铽镝铁合金稀土超磁致伸缩材料(GMM)
稀土超磁致伸缩材料介绍及应用
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）、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1987 年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes 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 trema INC 分公司。
稀土超磁致伸缩材料_应用与器件
2004年4月河北工业大学学报April2004第33卷第2期JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY V ol.33No.2文章编号：1007-2373(2004)02-0016-07稀土超磁致伸缩材料、应用与器件王博文，闫荣格（河北工业大学磁技术与磁材料研究中心，天津300130）摘要：介绍了稀土引言稀土超磁致伸缩材料是继稀土永磁、稀土发光、稀土高温超导材料之后兴起的又一种新型稀土功能材料．其应用领域非常广泛，从有源减振、燃料喷射系统、液体和阀门控制、微定位到致动器、振子和声纳，对潜艇、精密控制系统和机器人等高技术的发展都具有重要意义．近年来，稀土超磁致伸缩材料的研究正在成为一个重要的研究领域[1，2]．目前，世界上许多国家都投入大量的人力、物力开展超磁致伸缩材料与器件的研究和开发工作．如美国的ETREMA公司，分别于1993、1997年和2001年3次扩大生产规模，并建立了材料与器件研究中心．中国稀土资源丰富，原材料价格便宜，售价远比国外价格低，具有很强的竞争能力．研究超磁致伸缩材料的应用不仅可以获得巨大的经济效益，而且对推动我国稀土事业的发展将产生深远的影响．本文在介绍稀土超磁致伸缩材料特性的基础上，介绍了它在换能器、致动器和传感器领域的应用，最后介绍了课题组研制的超磁致伸缩精密致动器的工作原理、传递函数、结构分析以及开环特性实验．46×10-6．60年代发现了稀土金属Tb、Dy、Sm等在低温下有很高的磁致伸缩性能[1，2]．为了提高该材料的使用温度，70年代初又研究了这些稀土金属与Fe，Co，Ni等过渡族金属的金属间化合物，发现TbFe2，DyFe2，SmFe2等具有高于室温的居里温度，同时具有很高的磁致伸缩性能[3，4]．但是它们的磁晶各向异性很大，即需要很大的磁场才能驱动，这就限制了该材料的应用[4，5]．为此，人们对稀土合金相图[6~11]、稀土２[12~21]、123[23]、2Fe2具有很好的磁致伸缩性能和低的磁晶各向异性．并发现该材料制备成单晶或晶粒取向的多晶后在压应力作用下在低磁场中磁致伸缩系数大大提高，出现了“跳跃效应”，使得这种材料的实际应用成为可能，因而引起了产业界对该材料及应用的广泛重视．这种材料的磁致伸缩系数收稿日期：2004-03-28基金项目：国家自然科学基金资助项目（50371025）；河北省自然科学基金资助项目（503055）作者简介：王博文（1956-），男（汉族），教授，博士生导师．17稀土超磁致伸缩材料、应用与器件为1500~2000×10-6，为传统磁致伸缩材料的几十倍到上百倍，所以称为超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material ，简称GMM )．材料磁致伸缩的大小常用应变）来描述．稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩33随偏置磁场的变化曲线．可见动态磁致伸缩33在较低的偏置磁场下取得最大值．而沿[211]方向的动态磁致伸缩33变换比较平缓，但数值较小[28，29]．图4示出了Tb 0.3Dy 0.7Fe 2单晶体在（110）晶面观察的磁畴结构，当磁场超磁致伸缩材料的应用由于超磁致伸缩材料应变值高、能量密度大、响应快、精度高、频带宽且具有智能响应，它的应用图2稀土超磁致伸缩材料的不同晶体方向的磁致伸缩随外磁场的变化曲线图3超磁致伸缩单晶体沿不同晶体方向的动态磁致伸缩=640kA/m 、沿[112]方向，粉纹沿[111]方向排列18河北工业大学学报2004年第2期使得电（磁）~机械（声）转换产品产生了巨大的突破性进展．超磁致伸缩材料在军事方面的应用是这种材料最早的用途之一，用这种材料制作的应用于军事和海洋工程的水声声纳显示出目前世界上最好的性能．而用于飞机机翼控制可使反映灵敏度、可靠性大幅度提高．在工业方面的应用包括各种精密控制和超声应用，涉及到机械工业、电子工业、石油业、纺织业、医疗业等方面．在高精密度控制方面的应用，如超精密机床、机器人、主动减振系统、线性马达、高速阀门、伺服阀、汽车燃油电喷阀、超声清洗、打孔、破碎、超声医疗器具、各种精密仪器、计算机光盘驱动器、打印机等．在民用方面，主要应用领域有：照相机快门、编织驱动器、助听器、高保真喇叭、超声洗衣机、家用机器人等．声换能器中的应用电磁波在液体和固体中衰减很快因而无法应用．声信号在液体和固体中衰减较小，因而广泛用于液体与固体中的探测、通信、侦察等．