美国专利完全不同的成分、设备和技术来制造＜110＞轴向取向的Tb－Dy（R’）－Fe（M）超磁致伸缩材料。共申请了

5、两项发明专利，其中第一项专利名称为稀土超磁致伸缩材料，专利号为：ZL93106941．6，1993年6月生效，有效期20年；第二项发明专利名称为：稀土超磁致伸缩材料及制造工艺，专利号为：ZL98101191．8，2001年5月2日生效，有限期20年。美国Gibson和Verhoeven等人的专利和北京科技大学周寿增等人的专利是目前世界上对稀土超磁致伸缩材料具有独立知识产权的专利。稀土超磁致伸缩材料由三个组元组成（Tbl－xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁

6、致伸缩应变λ的合金，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世纪70年代初由美国海军表面武器实验室的A．C．Clark博士等人发明。随后美国的Gibson和Verhoeven等人对Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶体取向棒材（包括管材，片材等）的制造设备，技术与工艺做了大量的研究，发明了一种连续生产取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸缩材料的方法。该材料在军、民两用高技术领域有广阔的应用前景，专家预计到2010年的销售额可以达到18亿美元。1．磁致伸缩现象（或效应）：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸

7、伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH—lo）／lo，1o为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。2．磁致伸缩材料主要有三大类：即①是磁致伸缩的金属与合金，如镍和金煤（Ni）基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如Fe—Ni合金，Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）；②是铁氧体磁致伸缩材料，如Ni－Co和Ni－Co－Cu铁氧体材料等。前两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm

8、之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（Pb，Zr，Ti）C03材料，（简称为PZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；③近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料。3．稀土超磁致伸缩材料：以（Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金Tb0．3Dy0．7Fe1．95材料（Tb－Dy－Fe材料）的λ达到1500~2000ppm，比