第8章超磁致伸缩材料
第8章超磁致伸缩材料及其智能化应用-石雅莹
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第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
立方晶系和六方晶系对称的磁致伸缩模式
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第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
8.1.2磁致伸缩系数
◆磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数表示。
线磁致伸缩系数， 以 表示。 l / l
体积磁致伸缩系数，以 表示。 /
S11 S22 S33
◆沿不同方向测量出的不同。有纵向磁致伸缩系数和横 向磁致伸缩系数
• 4)非晶RFe2化合物的磁晶各向异性
成分为RFe2的溅射非晶态合金在结构和磁性方面与晶态合金不同。其居 里温度在室温以下直到400 K。这些合金最突出的特点是在低温时矫顽力大。 这是由于磁晶各向异性大和没有晶体结构两个因素共同造成的。在4K时，由 非晶TbFe2计算的最大磁能积为2.35EA／m，这与钐钴合金测得的最大值差不 多。虽然内禀磁晶各向异性可以持续到室温，但热能太高以至于无法阻止磁 化反转。因此，室温下矫顽力只有7.96 kA／m。
8.2.3稀土超磁致伸缩材料制备和组织结构
•
Terfenol-D材料的性能与其制备工艺、成分和微观结
构密切相关。不同制备工艺得到的材料的性能可以相差甚
远。
• 超磁致伸缩材料Terfenol-D主要有两种成分，即 Tb0.27Dy0.73Fex
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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第8章超磁致伸缩材料
第8章超磁致伸缩材料超磁致伸缩材料（magnetostrictive material）是一种特殊的材料，具有在磁场作用下发生尺寸和形状变化的能力。
它们广泛应用于传感器、电磁换能器和声学设备等领域。
本章将介绍超磁致伸缩材料的基本原理、特性和应用。
超磁致伸缩材料的基本原理是磁致伸缩效应。
当该材料处于外加磁场中时，磁性原子或离子会产生磁偶极矩的改变，从而导致材料产生应力和形变。
这种效应是由材料的微观结构和磁性基团之间的相互作用所决定的。
超磁致伸缩材料的一个重要特性是磁致伸缩系数（magnetostrictive coefficient），它表示材料在外加磁场下的形变能力。
磁致伸缩系数的数值通常很小，大约是10^-6到10^-3之间，但它们在应用中通常足够实现所需的精度和灵敏度。
超磁致伸缩材料在传感器方面的应用非常广泛。
例如，它们可以用于制作磁场传感器，测量磁场的强度和方向。
此外，超磁致伸缩材料还可以制作压力传感器，通过测量材料的形变来间接测量外部的压力。
这些传感器在工业自动化、航空航天和医疗设备等领域中起着重要的作用。
另一个重要的应用领域是电磁换能器（magnetostrictive transducer）。
超磁致伸缩材料可以通过外加磁场产生机械振动，并将电能和机械能之间进行转换。
这种换能器具有高效、可靠、无污染和长寿命的特点，因此被广泛应用于声学设备、振动装置和密封系统等领域。
此外，超磁致伸缩材料还可用于制造声音产生器和压电陶瓷的控制器。
它们的应用不仅可以产生可听的声音，还可以通过调整频率和振幅来实现声音的控制和调节。
尽管超磁致伸缩材料具有许多优点，如高灵敏度、高可靠性和长寿命，但也存在一些挑战和限制。
例如，它们对磁场的稳定性和强度有一定要求，且在高温环境下常常会出现退化和热失效的问题。