在水中发射声信号的器件称为水声换能器，是声纳的核心部分．水声换能器发射的声波频率越低，声信号在水中的衰减就越小，传送的距离越远，同时频率低受潜艇涂层噪音的干扰也较小．为了提高声信号的分辨率，还要求换能器具有较宽的频带响应和多指向性．由于超磁致伸缩材料具有应变大、低频响应好、频带宽等特点，是制作大功率、低频、宽频带水声换能器的理想材料．因而超磁致伸缩材料的最早应用是作为水声换能器的核心材料．为了改善水声换能器单指向性的特点，人们对活塞型水声换能器进行了改进，研制了环型的超磁致伸缩水声换能器[1]．这种结构的水声换能器具有4个超磁致伸缩棒，线圈中的驱动电流以相同的相位激磁，使超磁致伸缩棒同步振动，导致换能器沿壳体径向发出具有多指向性的声波．在水声换能器成功应用基础上，人们又应用超磁致伸缩材料研制了大功率超声换能器．超声换能器的结构与活塞型水声换能器结构类似，但由于超声换能器工作频率高，存在高频下的涡流损耗问题．为了克服涡流损耗问题，通常将超磁致伸缩棒切成片状，然后将片状材料涂上绝缘树脂，最后将涂上绝缘树脂的片状材料叠层制成超磁致伸缩棒．大功率超声换能器可应用于超声清洗、加工、分散和浮化、声化等方面．超声振动使液体产生“空化效应”，瞬间产生大量气泡并破裂，产生局部高温、高压和机械冲击力，可以用于清除物件表面杂质，污垢或油腻．超声焊接是利用超声波的机械振动，使被焊接件在一定压力下通过原子键的联合，实现固相连接．美国ETREMA 公司研制的3kW 的磁致伸缩超声换能器，可用于废旧轮胎的脱硫，长时间连续工作，破碎的橡胶脱硫后可再制成新轮胎．既解决了轮胎资源不足的问题，又解决了轮胎污染环境的问题．而传统的压电换能器功率小，无法进行此项工作．用超磁致伸缩材料制作电声换能器用于高保真平板扬声器，具有巨大的发展潜力．它由线圈、磁致伸缩棒、轭铁、连杆、音圈等构成．电声换能器产生声波的原理为：从功率放大电路输入的音频电流通过线圈，随着电流的变化引起磁场的变化，使磁致伸缩棒做伸缩运动．磁致伸缩棒的运动带动与连杆连在一起的音圈做轴向振动，音圈和纸盆粘结在一起构成振动系统．音圈运动时带动纸盆作相应运动，纸盆运动鼓动周围空气疏、密变化而产生声波．机械致动器中的应用超磁致伸缩精密致动器是改善自动控制技术、提高产品精确度及反应速度的新一代致动器．它不仅能克服传统电致伸缩致动器的缺点，而且其电机转换效率具有其它材料无法比拟的优势，如在精密阀门、精密流量控制、数控机床、精密机床的进给系统方面，用精密致动器，位移精确度可达到纳米级，响应速度快，输出力大，设计相对简单．采用超磁致伸缩棒可制成驱动元件的燃料注入阀，它由超磁致伸缩棒、驱动线圈、阀壳、预应力弹图5叠片圆柱状材料19稀土超磁致伸缩材料、应用与器件簧、燃料管、法兰盘、燃料注入管、喷嘴等组成．燃料注入阀由一根具有负磁致伸缩系数的棒去打开阀针．当驱动线圈中的电流为零时，燃料注入阀中的阀针将燃料流关闭；当驱动线圈中通有电流时，燃料注入阀中的阀针打开允许燃料流通过．这种燃料注入阀可实现对燃料的精密、瞬时控制，使燃料充分燃烧，减少污染．它在汽车和飞机等内燃机中已得到应用．超磁致伸缩精密致动器超磁致伸缩精密致动器是改变现有自动控制技术现状，简化设备设计和提高产品精确度及反应速度的新一代致动器．传统的电致伸缩致动器，伸缩量小、输出力小、反应慢，须高电压驱动、设计复杂、存在极化失效问题，可靠性差，不能满足高新技术迅速发展的需要．而超磁致伸缩精密致动器不仅能克服上述电磁致伸缩致动器的缺点，而且其电/机转换效率具有其他材料无法比拟的优势，如在精密阀门、精密流量控制、数控机床、精密机床的进给系统方面，用GMM 精密致动器，位移可达到0.1~0.5mm ，精确度可达到纳米级，响应速度快，输出力大，工作电压低，只需几伏至几十伏，设计相对简单．近年来，人们对超磁致伸缩精密致动器的模型、磁路结构、控制系统进行了细致研究，取得了较好的结果[31~36]．超磁致伸缩精密致动器的开发成功，能够推动我国机械工业发展，起到技术革命的促进作用，具有重要意义．、分别为激励线圈的匝数、长度；为输入电压，电流；GMM 棒在长度方向上可认为由分离元件弹簧、阻尼器、质量组成，设、、分别为GMM 棒的长度、半径、横截面积、质量密度、内部阻尼系数，、、分别为GMM棒的等效刚度系数、等效阻尼系数、等效质量；考虑施压连接刚度，负载是一个质量阻尼型负载，设、、分别为负载（包括弹簧、顶杆、质量负载）的等效刚度系数、阻尼系数、质量．所建立的致动器的输出位移和输入电流的传递函数为==+）＋＋＋／（１）式中，33，=，=20河北工业大学学报2004年第2期开环特性实验致动器的输入电流和输出位移之间的关系如图9所示．从实验结果看出，致动器在电流为0.2A ~0.8A 区间时，其重复性和线性度较好．尤其是当电流为0.45A ~0.5A 时，线性最好（图10），可以作为致动器的最佳工作范围，在这个范围内，其重复性较理想，分辨率可以达到40nm ．致动器的工作范围为70结论介绍了超磁致伸缩材料及其应用领域，详细介绍了所研制的超磁致伸缩精密致动器的工作原理、传递函数、结构分析以及开环特性实验，结果表明该致动器在电流为0.2A ~0.8A 区间时，其重复性和线性度较好．尤其当电流为0.45A ~0.5A 时，线性最好并且重复性较理想，分辨率可以达到40nm ．