超磁致伸縮材料的特性及其發(fā)展應(yīng)用

1、圖1磁體磁疇在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)用超磁致伸縮材料的特性及其發(fā)展應(yīng)用摘要：摘要：本文介紹了超磁致伸縮材料獨(dú)特的性能及其發(fā)展歷程。通過(guò)查閱大量的資料，闡述了超磁致伸縮材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，并

2、且對(duì)其今后的應(yīng)用做了一些展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：超磁致伸縮材料；特性；應(yīng)用引言引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，稀土功能材料在科學(xué)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用愈發(fā)重要和廣泛，特別是在國(guó)防領(lǐng)域中，因而稀土材料成為了各個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略性資源。我國(guó)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(yīng)用非常廣泛，對(duì)發(fā)展有源減震、航天燃料噴射系統(tǒng)、快速閥門(mén)控制、納米級(jí)致動(dòng)器、新型聲納系統(tǒng)、機(jī)器人等高新技術(shù)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(yīng)的機(jī)理產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)的機(jī)理在居里點(diǎn)溫度以下時(shí)，鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度和體積會(huì)發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱之為磁致伸縮效應(yīng)，長(zhǎng)度的變化是1842年由焦耳發(fā)現(xiàn)，亦統(tǒng)稱為焦耳效應(yīng)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(yīng)用都主要是線性磁致伸縮領(lǐng)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(jī)制是多方面的，有自發(fā)形變、場(chǎng)致形變、軌道耦

4、合和自旋—軌道耦合相疊加、形狀效應(yīng)等原因，以下僅從場(chǎng)致形變的理論簡(jiǎn)單說(shuō)明：在外磁場(chǎng)的作用下，多疇磁體的磁疇要發(fā)生疇壁移動(dòng)和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致磁體尺寸發(fā)生變化。當(dāng)磁場(chǎng)比飽和磁場(chǎng)小時(shí)，樣品的形變主要是長(zhǎng)度的改變，sH體積幾乎不變；當(dāng)磁場(chǎng)大于飽和磁場(chǎng)時(shí)，樣品主要表現(xiàn)為體積磁致伸縮。磁sH體磁疇在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)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(dá)到了的數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)比310?其他

5、材料的伸縮系數(shù)要大，并在1976年申請(qǐng)了此項(xiàng)專利并推向?qū)嵱没?。?0世紀(jì)80年代中期，開(kāi)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(guó)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(guó)和澳大利亞等也相繼研究開(kāi)發(fā)出型的GMM。在GMM應(yīng)用方面，主要有美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的高靈敏磁致2TbDyFe]4[伸縮應(yīng)變計(jì)、日本東芝公司設(shè)計(jì)的精度達(dá)到納米級(jí)的超磁致伸縮致

6、動(dòng)器、美國(guó)J.M.Vranish利用蠕動(dòng)原理研制的步進(jìn)式微型馬達(dá)、瑞典公司開(kāi)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(guó)內(nèi)超磁致伸縮材料的研究發(fā)展國(guó)內(nèi)超磁致伸縮材料的研究發(fā)展20世紀(jì)80年代中期我國(guó)有關(guān)單位和院校就開(kāi)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(xué)、浙江大學(xué)等，并且在材料制備和應(yīng)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(guò)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(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。在材料應(yīng)用研究方面，冶金部鋼鐵研究總院和中科院聲學(xué)研究所研制出了國(guó)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(dòng)實(shí)效裝置設(shè)備；2002年大連理工大學(xué)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(xué)李翠紅、葉子申等利用超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器設(shè)

8、計(jì)了一種蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)；2008年王玉生利用GMM設(shè)計(jì)出新型平板揚(yáng)聲器等。但與國(guó)際先進(jìn)行列相比，我國(guó)在此材料應(yīng)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(shí)際應(yīng)用超磁致伸縮材料的實(shí)際應(yīng)用超磁致伸縮材料由于其獨(dú)特且優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，特別適用于軍事領(lǐng)域，是國(guó)防戰(zhàn)略性資源材料。通過(guò)最近幾十年的發(fā)展，以GMM材料為基礎(chǔ)的工業(yè)產(chǎn)品就有上千種，以下僅從幾大角度對(duì)GMM的應(yīng)用進(jìn)行分析。3.1聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域（1）低頻聲