此外，超磁致伸缩材料的制备和加工也较为复杂，限制了其在一些领域的应用。
总之，超磁致伸缩材料是一类具有特殊性能和应用潜力的材料。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
第8章超磁致伸缩材料
新型的磁—光类型传感器比传统的磁—电类型传感器灵敏度更大。 用途：地质探矿、生物工程、军事制导等领域。
精品PPT
4、精密控制(kòngzhì)领域 特点：高响应速度、磁致伸缩灵敏、输出应力大等。普遍(pǔbiàn)用于航天定
图4 CU18A磁致伸缩超声换能器
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2、力传感领域(lǐnɡ yù)
施加应力 超磁致伸缩棒 空气隙
原理：磁致伸缩逆效应。
永磁铁
优点：比压电陶瓷传感器的性能更突出，
体积轻巧、抗干扰能力强、过载能力好、工艺 简单、长寿命。
用途：静态力测量、动态力的测量、重工
轭铁 业、化学化工、自动化控制系统等领域。
图11 尺蠖式马达
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椭圆模态运动的GMM马达工作效率较低 下，这是由于定子运动到椭圆轨道下半部分时， 作空载(kōnɡ zǎi)回程运动，因而不能推动转 子运动所致。 杭州科技大学设计的新型超磁 致伸缩马达解决了这一问题，该马达的定子由 一个环和两个Terfenol-D线性驱动器构成。
图12 超磁致伸缩(shēn suō)马达定 子
稀土超磁致伸缩材料换能器的主要优点为大位移、强力、大功率以及控制精密和响应快 速，其他优点还包括可靠性高、磁(电)-机转换效率高、频带宽、能源供应简单等。另外，利 用应变直接转换成线性位移或按振动原理设计的器件结构简单、可动件少、刚性大、磨损小， 对精度、响应、可靠性和转换效率的提高也起了重要作用。
稀土超磁致伸缩材料响应速度极高(<1µs)，性能重复性好，换能器结构简单，消除了常 规系统中摩擦、空程、粘附引起的偏差和滞后。所以这种材料的换能器定位精度一般为 10−1µm，最佳可达纳米级。 8.3.1.3 可靠性(性能稳定，不易发生故障)
超磁致伸缩材料的非线性模型
超磁致伸缩材料的非线性模型基于超磁致伸缩材料和光纤光栅电流传感系统的测量原理是超磁致伸缩材料在待测电流产生的磁场作用下发生磁致伸缩，产生应变，通过粘贴在磁致伸缩材料上的光纤光栅感知该应变进而实现电流的间接测量。
显然，传感系统灵敏度会因超磁致伸缩材料特性的不同而不同。
超磁致伸缩材料是非线性铁磁功能材料，其应变不仅与外加磁场有关，还与施加于材料的预应力以及环境温度有关，即超磁致伸缩材料在工作中对磁场、应力和温度表现出很强的非线性和磁-机械-热耦合特性，因此，建立能够真实反映超磁致伸缩材料磁-机械-热耦合机制的非线性模型是相应器件设计并有效发挥其功能的关键。
表2.1超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷物理性能对比Table 2.1 Physics properties of GMM (Tbi.x Dy x Fe2.y)性能(单位) Terfenol-D 材料压电陶瓷材料室温应变量Strain(10-6) 1000—1500800密度Density(g/cm3)-9.25〜7.5杨氏模量Yang's Modulus(GPa)25〜3546〜76.5居里温度Curie Temperature(℃)380±40300, 130〜400比热Special Heat (kJ/kg.K)0.350.42能量密度Energy Density(kJ/ m3)14〜250.96〜1.0, 0.65热膨胀系数Coefficient of Thermal12 X IO-6 2.9X10-6Expansion。
