第三章 声纳材料
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声纳材料
一. 概述
• 海洋是人类生命的摇篮
• 生命的源泉，生命的起源，科学探索，深海生命现象
• 海洋是人类赖以生存的宝库
• 海洋资源之多少？几乎人类生存所需要的一切资源，食品、 能源、矿物、金属、石油、天然气….. • 探测？勘探方法？开采？
• 海洋是人类生存和发展的主要空间
• 海洋环境的恶化加剧，海洋灾害频繁 • 海洋环境监测？
俄罗斯D级弹道导弹核潜艇
• 英国是世 界上第三 个拥有核 武器的国 家，英国 的核力量 全部为海 基，目前 拥有战略 导弹核潜 艇4艘，每 艘可携带 16枚“三 叉戟”弹 道核导弹， 每枚可携 载14枚分 弹头，射 程达 12000公 里
英国最新战略核潜艇-警戒号
法国
法国海基核力量中坚-凯旋号核潜艇
磁致伸缩材料的应用
对于稀土超磁致伸缩材料的应用，目前美国 位居各国之首，其成功标志在于开发出了 一系列用于军事用的尖端产品，如美国已 成功地将其应用于舰艇水下声纳探测系统 以及导弹发射控制装置等。
过去声纳的水声发射换能器主要用压电陶瓷材料（PZT） 来制造。这种材料制造的水声换能器的频率高（20kHz以 上），同时发射功率小，体积大，笨重。另外随舰艇隐身技 术的发展，现代舰艇可吸收频率在3.0kHz以上的声波，起到 隐身的作用。各工业发达国家都正在大力发展低频（频率为 几十至2000赫兹），大功率（声源级约220dB）的声纳用 或水声对抗用发射水声换能器，并已用于装备海军。低频可 打破敌方舰艇的隐身技术，大功率可探测更远距离的目标， 同时体积小，重量轻，可提高舰艇的作战能力。低频大功率 是声纳用和水声对抗用发射水声换能器今后的发展方向。而 制造低频大功率水声发射换能器的关键材料是稀土超磁致伸 缩材料。发展稀土超磁致伸缩材料对发展声纳技术、水声对 抗技术、海洋开发与探测技术将起到关键性作用。
• 陆地上的信息获取：
•光 •声 • 无线电
• 电磁波是最有效的信息载体
• 探测——雷达 • 导航与定位——GPS • 通信——有线、无线、卫星通信
水下的探测、定位与导航、通 信
• 声波是唯一能在海洋中远距离传输信息 的信息载体
• 声波的衰减 1分贝/公里，10kHz 频率， （声波的衰减与频率的平方成正比），利用 海洋中的波导效应，声波可以传播的更远。 • 电磁波的衰减 4500分贝/公里（每米能量 衰减百分之九十），所以海洋中是漆黑的， 即使蓝绿激光，能穿透的距离也只有百米量 级，并且是水质清澈条件下。
• 民用
• 测深
• 单波束测深仪 • 多波束测深仪 • 旁视声纳 • 侧扫声纳 • 综合孔径测深仪
• 测速
• 多普勒测速仪（海流计） • 相关测速仪（海流计）
• • • •
鱼探仪 助渔设备（诱鱼、计数、跟踪） 助潜设备 水下定位
• 信标 • 应答器
• 通讯与遥测 • 声控 • 海洋监测
ATOC-海洋气候声层析
二. 声纳系统
声纳是一个庞大的系统，它包括声发射系统
，反射声的接收系统，将回声信息转变成电信 息与图像，以及像识别系统等。其中声发射系 统中的水声发射换能器及其材料是关键技术之 一 主动声纳，以回声方式实现系统功能的水声 系统 被动声纳，以纯被动接收方式实现系统功能 的水声系统
• 水声系统所涉及的内容
• 美国是 世界上 潜艇技 术领先、 数量最 多的国 家，共 拥有潜 艇70余 艘，全 部为核 动力潜 艇，其 中，战 略导弹 核潜艇 近20艘、 攻击型 核潜艇 50余艘
美国
美国最新核动力攻击潜艇-海狼号
•
俄罗斯
俄罗斯的弹道 导弹核潜艇共 发展了四代， 分别为“台风” 级、DI、DII、 DIV级，目前 在役的有17 艘，“台风” 级弹道导弹核 潜艇是世界上 排水量最大的 核潜艇，其水 下排水量 26500吨， 水下航速26 节，可携带 16－20枚 SS-N-23或 SS-N-20型 弹道核导弹， 每枚可携载 10个分弹头， 射程可达 9000－ 10000公里
• 水下作战保障
• 先敌发现 • 精确定位 • 隐蔽导航与通信
• 先敌发现
• 隐身能力，有效地隐蔽自己而不被敌人发现 • 探测能力
• 精确定位
• 定自己的位置 • 定敌人的位置
• 隐蔽导航与通信
• 隐蔽性是主要的 • 已经有很多进展
• 水下的探测、定位、导航和通信如何实 现？ • 如何在水下获取信息？
• 拥有常规潜艇数量最多的国家在我们亚洲（朝 鲜拥有60艘）。
二战期间，潜艇共击沉作战舰艇381艘，其中 战列舰3艘，航空母舰17艘，巡洋舰32艘，驱 逐舰122艘，还有其它作战舰艇207艘，击沉 各种运输船5000余艘 二战中各种舰艇共击沉航空母舰38艘，仅潜艇 就击沉17艘 被潜艇击沉的潜艇80艘 在第二次世界大战中，德国“U-47”号潜艇于 1939年10月潜入英国位于苏格兰北部的海军 基地，在港内击沉了英国的排水量达33000多 吨的大型战列舰“皇家橡树”号，创造了军事 史上的奇迹
中国 092型“夏” 级弹道导弹核潜艇
• ，“俄亥俄”级 战略导弹核潜艇 是美国“三维一 体”战略核力量 的中坚，该级艇 是美国至今建造 的吨位最大、性 能最先进、携带 导弹最多的战略 导弹核潜艇，水 下排水量 18750吨，下 潜深度400米， 水下航速25节， 每艘有24 个导 弹发射筒 美国俄亥俄级核动力导弹潜艇