它可用于精密加工中位移的进给、异型零件的加工和精密阀门的控制等领域．研究和开发超磁致伸缩材料和图9致动器输入电流与输出位移关系曲线图10输入电流与位移传感器输出电压关系曲线图7不带补偿线圈，轭铁凸出1mm 的磁路图，1-轭铁；2-激磁线圈；3-超磁致伸缩棒；4-空气图821稀土超磁致伸缩材料、应用与器件器件，对于促进机电一体化、微电子、纳米技术等的发展具有重要意义．参考文献：[1]王博文．超磁致伸缩材料制备与器件设计[M]．北京：冶金工业出版社，2003．[2]Wang B W，Li W J，Song J S，．Structure，magnetic protperties and magnetostriction 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稀土超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料稀土超磁致伸缩材料（Rare-earth Giant Magnetostrictive Materials）是一类具有极大磁致伸缩效应的功能材料，其特殊的磁致伸缩性能使其在多个领域具有广泛的应用前景。
这种材料的发展可以追溯到上世纪40年代末，当时美国物理学家目伦（J. K. Hulm）首次发现了铽的巨磁致伸缩效应，并且成功制备了致密的铽基合金材料。
首先，稀土超磁致伸缩材料具有极大的磁致伸缩效应。
这种效应是指材料在外加磁场作用下会发生明显的细微形变。
通过调节外加磁场的强度和方向，可以实现对材料的精确控制。
这种磁致伸缩效应具有极高的灵敏度和精密度，可以用于制造高精密的磁致动器、传感器等。
其次，稀土超磁致伸缩材料具有优异的物理性能。
这种材料具有高硬度、强度和韧性，同时还具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
稀土超磁致伸缩材料还具有良好的热传导性能和机械性能，能够在极端条件下正常工作，因此在航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用前景。
第三，稀土超磁致伸缩材料的应用领域广泛。
由于其出色的磁致伸缩特性，稀土超磁致伸缩材料被广泛应用于磁致动器、传感器、声学装置、阀门等领域。
例如，在航天领域，稀土超磁致伸缩材料可以用于制造高精度机构、自适应控制系统等；在汽车工业中，稀土超磁致伸缩材料可以用于制造高精度电动转向系统、制动系统、减振器等。
此外，稀土超磁致伸缩材料还可以用于制造智能材料和器件。
通过利用材料的磁致伸缩效应，可以实现对材料的精确控制和调节。
例如，利用稀土超磁致伸缩材料可以制造智能悬浮系统，实现对物体的悬浮和操控；利用稀土超磁致伸缩材料可以制造智能阀门，实现对管道流量的精确控制。
然而，稀土超磁致伸缩材料也存在一些问题和挑战。
其中一个主要问题是稀土资源的有限性，导致稀土超磁致伸缩材料的市场价格较高。
此外，稀土超磁致伸缩材料在实际应用中还存在着一些技术难题，例如如何实现稀土超磁致伸缩材料的长时间稳定性和耐磨性。
铽镝铁(TbDyFe)合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍
铽镝铁(TbDyFe)合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍铽镝铁（TbDyFe）合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍天津华安旭阳国际贸易有限公司孙庆仑铽镝铁（TbDyFe）合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料，其室温下的磁致伸缩应变量（磁致伸缩系数）之大是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的。
它比传统的镍钴（Ni-Co）等磁致伸缩合金的应变量大几十倍，是电致伸缩材料的五倍以上。
可高效地实现电能转换成机械能，传输出巨大的能量。
在10-5～10-6秒的极短时间内，精密、稳定地形成与磁场静、动态特性相匹配的无滞后型响应。
其响应稳定，速度敏捷，使铽镝铁合金作为驱动元件的机械系统反应滞后时间显著降低，这也是铽镝铁合金元件在交变磁场中快速产生伸缩应变响应的重要特性，从而使它在工业的科技开发中作为执行元件、控制元件、敏感元件得到了越来越广泛的应用稀土超磁致伸缩材料在声学领域的应用成果之一，是平板扬声器技术。
平板扬声器（Flat panel technology）具有优异的频响特性和音质，可以产生360度的声场，几乎穿越任何平面，开辟了设计各种新型扬声器的可能性。
把稀土超磁致伸缩材料元件用于微位移机构，可以快速、精确、稳定地控制复杂的位移运动。
在机器人准确的关节控制；机床部件的精密位移控制；成型加工机床的伺服刀架控制；机构传动误差和刀具磨损的补偿控制；电力分配系统中开关、继电器的强力触头控制；激光镜、望远镜、电子显微镜的精细聚焦等控制中，可显著地优化结构、改善性能、提高效率、降低损耗。