」)电阻率Resistivity(W.m)58〜130X10-61X108声速Sound Speed(m/s)1640〜19403130热导率Conductivity(W/m.k)13.5〜300相对磁导率Relative Permeability3〜10_____机电耦合系数K33 coupling Factor0.80.7抗拉伸强度Tensile Strength(MPa)2876抗压强度Compressive Strength(MPa)700■■■■■响应速度Response Time RS lOps“超磁致伸缩材料"(Giant Magnetostrictive Material-GMM)是美国的 A.E.CIark等人于1974年研制的在常温和低场(〃o〃s<O3T)下具有很大的磁致伸缩应变(应变量高达1500~2400 ppm)的稀土合金材料。
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。
超磁致伸缩材料的伸缩特性及其磁感应强度控制原理及方法的实现
磁致伸缩是相当复杂的现象 , 是满足自由能极 小条件的必然结果 。如果从磁畴唯象理论来分析 , 磁致伸缩现象是铁磁体内部的磁畴在外磁场的作用 下磁畴间的边界发生移动和磁畴内的磁矩发生旋转 的宏观结果 。而介质中的内应力和晶格之间的摩擦 是造成滞回和非线性的主要原因 。同时 , 由电磁学 可知 : 无论是电流强度还是磁场强度 ( H = n·I) , 都不能直接反映磁介质在磁场中磁学与力学之间的 联系 , 这也是铁磁性介质的磁致伸缩与磁场强度之 间不是单值函数的一个重要原因 。因此 , 在建立超 磁致伸缩材料的控制模型时 , 应选用与磁介质的磁 化状态存在直接联系的变量作为控制量 , 才能建立 与磁致伸缩量一一对应的关系[4 ] 。
以来主要用于制造超声波振子 。1972 年 , Clark 等 首先发现 Laves 相稀土 —铁化合物 RFe2 ( R 代表稀 土元素 Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Sm 、Tm 等) 的磁致伸 缩在室温下是 Fe 、Ni 等传统磁致伸缩材料的 100 多倍 , 这种材料被称为超磁致伸缩材料 。超磁致伸 缩材料具有伸缩应变大 (λ= 800～1600 ×10 - 6) ,
B = μ0 H + J ≈ J 式 (10) 可变为
ΔL
≈
S
K·μ0
·B
2
(11)
因此在实际应用中 , 可采用测量超磁致伸缩材
料的磁感应强度来近似替代测量磁极化强度 , 对超
磁致伸缩材料的伸长量进行控制 。
图 2 是测量超磁致伸缩棒内的磁感应强度的原 理 。在导磁体与超磁致伸缩棒接触的截面上开了一
教育部高校博士点专项基金资助项目 (2000014109) 。 杨 兴 男 , 1974 年生 , 大连理工大学机械工程学院在读博士生 , 主要从事纳米技术 , 超精密加工及机电一体化方面的研究工作 , 1997 年 以来共发表论文 10 余篇 。 贾振元 男 , 1963 年生 , 大连理工大学机械工程学院副院长 , 工学博士 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事功能材料应用 、机电一体化 、快速 成型等方向的研究工作 , 发表论文 40 余篇 。
超磁致伸缩材料特性测量的实验设计
1971年, 美国海军表面武器实验室发现在室 温下某些铁磁材料晶体具有大磁致伸缩效应 , 并在 此基础上研制了新的合金材料, 该材料具有很高的 居里温度及超大磁致伸缩性能等特点
[ 1- 2]
系数表示: = 其中, l l = l(H ) - l ( 0 ) l( 0) ( 1)
, 引起了
为线磁致伸缩系数。线磁致伸缩示
。效应的强 弱可用相 应的磁致 伸缩
收稿日期 : 2009 - 12- 14 . 作者简介 : 高 峰 ( 1950- ) , 男 , 天津宝坻人 , 辽宁科技大学理学院副教授 .