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
稀土超磁致伸缩材料的制备技术主要采 用定向凝固方法和粉末冶金方法。近年来， 定向凝固法通过增加母合金中稀土元素含量 ，弥补制作过程中的稀土烧损；控制温度梯 度和热流方向，采用适当的退火工艺，改进 组织结构；同时不断改进制作设备。
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 2003年北京有色金属研究总院稀土材料国家工 程研究中心自行研究开发了“一步法”新工艺 ，将熔炼－定向凝固－热处理等工序在一台设 备上连续完成，可用来制备大直径、高性能、 低成本的稀土超磁致伸缩材料，且易于批量生 产。用这种工艺研制的稀土超磁致伸缩材料成 本仅为国际售价的18%，现已成功生产出直径 70mm，长250mm的TbDyFe2超磁致伸缩 棒材，主要技术经济指标均达到国际先进水平 。
磁致伸缩材料
3. 近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称 为稀土超磁致伸缩材料。 稀土超磁致伸缩材料： 以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合 金 Tb0.3Dy0.7Fe1.95材料（Tb –Dy-Fe材料） 的λ达到1500~2000ppm，比磁致伸缩的金属 与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1~2个数量级 ，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
磁致伸缩材料
①磁致伸缩的金属与合金，如镍和镍（Ni） 基合金（Ni， Ni－Co合金， Ni－Co－Cr 合金）和铁基合金（如 F e— Ni合金， Fe －Al合金， Fe－Co－V合金等）
磁致伸缩材料
②铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－ Co－Cu铁氧体材料等。前两种称为传统磁致 伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过 小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了 电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03材料 ，（简称为 PZT或称压电陶瓷材料），其电 致伸缩系数比金属与合金的大约 200~400ppm，它很快得到广泛应用.
潜艇依然是海战的重要作战平台
• 世界上的潜艇按动力可区分为：常规潜艇和核 潜艇；按作战任务可区分为：战略导弹潜艇和 攻击型潜艇 • 世界上拥有核潜艇的国家有5个，拥有各型核 潜艇150余艘，其中，战略导弹核潜艇近50艘， 攻击型核潜艇100余艘 • 还有近40个国家拥有不同类型的常规潜艇300 余艘。
• 水声换能器 • 水声物理（传播路径上的信号变异特性） • 水声信号处理（传感器输出端以后的信息检 测、估计、识别和显示等）
水声换能器
• • • • • 水声换能材料 水声换能器设计原理与方法 水声换能器工艺 声基阵成阵技术 水声换能器校准计量
水声物理
• 海洋环境声特性
• 海水水体 • 海底与海面
• 法国海军的 战略导弹核 潜艇有三代， 第一代“无 畏”级、第 二代“不屈” 级、第三代 “胜利”级。 目前在役的 有5艘，其中 “胜利”级 水下排水量 14335吨、 水下航速25 节、下潜深 度300米， 可携带16枚 M45型战略 核导弹，射 程5300公里
• 中国的 潜艇： 091型 “汉” 级攻击 核潜艇、 092型 “夏” 级弹道 导弹核 潜艇、 039型 “宋” 级潜艇
四. 声纳用材料
磁致伸缩效应：
大家知道物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场 也会导致物体尺寸的伸长或缩短。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，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。另外有些 物质（多数是金属氧化物）在电场作用下，其尺寸也伸长（ 或缩短），去掉外磁场后又恢复其原来的尺寸，这种现象称 为电致伸缩现象。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变 ）λ来描述，λ＝（lh—lo）／lo， lo为原来的长度，lh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。
• • • • •
水声传播 混响 噪声 散射 起伏
水声信号处理
• • • • • • 时频分析 自适应技术 检测与估计 特征提取与识别 基阵信号处理——波束形成技术 信号处理的软硬件实现
三、 声纳的主要应用
• 军事应用
• • • • • • • 探雷源自文库纳 小目标定位声纳 通信声纳 航空吊放声纳（浮标声纳） 拖曳声纳 拖曳线列阵声纳 水声导航声纳