在用稀土超磁致伸缩材料驱动的线性马达、伺服阀、强力液压泵、精密输液泵（医用）、高速阀门、燃油喷射系统（汽车发动机）等装置中进行随机控制，有效地提高自动化程度，简化液压控制系统，达到高效节能，安全可靠。
利用铽镝铁合金元件的即时响应特性，可有效地控制机械系统的振动，达到消振、降噪之目的。
反之，利用稀土超磁致伸缩材料元件的可控特性，改善振动工艺过程（抛光、振动切削），提高产品质量和生产效率。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用13新能源(01)班张梦煌1305201026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。
LI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口。
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。
超磁致伸缩材料(giant magnetostr ietive material ,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。
山于具有应变值大、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、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、高带宽的悄形，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。
在过去的儿年中，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。
磁致伸缩器件山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。
铽镝铁磁致伸缩材料-最新国标
铽镝铁大磁致伸缩材料1范围本文件规定了铽镝铁大磁致伸缩材料的牌号、要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输、贮存及随行文件。
本文件适用于定向凝固工艺生产的铽镝铁大磁致伸缩材料。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
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GB/T2828.1—2012计数抽样检验程序第1部分：按接受质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T7314金属材料室温压缩试验方法GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判断GB/T9637电工术语磁性材料与元件GB/T13012软磁材料直流磁性能的测量方法GB/T17803稀土产品牌号表示方法GB39176稀土产品的包装、标志、运输和贮存3术语和定义GB/T9637界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1磁致伸缩系数magnetostrictive coefficient在外磁场作用下产生的尺寸相对变化量（应变），用λ表示。
测量方向与外加磁场方向平行时所测得的磁致伸缩系数为平行磁致伸缩系数，用λ∥表示。
3.2动态磁致伸缩系数dynamic magnetostrictive coefficient平行磁致伸缩系数随磁场变化的变化率称为动态磁致伸缩系数，用d33表示，单位为m/A。
33=B∥∕d3.3磁致伸缩温度系数temperature coefficient of magnetostriction在一定磁场与预压应力下，平行磁致伸缩系数随温度变化的变化率，用αλ表示，单位为1/℃。
=B∥∕d3.4磁致伸缩不均匀度nonuniformity of magnetostriction一定匀强磁场下，磁致伸缩材料不同位置的平行磁致伸缩系数（λ∥N ）与其平均值（∥ =（λ∥1+λ∥2+λ∥3+……+λ∥N ）/N ）的偏离程度，用N表示。
磁致伸缩材料的详细说明
2） 电阻小，易产生涡流损耗，故高频特性较差，一般在低频工况下使用;
3） 性脆，抗拉强度低，使用时通常要施加预压力；
4） 在正负磁场的作用下，超磁致伸缩材料均具有伸长变形特征，其变形量与磁场的关系为非线性。
1.2驱动器结构设计及工作原理
根据超磁致伸缩材料的驱动性及磁路原理，采用台州市椒光稀土材料有限公司提供的国产Terfenol-D棒材，研制了超磁致伸缩位移驱动器。
所研制的超磁致伸缩微位移驱动器工作原理可简述为：当给激励线圈通有电流时，由电磁感应原理将产生驱动磁场，从而驱动超磁致伸缩Terfenol-D棒的伸长或缩短，通过输出顶杆，对外将产生输出位移。此外，通过给偏置线圈施加适当的电流，产生所需的偏置磁场，以消除“倍频现象”；通过预压机构对超磁致伸缩材料提供合适的预压力，提高机磁耦合系数和磁致伸缩系数；通过冷却机构以保持驱动器在恒温下工作，减少温度变化对驱动器工作的影响。