394
武汉理工大学学报
信息与管 理工程版
2010 年 6 月
样品形变量的大小。实验时, 选用 4片相同的电阻 应变片, 其电阻变化率与伸缩量 x /x 成正比, 即 : R /R = k x /x ( 2) 电阻应变片测量磁致伸缩系数的电路如图 2 所示。电路中由 4 片完全相同的电阻应变片组成 一个平衡电桥, 其中将 R 2 和 R 4 粘贴在样品两侧 随其伸缩而发生形变, R 1 和 R 3 被贴在非磁性板 上在实验中不发生形变, 如图 3 所示, 图 2 中 U 为 直流电源电压 , V 为电压表输出。设未形变时, 4 片电阻的阻值均为 R, 此时电桥平衡, 电压表 V 的 输出为 0 。当 样品 受到外 磁场 作用 伸长 l 时, R 2、 R 4 两个电阻应变片将发生形变 x, 电阻 R 变 为 R + l! x, 其 R, 因 此, 电 压 表 输 出 V =
[ 3 - 4]
意图如图 1 所示 , l (H )和 l( 0 )分别为外加磁场强 度等于 H 和零时的材料长度。
。
图 1 线磁致伸缩示意图
在大学近代物理实验教学中 , 需要学生能不 断关注物理学及其相关学科研究的前沿领域, 并 用已知的测量手段设计实验并完成测量。因此, 在实验教学中需要及时引 入这些最新的 研究成 果 , 以拓展学生的视野, 做到与时俱进 , 加强对学 生实验技能的训练。对磁学量与力学量转换的磁 致伸缩系数材料特性测量是近代物理实验的重要 内容之一, 它不仅可应用于近代物理实验 , 而且还 可用于设计性物理实验。
超磁致伸缩材料的特性及其应用
材料、信息与能源称为现代人类文明的三大支柱，其中材料最为基础，国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料—特别是高性能材料发展的制约或推动。
传统的电工材料一般是指电工设备中常用的具有一定电、磁性能的材料，按其用途可分为４大类：绝缘材料、半导体材料、导体材料和磁性材料。
但随着科学技术的迅猛发展，各种新型高性能材料不断涌现，为电工及相关行业的发展起到巨大的推动作用，应用领域也在不断拓宽，因此，把应用于电工产品的材料和以电、磁性能为特征的新型功能材料均定义为电工材料，提出了新型高性能电工材料的概念［１］，目前主要包括超导体材料、超磁致伸缩材料、磁性液体材料、电（磁）流变液、压电（铁电）材料和磁光材料等。
这些材料因其具有优异的性能，给电工行业带来了新的活力，在军民两用高技术领域有着广泛的应用前景。
１超磁致伸缩材料及其应用１．１性能特点铁磁材料或亚铁磁材料在居里点温度以下，在磁场中被磁化时，其长度和体积都要发生微小的变化，这一现象称为磁致伸缩或磁致伸缩效应，它是焦耳（Ｊ．Ｐ．Ｊｏｕｌｅ）在１８４２年发现的，故亦称焦耳效应［２］。
目前，磁致伸缩材料主要有三大类：镍和镍基合金、压电陶瓷材料（简称ＰＺＴ）和稀土超磁致伸缩材料。
稀土超磁致伸缩材料主要是指稀土－铁系金属间化合物，以Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ为代表。
稀土超磁致伸缩材料与压电材料（ＰＺＴ）和传统磁致伸缩材料Ｎｉ、Ｃｏ等相比，具有独特的性能：１）在室温下的磁致伸缩应变大，可达０．１５％，比镍的高４０￣５０倍，比压电陶瓷高５￣２５倍，如此大的应变量，可以实现很高的输出功率；２）能量密度（Ｊ／ｍ３）高，比镍高４００￣８００倍，比压电陶瓷高１４￣３０倍；３）产生收缩的响应速度快，响应时间仅１０－６ｓ，即对磁化和应力几乎即时响应；４）输出力大，负载能力强，可达到２２０￣８００Ｎ；５）能量转换效率高，机电耦合系数Ｋ３３＞０．７，即能量转换效率高于７０％，而镍基磁致伸缩材料只有不到２０％，压电陶瓷也只有４０％￣６０％；６）具有较高的居里温度３８０￣４２０℃，工作性能稳定，可用于２００℃以上的较高温区，还可以通过成分设计调整温度特性；７）声速较小（ｃＨ≥１７００ｍ／ｓ），用于超声波元件可减小机械共振中所需要的尺寸；８）超磁致伸缩材料可＊收稿日期：２００７－１０－１５；修回日期：２００８－０６－２６基金项目：河北省百名优秀人才支持计划资助项目：河北省教育厅科研计划项目（项目编号２００６３３４）作者简介：侯淑萍（１９７３－），女，河北邯郸，讲师，博士研究生；主要研究方向为现代工程电磁场数值计算与磁技术及应用。