稀土超磁致伸缩材料的研究

4.产生伸缩的响应速度快，响应的时间（由施加磁场到产生 相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅10一6s，比人的思 维还快 5.其弹性模量随磁场而变化，通过改变材料的制备及处理工 艺还可以调整其弹性模量，为适应不同的应用场合提供了 条件可调控。 6.频率特性好，可在低频率（10至1000赫兹）下工作。工作 频带宽；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。 7.工作要求的电压低，用电池就可以驱动，这些特性都有利 于器件的轻量化和小型化，也有利于降低成本。
另一方面就是用其它元素Co、Ni、Mn、Al、B、 Ti、V、Zr、Ca部分地置换赝二元化合物Tb-DyFe 化合物中的Fe，如果能够满足赝二元化合物磁 晶各向异性补偿条件，又能提高Tb:Dy的比例， 就能提高合金的磁致伸缩系数，从而改变Tb-DyFe合金的磁致伸缩性能。北京科技大学新金属材 料国家重点实验室根据我国稀土资源的情况,本着 低成本的原则，采用低纯度稀土经过反复实验， 筛选出了具有优异综合性能的Tb-Dy-Fe系新型合 金成分，即Tb0.27-0.35 Dy0.65-0.7(Fe1-xMx)1.95为Al、 Mn、B、Ti、V 和Zr等，x=0.00~0.15。
目录
1.磁致伸缩效应 2.稀土超磁致伸缩材料的成分 3.稀土超磁致伸缩材料的性能特点 4.稀土超磁致伸缩材料的应用 5.我国发展水平 6.发展前景
磁致伸缩效应
是铁磁物质（磁性材料）由于磁化状态的改 变，其尺寸在各方向发生变化的现象。铁磁性物 质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去 掉外磁场后，其又恢复原来的长度。 磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ 来描述，λ=（l—lo）/lo， lo为原来的长度，l为物 质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。一 般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用 ppm代表。例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。
稀土超磁致伸缩材料的成分
关于稀土超磁致伸缩材料成分的研究包括 两个方面的内容： 一方面是研究用不同的稀土元素和铁的化 合物组合获得不同性能的磁致伸缩材料， 如:Sm0.85Dy0.15Fe2、Tb0.15Ho0.85Fe2、 Tb0.20Dy0.22Ho0.58Fe2等，特别是Sm-Dy-Fe 化合物具有负的磁致伸缩系数，可以用于 一些特殊场合，与Tb-Dy-Fe合金相配合可 以制造杠杆放大机构等。
表l列出了稀土超磁致伸缩材料、传统磁致伸缩材料 及压电陶瓷材料的几个主要特性
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稀土超磁致伸缩材料的性能特点
比较来看，稀土超磁致伸缩材料具有以下优点： 1.其磁致伸缩应变量λ比纯 N i大50倍，比压电陶 瓷（PZT）材料大5~25倍，比纯 N i和 Ni－Co合 金高400~800倍，如此大的应变量，可以实现很 高的输出功率。 2.材料的能量密度(J/ m)高，比镍大400~500倍， 比压电陶瓷大14 ~ 30 倍。 3.能量转换效率（用机电耦合系数 K33表示）高达 49~56%，而 Ni基合金仅有9%，PZT材料仅有 23~52%。
稀土超磁致伸缩材料的应用
水深低频大功率换能器 过去声呐的水声发射换能器主要用压电陶瓷 材料（PZT）来制造。压电陶瓷材料声呐的水下 工作小于100km，而稀土超磁致伸缩声呐超过 104km。 稀土超磁致伸缩制作的水声换能器的频率低， 随舰艇隐身技术的发展，现代舰艇可吸收频率在 3.0kHz以上的声波，起到隐身作用。低频可打破 敌方舰艇的隐身技术。 稀土超磁致伸缩制作的水声换能器发射功率 大，可探测更远距离的目标体积小，重量轻，可 提高舰艇的作战能力。
发展前景
发展稀土超磁致伸缩材料对发展声呐技术、 水声对抗技术、海洋开发与探测技术起到了关键 的作用。 随着稀土超磁致伸缩材料应用研究的发展， 对材料的性能也会提出越来越高的要求。从应用 角度考虑，磁致伸缩系数达到500-1000ppm，以 利于缩小或简化外加磁场的电路或磁路装置，提 高灵敏度；降低较高频率时的功率损耗,这样可以 进一步扩展材料的应用频带宽度；不断改进和完 善制造设备和工艺手段，制造出更大尺寸或复杂 形状的样品。
我国研制的稀土超磁致伸缩材料性能与 国外同类产品性能的比较
我国发展水平
从该表可以看出，北科大生产的定向凝固 Tb-Dy-Fe合金样品的饱和磁致伸缩系数d33、磁 弹祸合系数K33以及强制磁致伸缩系数λ都已达 到甚至部分超过国际先进水平,低场下的磁致伸 缩系数也接近了国际水平。多位置和大批量性 能测试结果都表明,样品性能具有很好的重复性 和一致性，材料的矫顽力小，磁滞回线窄，损 耗低,材料的压缩强度达700MPa，脆性不显著。 因此说我国制造的稀土超磁致伸缩材料的 主要指标已达到或接近国际同类产品的性能指 标。