1 超磁致伸缩材料厂驱动器的结构与工作原理
1.1超磁致伸缩材料的磁一机本构方程
对于超磁致伸缩材料，选择磁场强度H、温度T、应力σ作为独立变量，磁感应强度B、应变ε作为因变量，可得相应的磁一体本构方程：
（1）
式中：S是恒磁场、恒温下的弹性柔顺系数矩阵；
D是恒应力、恒温下磁致伸缩应变系数矩阵，下标t表示矩阵的转秩；
3 结论
在分析GMM工作特性的基础上，研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过建立测控系统进行实验获得了驱动器相关的性能参数：当给驱动器加载150N的预压力，通以1.6A电流以实现 的偏置磁场时，驱动器具有最理想的线性位移输出，且输出位移范围可达40μm以上，如果在长时间连续运行中保证GMA的定位精度则需引入高精度温控装置。实验结果表明所研制的驱动器满足实现微位移高精度控制的基本性能要求。
稀土大磁致伸缩材料
２０ 年 第 ８ ０６ 期
三洋发 布 太 阳能 电池 ３倍计划 转 换效 率增 至 ２ ％ ２
三洋 电机公布 了年销售额达 １０ ８ ０亿 日元的 “ 新一代 Ｈ Ｔ太阳能电池项 目” Ｉ ，旨在将该 公 司的太 阳能 电池业 务规 模扩 大至 目前 的 ３倍 以上 。其 中包 括在 ２ １ ００财年之 前投资 ４ ０亿 ０ 日元 以上 ，增加 生产 能 力 ，以及将 电池 单元 转换 劾率提 高 到 ２％。 ２ 新一代 ＨＩ 阳能 电池 项 目大体 由 ３项计 划组 成 。（ ）０ ７财年 向太 阳能 电池投 资 １０ Ｔ太 １２０ ０ 亿 日元 ，２ １ ０ ０财年之 前 累计投 资 ４０亿 日元 以上 。（ ）在 ２ １ ０ ２ ０ ０财年 之前将 太 阳能 电池 的单 元转 换效率 提 高到 ２％以上 。（ ）０ ７财年 上市 使用 多 晶硅 晶圆 的“ 晶 ＨＩ 阳 能 电池 ” ２ ３２０ 多 Ｔ太 。 所 以选 择 此时 发布 新一代 电池 项 目， 因在 于 一直供 应 不足 的硅材 料 的采购 来源 有 了眉 原 目。由于 采购有 了保 障 ，所 以批准 了 １０亿 日元 的投 资计划 。该 公司表 示 “ ０ 已初 步构筑 起 旨 在 扩 大硅 原料采 购渠 道 的新 同盟 ” 。 通过 ２０ ０ ７财 年 的 １ ０亿 日元 投 资 ，位 于大 阪府 二色 的浜 工厂 的 电池单 元年 生产 能力将 ０
１０ Ｗ 产 品方面 ， 日亚化 学 已预定 从 ２０ ０１ ｍ／ ０６年 ６月底 前 后 开始供 应工 业样 品 。 稀 土大磁 致伸 缩材 料 稀土 大磁 致伸 缩材料 已进入 了一个 稳定 的 需求增长 期 ，在 美 国和 欧 洲 、日本 等地对 铽镝
铁磁致伸缩材料 的市场需求发展很快。 据美 国边缘技术公司统计， 全世界铽镝铁大磁致伸缩 材料 的产 量 １８ 仅为 ｌＯｇ ９ ３年 约 ｌ０ｋ ，１９ 达 到 ６ｔ ９９为 １０ 左右 ，至 ９９年 Ｏｋ ，１９ Ｏ０ｇ ９ ６年 ０，１９ ０ｔ ２ １ 年预计铽镝铁大磁致伸缩材料将形成一个 ｌ 亿美元的巨大市场。 ００ ８ 铽镝铁大磁致伸缩材料 （ 简称 Ｇ ＭＭ）是一种新型的电 （ 磁）／ 机械 （ 声）能换能材料。 该材 料在 磁场 作用 下可发 生位 移而做 功 或反 复伸 张与缩 短 ，从 而产生 位移 或振 动 ，将 电磁 能 转换成机械能或声能，同时该材料还具有传感功能，即将机械能 （ 如位移、压力、冲击等） 转换 成 电磁能 。 该材料 具有 以下特 性 ： 伸缩 系 数是传 统 伸缩材 料 的 ４ ；响应速 度快 ， ０倍 达到 毫秒 级 （ 快 于 人脑 反应速 度 ） ；控 制精 度达 微米 级 ；能量 转换率 高 达 ７％ （ ０ 传统 材料 为 ３％左 右 ） ０ ；产 生能量 大 （ 径 １ｒｍ 的 Ｇ 直 ０ ａ ＭＭ 可 以产 生约 ２ ０ｇ的推 力 ） ０ｋ ；驱动 电压低 ，只 需几伏 电压 即
稀土元素镝及其应用
稀土元素镝及其应用 镝，作为固有古汉字音dí（同敌），意思为箭头，在毛主席诗词中就有“飞鸣镝”之句。
稀土元素中Dysprosium，在汉语命名中借用了这个字，但读音应该为dī（同低）而不是dí（敌），但在我国稀土界大家几乎都读作dí，就象把钆（gá）读作zhá一样，积误难纠。
1886年，法国人波依斯包德朗（Lecog de Boisbaudran）对1979年发现的氧化钬进行上千次重结晶，得到一种新的稀土元素，将其命名为Dysprosium。
稀土元素钐也是由这位法国科学家于1879年发现的。
镝的名称来自于希腊字dysprosodos，意为“难以接近”或“难以得到”，表明稀土元素分离发现过程之艰难。
镝在地壳中的丰度为6ppm，在重稀土中仅低于钇，算是比较富存的重稀土元素，为其应用提供了良好的资源基础。
镝除了拥有稀土元素共有的化学活性，可以作为混合稀土金属和化合物使用外，还具有优异的光、电、磁和核性质，可用于制造多种功能材料，在许多高技术领域中起着越来越重要的独特作用。
金属镝被用作提高钕铁硼永磁材料矫顽力的添加剂。
矫顽力是衡量永磁材料性能的重要参数。
表明一种磁体抵抗外加反磁场的能力，磁体矫顽力越高，越不容易退磁，使用期越长久。