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用李 梅,吕银芳,陈 平,李湄静,荆小平,张会峰(陕西金山电气集团有限公司 陕西咸阳 712021)摘 要:介绍了超磁致伸缩材料具有高磁致伸缩应变 ,能量转换效率高、工作频带宽、频率特性好;稳定性好、可靠性高,其磁致伸缩性能不随时间而变化,无过热失效等特点;开发出的T b x Dy (1-x )Fe y 合金,在较低的外磁场下就能达到超磁致伸缩效果,并对T bFe 2,Dy Fe 2,T b 0.3Dy 0.7Fe 2(T erfenol D )做了特性对比;超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面广阔的应用前景,超磁致伸缩材料的应用及研究对发展声纳技术、水声对抗技术、海洋开发与探测技术将起到关键性作用。
关键词:超磁致伸缩;磁致伸缩;特性;外磁场中图分类号:T P 211+.53 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2005)1811402Giant Magnetostrictive Material and Its ApplicationL I M ei ,L V Y infang ,CHEN Ping ,L I M eijing ,JIN G Xia oping ,ZHA NG Huifeng(Shaa nx i Ji nshan Electric Cro up Co .Ltd .,Xi a ny ang ,712021,China )Abstract :U ltr a m agneto st rict ive mater ial is discussed in this thesis.It possesses high ,hig h energ y ex cha ng e efficiency ,w idew or king frequency r ange ,etc .it ′s not chang ed by time of mag neto str ictio n T b x D y (1x )Fe y allo y has ult ra mag netostr iction effect at lo w mag net ic field.Character istics o f T bF e 2,D yF e 2,T b 0.3Dy 0.7F e 2(T erfenol D )ar e also be co mpar ed in this art icle.T he ultramagne-tostr iction has widely applicatio n in acoustic f requency and ultr asonic,it plays an impo rtant r ole in sonar ,ocean development and detec-tio n t echno lo gy.Keywords :ultr a m agneto st riction ;m agneto est riction ;char acterist ic ;o ut side ma gnetic field收稿日期:20050628 磁致伸缩现象早在19世纪中叶就被发现,利用镍、坡莫合金、铁氧体等磁性材料的磁致伸缩效应制作的音响变换振子(超声波发生器)等器件,也早有实际应用,但由于其磁致伸缩量小,大致为10-5,从而被以PZT (代表性的压电材料,由Pb (Zr ,T i )O 3构成的陶瓷材料)为代表的压电材料占据主导地位。
超磁致伸缩材料
超磁致伸缩材料
超磁致伸缩材料是一种具有磁致伸缩效应的材料，它能够在外加磁场的作用下
