超磁致伸縮材料的特性及其發(fā)展應用

1、圖1磁體磁疇在外磁場作用下發(fā)生轉動引起磁體尺寸發(fā)生變化示意圖Fig.1Themagicdomainundertheeffectofexternalmagicfieldoccurrenceofrotationleadtochangesizemags超磁致伸縮材料的特性及其發(fā)展應用超磁致伸縮材料的特性及其發(fā)展應用摘要：摘要：本文介紹了超磁致伸縮材料獨特的性能及其發(fā)展歷程。通過查閱大量的資料，闡述了超磁致伸縮材料在各個領域的應用及研究現(xiàn)狀，并

2、且對其今后的應用做了一些展望。關鍵詞：關鍵詞：超磁致伸縮材料；特性；應用引言引言隨著科學技術的發(fā)展，稀土功能材料在科學領域中的研究和應用愈發(fā)重要和廣泛，特別是在國防領域中，因而稀土材料成為了各個國家的戰(zhàn)略性資源。我國近幾年更是大力發(fā)展各種新型的稀土功能材料，這其中就包括了新型的稀土超磁致伸縮材料。稀土超磁致伸縮材料的應用非常廣泛，對發(fā)展有源減震、航天燃料噴射系統(tǒng)、快速閥門控制、納米級致動器、新型聲納系統(tǒng)、機器人等高新技術有著重要的影響。

3、]1[1超磁致伸縮材料超磁致伸縮材料1.1產(chǎn)生磁致伸縮效應的機理產(chǎn)生磁致伸縮效應的機理在居里點溫度以下時，鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積會發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱之為磁致伸縮效應，長度的變化是1842年由焦耳發(fā)現(xiàn)，亦統(tǒng)稱為焦耳效應或者線性磁致伸縮。由于體積磁致伸]2[縮量非常小，研究和應用都主要是線性磁致伸縮領域，所以一般的磁致伸縮也就是指線性的磁致伸縮。產(chǎn)生磁致伸縮的機制是多方面的，有自發(fā)形變、場致形變、軌道耦

4、合和自旋—軌道耦合相疊加、形狀效應等原因，以下僅從場致形變的理論簡單說明：在外磁場的作用下，多疇磁體的磁疇要發(fā)生疇壁移動和磁疇轉動，結果導致磁體尺寸發(fā)生變化。當磁場比飽和磁場小時，樣品的形變主要是長度的改變，sH體積幾乎不變；當磁場大于飽和磁場時，樣品主要表現(xiàn)為體積磁致伸縮。磁sH體磁疇在外磁場作用下發(fā)生轉動引起磁體尺寸發(fā)生變化的示意圖如圖1所示]1[。3Clark又發(fā)現(xiàn)了三元稀土鐵合金的飽和磁致伸縮系數(shù)達到了的數(shù)量級，遠比310?其他

5、材料的伸縮系數(shù)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(xiàn)了商品化的稀土超磁致伸縮材料，主要的代表為美國EdgeTechnologies公司生產(chǎn)的TerfenolD和瑞典FeredynAB公司生產(chǎn)的Magmek86。其后日本、俄羅斯、英國和澳大利亞等也相繼研究開發(fā)出型的GMM。在GMM應用方面，主要有美國海軍開發(fā)的高靈敏磁致2TbDyFe]4[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

6、動器、美國J.M.Vranish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TerfenolD棒制成的微型隔膜泵等。2.2國內超磁致伸縮材料的研究發(fā)展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。在材料制備方面，已有多家單位可以生產(chǎn)GMM，如北京

7、有色金屬研究院、甘肅天星稀土功能材料有限公司、浙江椒光稀土材料有限公司等，通過摻雜改變比例成分的方法，可制備出各種性能優(yōu)異的稀土超磁致伸縮材料，其制備方法已經(jīng)達到了國際領先水平。在材料應用研究方面，冶金部鋼鐵研究總院和中科院聲學研究所研制出了國產(chǎn)的大功率低頻聲納；甘肅天星稀土功能材料有限公司研制了智能振動實效裝置設備；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

8、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]5[較落后的位置。3超磁致伸縮材料的實際應用超磁致伸縮材料的實際應用超磁致伸縮材料由于其獨特且優(yōu)異的性能被廣泛應用于各個行業(yè)，特別適用于軍事領域，是國防戰(zhàn)略性資源材料。通過最近幾十年的發(fā)展，以GMM材料為基礎的工業(yè)產(chǎn)品就有上千種，以下僅從幾大角度對GMM的應用進行分析。3.1聲學應用領域聲學應用領域（1）低頻聲