在钕铁硼磁体中添加2~3%的镝，就能显著提高磁体的矫顽力(抗退磁能力)，已成为高性能钕铁硼永磁材料的必需添加元素。
随着钕铁硼永磁材料产业的迅猛发展，金属镝的需求也在迅速增长，近年来尽管稀土市场总体陷入价格疲软，但镝一直是紧俏产品。
为了降低生产成本，目前常常以制成镝铁的方式使用。
镝是制备稀土超磁致伸缩材料铽镝铁合金（Terfenol）的必需元素，该合金中有一半成份为镝和铽，有时加入钬，其余为铁。
铽镝铁磁致伸缩材料在磁场作用下发生长度或体积变化，是近年来新开发出来的新型功能材料，其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高数百甚至上千倍，因此被称为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Materials,GMM）。
超磁致伸缩材料的特性及其发展应用
图1 磁体磁畴在外磁场作用下发生转动引起磁体尺寸发生变化示意图Fig.1 The magnetic domain under the effect of external magnetic fieldoccurrence of rotation and lead to change size magnets超磁致伸缩材料的特性及其发展应用摘要：本文介绍了超磁致伸缩材料独特的性能及其发展历程。
通过查阅大量的资料，阐述了超磁致伸缩材料在各个领域的应用及研究现状，并且对其今后的应用做了一些展望。
关键词：超磁致伸缩材料；特性；应用引言随着科学技术的发展，稀土功能材料在科学领域中的研究和应用愈发重要和广泛，特别是在国防领域中，因而稀土材料成为了各个国家的战略性资源。
我国近几年更是大力发展各种新型的稀土功能材料，这其中就包括了新型的稀土超磁致伸缩材料。
稀土超磁致伸缩材料的应用非常广泛，对发展有源减震、航天燃料喷射系统、快速阀门控制、纳米级致动器、新型声纳系统、机器人等高新技术有着重要的影响]1[。
1 超磁致伸缩材料1.1 产生磁致伸缩效应的机理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，亦统称为焦耳效应或者线性磁致伸缩]2[。
由于体积磁致伸缩量非常小，研究和应用都主要是线性磁致伸缩领域，所以一般的磁致伸缩也就是指线性的磁致伸缩。
产生磁致伸缩的机制是多方面的，有自发形变、场致形变、轨道耦合和自旋—轨道耦合相叠加、形状效应等原因，以下仅从场致形变的理论简单说明：在外磁场的作用下，多畴磁体的磁畴要发生畴壁移动和磁畴转动，结果导致磁体尺寸发生变化。
当磁场比饱和磁场s H 小时，样品的形变主要是长度的改变，体积几乎不变；当磁场大于饱和磁场s H 时，样品主要表现为体积磁致伸缩。
磁体磁畴在外磁场作用下发生转动引起磁体尺寸发生变化的示意图如图1所示]1[。
铽镝铁(TbDyFe)合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍
铽镝铁（TbDyFe）合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍天津华安旭阳国际贸易有限公司孙庆仑铽镝铁（TbDyFe）合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料，其室温下的磁致伸缩应变量（磁致伸缩系数）之大是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的。
它比传统的镍钴（Ni-Co）等磁致伸缩合金的应变量大几十倍，是电致伸缩材料的五倍以上。
可高效地实现电能转换成机械能，传输出巨大的能量。
在10-5～10-6秒的极短时间内，精密、稳定地形成与磁场静、动态特性相匹配的无滞后型响应。
其响应稳定，速度敏捷，使铽镝铁合金作为驱动元件的机械系统反应滞后时间显著降低，这也是铽镝铁合金元件在交变磁场中快速产生伸缩应变响应的重要特性，从而使它在工业的科技开发中作为执行元件、控制元件、敏感元件得到了越来越广泛的应用稀土超磁致伸缩材料在声学领域的应用成果之一，是平板扬声器技术。
平板扬声器（Flat panel technology）具有优异的频响特性和音质，可以产生360度的声场，几乎穿越任何平面，开辟了设计各种新型扬声器的可能性。
把稀土超磁致伸缩材料元件用于微位移机构，可以快速、精确、稳定地控制复杂的位移运动。
在机器人准确的关节控制；机床部件的精密位移控制；成型加工机床的伺服刀架控制；机构传动误差和刀具磨损的补偿控制；电力分配系统中开关、继电器的强力触头控制；激光镜、望远镜、电子显微镜的精细聚焦等控制中，可显著地优化结构、改善性能、提高效率、降低损耗。
在用稀土超磁致伸缩材料驱动的线性马达、伺服阀、强力液压泵、精密输液泵（医用）、高速阀门、燃油喷射系统（汽车发动机）等装置中进行随机控制，有效地提高自动化程度，简化液压控制系统，达到高效节能，安全可靠。
利用铽镝铁合金元件的即时响应特性，可有效地控制机械系统的振动，达到消振、降噪之目的。
反之，利用稀土超磁致伸缩材料元件的可控特性，改善振动工艺过程（抛光、振动切削），提高产品质量和生产效率。