发生形变，并且在去除外加磁场后能够恢复到原来的形状。
这种材料在磁致伸缩技术、磁致冷却技术、磁致发电技术等方面具有广泛的应用前景，因此备受研究者和工程师的关注。
超磁致伸缩材料的基本原理是通过外加磁场来改变材料的磁性，从而引起形变。
一般来说，超磁致伸缩材料是由铁磁性材料和非铁磁性材料组成的复合材料。
在外加磁场作用下，铁磁性材料会发生磁畴重排，从而引起材料的形变，而非铁磁性材料则起到支撑和约束的作用，使得形变能够得到有效控制。
当去除外加磁场后，铁磁性材料会恢复到原来的状态，从而使整个材料恢复到原来的形状。
超磁致伸缩材料具有许多优异的性能，例如具有较大的磁致伸缩应变、较高的
磁致伸缩灵敏度、较好的循环稳定性等。
这些性能使得超磁致伸缩材料在微型驱动器、微型传感器、人工肌肉、智能材料等领域有着广泛的应用前景。
在超磁致伸缩材料的研究和应用过程中，一些关键问题亟待解决。
首先，如何
提高材料的磁致伸缩应变和磁致伸缩灵敏度是一个重要的研究方向。
其次，如何提高材料的循环稳定性和耐久性也是一个亟待解决的问题。
此外，如何降低材料的制备成本和提高材料的工程化应用水平也是当前研究的热点之一。
总的来说，超磁致伸缩材料是一种具有巨大应用潜力的智能材料，它在微型驱
动器、微型传感器、人工肌肉、智能材料等领域有着广泛的应用前景。
随着材料科学和磁性材料领域的不断发展，相信超磁致伸缩材料将会迎来更加广阔的发展空间，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
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。
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1.外套 2.出水管 3.弹簧 4.输出轴5.导向块 6.导磁体 7. 超磁致伸缩棒 8.水箱 9.永磁体 10.导向块 11.进水管 12. 导磁体 13.螺钉 14.底盖 15.传感器 16.线圈 17.骨架 18. 电阻应变片 图10 超磁致伸缩微位移执行器
5、动力输出领域
利用GMM高能量密度，可制作大功率微型马达动力输出装置。与传统的 电磁马达或压电超声波马达相比，体积小输出力大、控制精度高。 目前的微型马达：步进式和椭圆模态驱动式马达。 1988 年 由 德 国 柏 林 大 学 的 L.Kiesewetter教授利用超磁致伸缩材料棒作 为驱动元件研制出来的，世界上第一台超磁 致伸缩马达。当线圈通入电流并且位置发生 变化时，超磁致伸缩棒交替伸缩，像虫子一 样蠕动前进，故称之为尺蠖式马达。 图11 尺蠖式马达
新型的磁—光类型传感器比传统的磁—电类型传感器灵敏度更大。 用途：地质探矿、生物工程、军事制导等领域。
4、精密控制领域 特点：高响应速度、磁致伸缩灵敏、输出应力大等。普遍用于航天定位、精密 油吸、微机器人等精密控制领域。 目前为止， GMM 在此领域的应用及对它的研究是最广泛、最前沿的，GMM 制备的精密控制器件：薄膜型执行器、纳米级致动器、微型泵、高速开关等。 （1）新型液位传感器 美国的MTS公司首将磁致伸缩原理用于液体测量技术，并开发出新型的油罐 液体传感器。 特点：非接触高精度地测量液体的液位和界位，多点测量多参数、寿命长等。 一般的GMM液位传感器，主要由保护套管、波导管、浮子和测量头组成。 原理：移动的磁浮子在波导管中就会产生轴向磁场，而脉冲发生电路产生脉 冲，当此脉冲沿铜丝遇到轴向磁场时就形成螺旋形磁场，由于GMM的维德曼效应 存在，波导管即产生波导扭曲，同时也产生一个应变脉冲的超声波信号，超声波即 被接收转换成为电脉冲输送出去。
图2 传统的磁致伸缩超声换能器结构
用途：破碎、焊接、医疗器械、分离、清 洗等领域。 作用：使化工过程的化学反应加速、农作 物大幅度增产等。 原理：线圈中通入交流电，产生交变驱动 磁场，该磁场使超磁致伸缩棒频繁伸长、缩短， 随着伸缩棒的伸长及缩短，输出杆产生超声振 动，从而传递出大功率声能。
图3 超磁致伸缩大功率超声换能器
