超磁致伸缩材料及其应用

《超磁致伸缩材料及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、超磁致伸缩材料及其应用周全祥（2009级应用物理学）摘要：超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩

2、目。超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。关键字：超磁致伸缩材料，工作特性，制备工艺，非线性，换能器，制动器Abstract：GiantMagnetostrictiveMaterlal，GMMinabbreviatory，isonekindofnewfunetionmaterialsandcangivegiantmagnetostrictionstrainswithtemperatureindoorandlowmagnetiefield.Ithasgoodfeaturessu

3、chasgiantstrains，highforce，highenergydensity，highmechanical-magneticcouplingcoefficient，mierosecondresponseandsoon.Magnetostrictivematerialshaveanimmeasurableappliedprospectinsmartdevices.Aconsiderablecouplingeffectamongmechanicalfield，magneticfield，therma

4、lfield，electricalfieldisthereforebeingarelevantconcernintheapplicationsofmagnetostrietivedevices.Motivatedbytheneedtopromoteamoreefficientdesignprocessandhigherperformanceachievementofdevelopmentofmaterials，devicesandsystemdesigns.GMMisakindofnewtypeoffunc

5、tionalmaterial，whichhasbeenusedtodesignandfabricatemanyintelligentdevicessuchasactivevibrationabsorbers，linearmotors，micro-pumps，micro-valves，andmicro-positionersetc.Terfenol-Dthanpiezoceramicmaterialhasmoresuperiorperformance.Keywords：giantmagnetostrictiv

6、ematerial，workingchracteristic，preparationtechnique,nonlinear，transducer，displacementactuator前言超磁致伸缩材料(giantmagnetostrietivematerial，简写为GMM)是A.E.Clark等人于70年代发现的，是一种新型的功能材料，它能有效地实现电能与机械能的相互转换。由于具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点，该材料已引起广泛的注意，并逐步开始应用于声纳、超声器件

7、、微位移控制、机器人、流体器件中。表1.1给出了电磁场，变形场和温度场之间能量转换的不同效应。形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中，例如旋翼叶片的飞行追踪。而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的情形，例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化，其带宽在30KHz左右，低于电致伸缩材料和压电陶瓷，但高于形状记忆合金。在过去的几年中，能产生大于0.001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注，这主

8、要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域，如可变形表面，主动振动控制和精确制造等等，在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。磁致伸缩器件由于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众，并且能够在低频磁场下调节应力和位移。相对于电致伸缩材料和压电陶瓷，磁致伸缩材料的优势在于其优越的力学性能和热鲁棒性，而相对于形状记忆合金，更具有应变大，带宽广和磁滞损耗低等优点。这些性能优势有利于开