超磁致伸缩材料
重庆科技学院磁性材料课程论文论文题目：稀土超磁致伸缩材料的制备和应用指导老师：马毅龙姓名：汪永红学号：2009440547年级：金属材料工程09级2班成绩：评语：2012 年6月10 日稀土超磁致伸缩材料的制备和应用汪永红（重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331）Fabrication and application of Rare Earth GiantMagneto-Stricfive MaterialsWang Yong-hong(School of Metallurgy and Materials Engineering of Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China)摘要：稀土超磁致伸缩材料（Rare Earth Giant Magneto-Stricfive Materials)作为2l世纪一种最具有战略性的材料，其优良的特性和广泛的应用前景在国际范围内得到普遍重视，已成为磁致伸缩材料研究的重点。
简要介绍了稀土超磁致伸缩材料的概念、制备方法及其应用，并指出了一些研究反方向。
关键词：稀土超磁致伸缩材料，制备，应用Abstract：As a new strategic material in 21st century，RE-GMSM has been taken into account and become the keystone on magneto-strictive material studies because of i t s superior properties and extensive application prospects. A brief description of the conception，fabrication and applications of RE—GMSM was presented．Some suggestions for the development directions were also mentioned．Key Words：rare earth giant magneto-strictive materials；fabrication；application1 前言稀土超磁致伸缩材料（RE—GMM）主要是指稀土一铁系金属间化合物材料：铽镝铁(Tb-Dy-Fe) 磁致伸缩材料。
铽镝铁合金 饱和磁化强度
铽镝铁合金饱和磁化强度铽镝铁合金饱和磁化强度一、铽镝铁合金的概述二、铽镝铁合金的制备方法三、铽镝铁合金的物理性质四、饱和磁化强度的定义与计算方法五、影响饱和磁化强度的因素六、提高饱和磁化强度的方法一、铽镝铁合金的概述铽镝铁合金是由稀土元素铽和镝以及过渡元素钴、氢化锆等构成，具有高矫顽力，高饱和磁化强度等特点。
它是一种重要的稀土永磁材料，广泛应用于电机、仪表等领域。
二、铽镝铁合金的制备方法目前常用的制备方法有真空冶炼法、快速凝固法以及粉末冶金法等。
1. 真空冶炼法：将原料放入真空下进行冶炼，通过控制温度和压力等参数来得到所需产品。
这种方法可以得到高纯度、均匀性好的产品，但生产效率较低。
2. 快速凝固法：将熔融的原料通过快速冷却的方式制备成薄带或粉末，然后进行热处理得到所需产品。
这种方法可以得到晶粒细小、均匀性好的产品，但对设备要求较高。
3. 粉末冶金法：将原料混合后进行球磨、压制和烧结等工艺步骤，最终得到所需产品。
这种方法生产效率高，但产品均匀性和纯度较难保证。
三、铽镝铁合金的物理性质铽镝铁合金具有高矫顽力、高饱和磁化强度、低温系数等特点。
其中，饱和磁化强度是衡量永磁材料性能的重要指标之一。
四、饱和磁化强度的定义与计算方法饱和磁化强度是指在外加磁场作用下，永磁材料达到最大的磁化程度时所对应的磁场强度。
它通常用T表示。
计算方法如下：Bs = (4πMs) / μ0其中，Bs为饱和磁化强度；Ms为饱和时的剩余感应强度；μ0为真空磁导率。
五、影响饱和磁化强度的因素1. 原料配比：不同原料的配比会影响铽镝铁合金的晶体结构和磁性能，从而影响饱和磁化强度。
2. 热处理工艺：不同的热处理工艺会对铽镝铁合金的晶体结构和磁性能产生影响，从而影响饱和磁化强度。
3. 温度：温度对铽镝铁合金的磁性能有一定影响，过高或过低的温度都可能降低其饱和磁化强度。
4. 磁场方向：外加磁场方向对永磁材料的饱和磁化强度也会产生一定影响。
“稀土超磁致伸缩材料研制的扩大试验”等三项成果在包头通过鉴定
“稀土超磁致伸缩材料研制的扩大试验”等三项成果在包头通
过鉴定
科办
【期刊名称】《稀土信息》
【年(卷),期】1997(000)012
【摘要】由包钢稀土研究院承担的“稀土超磁致伸缩材料研制的扩大试验”、“高纯稀土金属镝、铽研制的扩大试验”、“稀土高温电热元件研制的扩大试验”三项国家“八五”攻关项目于”97年11月13日分别在包头通过了由内蒙古科委主持的技术鉴定。
专家意见认为,“稀土超磁致伸缩材料研制的扩大试验”属高技术功能材料研究,技术起点高,研制难度大,在国外技术保密的条件下,课题组建立了设计合理、结构精巧的研究装置,解决了严格控制杂质水平和生长高质