8.3.1.1 能量转换能力(位移、力、功率、效率) 稀土超磁致伸缩材料的应变和功率密度高于其他材料。静场应变饱和值 λs 达 1500×10−6～2000×10−6 ，在线性范围内也达1000×10−6 。此值为Ni的 30 倍、 压电陶瓷的3～5倍。稀土超磁致伸缩材料的能量密度达14kJ／m3 ～25kJ／m3， 是压电陶瓷的10～25倍。 8.3.1.2 可控性(高速响应和精确定位) 稀土超磁致伸缩材料响应速度极高 (<1µ s)，性能重复性好，换能器结构简单， 消除了常规系统中摩擦、空程、粘附引起的偏差和滞后。所以这种材料的换能器定 位精度一般为10−1µ m，最佳可达纳米级。 8.3.1.3 可靠性(性能稳定，不易发生故障) 压电陶瓷在制造时就加有恒定偏磁场，时效使偏磁场产生一个持久的退化，称 为退极化。即压电陶瓷的预极化在室温自然退极化，温度升高加速其退极化，而且 居里温度(Tc)较低；稀土超磁致伸缩材料不发生疲劳退化，偏磁场不随时间和温度 改变，Tc 较高，工作温度较宽。压电陶瓷对工作频率要求较严，而频率波动对磁致 伸缩性能的影响小。一些压电换能器的工作电压很高(数千伏)，易出现电击穿问题， 而稀土超磁致伸缩材料换能器在较低电压 (12V～100V)下工作，换能器可动件少， 磨损小，这也使可靠性提高。 8.3.1.4 运转能力(最高速度、最大行程) 普通小型驱动器的速度较低和行程较小，但 Terfenol-D 线性马达可获得 1 m/s 的极限速度和无限的行程。
超磁致伸缩材料的应用
超磁致伸缩材料的智能化应用
以Terfenol-D为代表的稀土超磁致伸缩材料作为一种新型高效磁 (电)能-机 械(声)能转换材料，性能远优于压电陶瓷等其他材料。以这种材料为驱动元件的电 -机转换技术，在大应变、强力和高功率密度及高精度、快速响应和高可靠性等方 面是任何传统技术无法比拟的。 8.3.1 超磁致伸缩材料及器件的性能优势 稀土超磁致伸缩材料换能器的主要优点为大位移、强力、大功率以及控制精 密和响应快速，其他优点还包括可靠性高、磁(电)-机转换效率高、频带宽、能源 供应简单等。另外，利用应变直接转换成线性位移或按振动原理设计的器件结构简 单、可动件少、刚性大、磨损小，对精度、响应、可靠性和转换效率的提高也起了 重要作用。
8.3.2 超磁致伸缩器件设计时应考虑的问题 下图是一种稀土超磁致伸缩材料磁(电)-机转换器件(驱动器)的基本结构。它由 Terfenol-D驱动棒、螺线管交流磁回路、产生偏磁场的直流回路或永磁体、施加预 压应力的螺丝和弹簧以及其 他结构件组成。
驱动器结构示意图 在设计时应注意以下几个方面： 驱动棒尺寸 倍频和偏磁场 驱动频率 预应力 驱动磁场 工作温度、控制
（1）低频声纳探测系统 国际上使用较多也较为先进的水声 换能器：方环换能器。
特点：低频中仍具大功率，因而声信 号衰减小，传输距离远，体积小，耐高 压。 用途：海军装备中的声纳系统。
图1 超磁致方环换能器
（2）超声应用系统
超声换能器是在超声频率范围将交变的电信号转换成声信号的能量转换 器件。功率超声换能器的特点是功率大，将电能转换成超声频振动的机械能。 金属磁致伸缩材料主要有镍、铝铁合金、镍铁合金、镍钴合金、铁钴钒、铁 钴合金、稀土元素与铁的二元合金等；常用的铁氧体磁致伸缩材料有镍锌铁 氧体、镍铜钴铁氧体、镍锌钴铁合金等。
椭圆模态运动的 GMM 马达工作效 率较低下，这是由于定子运动到椭圆轨 道下半部分时，作空载回程运动，因而 不能推动转子运动所致。 杭州科技大 学设计的新型超磁致伸缩马达解决了这 一问题，该马达的定子由一个环和两个 Terfenol-D线性驱动器构成。
图12 超磁致伸缩马达定子
谢谢！
（4）微位移执行器 可实现亚微米及纳米尺度高精度位置的执行与控制的器件。 优点：大磁致伸缩系数、高磁-机耦合效率、驱动响应快等，应用前景广阔。
图9 典型的超磁致伸缩微位移执行器
大连理工大学研制，将GMM进行叠片放置减少涡流损耗，通过冷却水消除 温度对GMM性能的影响，其拉伸强度比普通的更大，性能指标已达国际领先水 平。
8.3.3 超磁致伸缩材料的智能化应用
1. 2. 3. 4. 5.