【总页数】1页(P5-5)
【作者】科办
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.包头检验检疫局参与制定的三项国家稀土检测标准通过鉴定 [J], 中国稀土网
2.包头稀土研究院"室温磁致冷材料及室温磁致冷样机研制"课题通过鉴定 [J], 程宝杰
3.包头稀土院『磁热效应直接测量仪的研制』课题通过鉴定 [J], 程宝杰
4.包头稀土研究院三项课题通过技术鉴定 [J], 程宝杰;刘小平
5.包头稀土研究院“新型稀土红色长余辉发光材料的研制”通过鉴定 [J],
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铽镝铁合金稀土致伸缩材料（GMM）
铽镝铁合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料（GMM），因其诸多优良特性，在各行各业的新产品开发中具有广阔的应用前景，必将带来深远的影响力。
铽镝铁合金具有一系列优良的性能:磁致伸缩系数大大，比纯Ni大50倍，比PZT材料大5-25倍。
磁致伸缩时产生的推力很大，直径约10mm的铽镝铁棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；能量密度高，其能量密度比Ni基合金大400～800倍，比PZT大14～30倍；能量转换效率(用机电祸合系数表示)高达70%，而Ni基合金仅有16%。
PZT材料仅有0-60%；其曲线线性好，弹性模量随磁场而变化，可调控；响应速度快，达到10-6秒；频率特性好，可在低频率(几十至1000赫兹)下工作，工作频带宽；可在低场(几十至几百奥斯特)下工作；工作电压低，可在几伏至100伏电压下工作，可用电池驱动，而PZT的电极化电压在2kV/mm 以上，有电击穿危险；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。
另外，与PZT陶瓷相比，超磁致伸缩材料在低场大功率传感器上也具有不可替代的地位。
超磁致伸缩材料在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。
类似牌号：Terfenol-D，GMM，TbDyFe
目前铽镝铁合金在国内应用仍处于起步阶段，今有少数单位具有生产能力。
A-ONE是目前国内可以供应铽镝铁合金产品最全的生产厂家之一。
苏州埃文特种合金可提供铽镝铁合金产品规格：
圆柱形，直径4～50mm，长度≤200mm
长方体：长宽2~35mm，高2~100mm
圆环：外径8~50mm，壁厚2~4mm，长度2~100mm
圆片：直径4~50mm，最小厚度1mm
方片（矩形片）:最薄1mm
层叠片：直径10~50mm，长5~100mm，最小层叠厚度2mm
粉末：协商供应
品牌：A-ONE
供货能力：有长期稳定的批量生产能力，月产量可达80～120kg。
部分规格有库存现货。
没有MOQ，只要有需求就可以供货。
铽镝铁合金作为一种新型的稀土超磁致伸缩材料，其室温下的磁致伸缩应变量（磁致伸缩系数）之大是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的。
它比传统的镍钴（Ni-Co）等磁致伸缩合金的应变量大几十倍，是电致伸缩材料的五倍以上。
可高效地实现电能转换成机械能，传输出巨大的能量。
在10-5～10-6秒的极短时间内，精密、稳定地形成与磁场静、动态特性相匹配的无滞后型响应。
其响应稳定，速度敏捷，使铽镝铁合金作为驱动元件的机械系统反应滞后时间显着降低，这也是铽镝铁合金元件在交变磁场中快速产生伸缩应变响应的重要特性，从而使它在工业的科技开发中作为执行元件、控制元件、敏感元件得到了越来越广泛的应用
稀土超磁致伸缩材料在声学领域的应用成果之一，是平板扬声器技术。
平板扬声器（Flat panel technology）具有优异的频响特性和音质，可以产生360度的声场，几乎穿越任何平面，开辟了设计各种新型扬声器的可能性。
把稀土超磁致伸缩材料元件用于微位移机构，可以快速、精确、稳定地控制复杂的位移运动。
在机器人准确的关节控制；机床部件的精密位移控制；成型加工机床的伺服刀架控制；机构传动误差和刀具磨损的补偿控制；电力分配系统中开关、继电器的强力触头控制；激光镜、望远镜、电子显微镜的精细聚焦等控制中，可显着地优化结构、改善性能、提高效率、降低损耗。
在用稀土超磁致伸缩材料驱动的线性马达、伺服阀、强力液压泵、精密输液泵（医用）、高速阀门、燃油喷射系统（汽车发动机）等装置中进行随机控制，有效地提高自动化程度，简化液压控制系统，达到高效节能，安全可靠。
利用铽镝铁合金元件的即时响应特性，可有效地控制机械系统的振动，达到消振、降噪之目的。
反之，利用稀土超磁致伸缩材料元件的可控特性，改善振动工艺过程（抛光、振动切削），提高产品质量和生产效率。
以上为部分稀土超磁致伸缩材料应用的实例，但决不是应用的顶点。
稀土超磁致伸缩材料的更多应用正在开发中，相信它在各行各业的新产品开发中具有广阔的应用前景，带来革命性的影响力。