声学应用领域 力传感领域 磁场探测领域 精密控制领域 动力输出领域
1、声学应用领域
现代声纳技术广泛应用于军事、海洋、水利等多种水下探测领域。按工作方 式的不同,声纳大致可分为2类:主动声纳(或回声定位声纳)和被动声纳(噪声测向 声纳或噪声测距声纳 )。目前,国内外水下探测仪器基本采用主动声纳系统。主动 声纳原理是由自身发射声波,通过接受目标的回波来测定其方位、距离和径向速度 等参数,主要分为侧扫声纳、合成孔径声纳、多波束探测系统和水下地形剖面仪等。
8.3.1.5 有利于简化换能器结构的其他优点 1)频率响应范围宽 在某些装置中使用一个在 0～2 kHz 有恒定响应的稀土超磁致伸缩材料换能器， 能代替数个不同 频率响应的压电换能器。 2)有智能响应 利用逆磁致伸缩效应，材料能感知位移、力的实际值，产生反馈信号控制本身 的动作。因此，驱动元件和传感器可合为一体。 3)功率供应简单 由于工作电压较低，稀土超磁致伸缩材料换能器的功率供应较简单。与传统驱 动器相比，稀土超磁致伸缩材料驱动器和压电驱动器共同的优点在于高精度和快响 应，它们的输出力等于或高于传统驱动器中输出力最大的液压驱动器的输出力。在 高精度范围，其成本/性能比远低于传统驱动器。与压电陶瓷相比，稀土超磁致伸缩 材料换能器在位移量、力、能量密度、行程、速度、可靠性及频 带宽度等方面又有 十分明显的优势。
我国研制的一种新型轴向扭矩传感器。 特点：非接触检测、高灵敏度、耐用及小型化等。 用途：电动助力转向器。
图6 超磁致伸缩轴向扭矩传感器
3、磁场探测领域
利用磁致伸缩材料的正效应，可制成多种测量磁场强度的磁强计。
国防科技大学的刘吉延等采用超磁致伸缩薄膜制成的光纤磁场传感器，采用 了磁控溅射工艺，由计算机进行控制，在裸光纤表面镀制均匀的TbDyFe超磁致伸 缩薄膜。
（2）高压薄膜泵
高压薄膜泵属微型泵系列产品，主要用来精密控制吸排油（水）量的大小。 特点：体积小、功率大。
英 国 San Technology 公 司 的 Dariusz.A.Bushko 和 James.H.Goldie 用 Terfenol-D 棒制 成。在结合水力和电控装置下，可 实现强力、大行程的水力驱动，体 积小且易控制。 原理：通过线圈驱动 GMM 棒 发生伸缩推动隔膜运动从而实现吸 排。 1.外壳 2.线圈 3.预压弹簧 4.工作腔 5. 高压输入阀 6. 低压输入阀 7. 隔膜 8.GMM棒 9.永磁体 图7 高压薄膜泵
图4
CU18A磁致伸缩超声换能器
2、力传感领域
施加应力
原理：磁致伸缩逆效应。
永磁铁 超磁致伸缩棒
空气隙
轭铁
优点：比压电陶瓷传感器的性能更突 出，体积轻巧、抗干扰能力强、过载能 力好、工艺简单、长寿命。 用途：静态力测量、动态力的测量、 重工业、化学化工、自动化控制系统等 领域。
图5 超磁致伸缩力传感器
图 4 为美国 Etrema 公司研发的 CU18A 磁致伸缩超声换能器，其额定电压为 250V，额定电流为 10A，采用风冷的冷却方式，通入 4.1×105Pa冷空气，可承 受的最大温度为150℃，正常工作温度范围 0～100℃ ，内部设有温度保护装置； 使用频率为 15～20KHz，最佳谐振频率为 18KHz，轴向载荷 8500N，输出振 幅为 6～10μm；其可以用于超声焊头驱动、微位移定位等。
（3）高速电磁开关阀
用途：航天航空数字伺服系统的核心元件，高频快速控制领域中的重要部件。 特点：由GMM制作的新型电液高速开关阀，可在频率大于1KHz的高频状态下稳定 安全地工作，比PZT高速开关阀快响应速度更快、漂移更小、输出位移更大、更耐高 温。