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 武汉理工大学首创了以提拉法无污染磁 悬浮冷坩埚技术为核心的整套单晶制备 和加工新技术，生产的 Tb0.3Dy0.7Fe1.9单晶，超磁致伸缩 系数为2000×10-6～2400×10-6。
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 粉末冶金方法也在不断改进，国外粘结 磁致伸缩材料的磁性能已接近定向凝固 棒材， Sandual等学者制作的粘结磁致 伸缩材料的磁致伸缩效应可与 Terfenol-D相当。
稀土超磁致伸缩材料特点
和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，稀土 超磁致伸缩材料是佼佼者，它具有下列优点：磁致伸缩应变 λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 N i和 Ni －Co合金高400~800倍，比PZT材料高14~30倍；磁致 伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－ Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力：能量转换效 率（用机电耦合系数 K33表示）高达70％，而 Ni基合金仅 有16％，PZT材料仅有40~60％；其弹性模量随磁场而变 化，可调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所 需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快； 频率特性好，可在低频率（几十至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。
鱼雷和水雷
• 是目前水下作战的主要兵器
• 鱼雷多种多样
• • • • 制导方式 投放方式 爆炸方式 超高速
• 水雷多种多样
• • • • 引爆引信 布放方式 主动攻击水雷 水鱼雷
• 水下作战的主要手段
• 潜艇、鱼雷、水雷、蛙人等
• 水下战的主要内容
• 潜艇战与反潜战 • 鱼雷攻击与防护 • 水雷战与反水雷
• 如何认识海洋？海洋的勘探、调查、监 测手段是什么？
• 海洋也是世界军事争斗的主要战场
• 战争的演变，由陆到海，由海到陆，现在是以海为 主。航母，巡航弹，精确制导武器等应用改变了战 争的模式。海上军事力量成为军力的主要标志。 • 海上力量的战斗力的基础是生存能力，海上作战的 最有效的武器，经过两次世界大战证明，一是潜艇， 二是鱼雷。尤其是现在的配备了核打击力量的安静 型核动力潜艇、安静型潜艇配备智能鱼雷，成为水 面舰艇和地面目标的最主要的威胁。
磁致伸缩材料的应用
用稀土超磁致伸缩材料制作的水声换能器和电声换能 器已成功用于海军装备、油井探测、扬声器、噪声与 振动控制系统、海洋勘探与地下通讯等领域。近年来 ，薄膜型超磁致伸缩微执行器的开发与应用成为一个 新的研究热点，与传统的压电式、静电式形状记忆合 金驱动器相比不仅成本较低，而且输出力大、响应速 度快，还具有一些新的功能。德国材料研究所用稀土 超磁致伸缩薄膜材料制作的微型泵，当控制频率在 2KHz时，最大流量为10μL/min，出口压力可达 1hPa。
一. 概述
• 海洋是人类生命的摇篮
• 生命的源泉，生命的起源，科学探索，深海生命现象
• 海洋是人类赖以生存的宝库
• 海洋资源之多少？几乎人类生存所需要的一切资源，食品、 能源、矿物、金属、石油、天然气….. • 探测？勘探方法？开采？
• 海洋是人类生存和发展的主要空间
• 海洋环境的恶化加剧，海洋灾害频繁 • 海洋环境监测？
俄罗斯D级弹道导弹核潜艇
• 英国是世 界上第三 个拥有核 武器的国 家，英国 的核力量 全部为海 基，目前 拥有战略 导弹核潜 艇4艘，每 艘可携带 16枚“三 叉戟”弹 道核导弹， 每枚可携 载14枚分 弹头，射 程达 12000公 里
英国最新战略核潜艇-警戒号
法国
法国海基核力量中坚-凯旋号核潜艇
磁致伸缩材料的应用
对于稀土超磁致伸缩材料的应用，目前美国 位居各国之首，其成功标志在于开发出了 一系列用于军事用的尖端产品，如美国已 成功地将其应用于舰艇水下声纳探测系统 以及导弹发射控制装置等。
过去声纳的水声发射换能器主要用压电陶瓷材料（PZT） 来制造。这种材料制造的水声换能器的频率高（20kHz以 上），同时发射功率小，体积大，笨重。另外随舰艇隐身技 术的发展，现代舰艇可吸收频率在3.0kHz以上的声波，起到 隐身的作用。各工业发达国家都正在大力发展低频（频率为 几十至2000赫兹），大功率（声源级约220dB）的声纳用 或水声对抗用发射水声换能器，并已用于装备海军。低频可 打破敌方舰艇的隐身技术，大功率可探测更远距离的目标， 同时体积小，重量轻，可提高舰艇的作战能力。低频大功率 是声纳用和水声对抗用发射水声换能器今后的发展方向。而 制造低频大功率水声发射换能器的关键材料是稀土超磁致伸 缩材料。发展稀土超磁致伸缩材料对发展声纳技术、水声对 抗技术、海洋开发与探测技术将起到关键性作用。
• 陆地上的信息获取：
•光 •声 • 无线电
• 电磁波是最有效的信息载体
• 探测——雷达 • 导航与定位——GPS • 通信——有线、无线、卫星通信
水下的探测、定位与导航、通 信
• 声波是唯一能在海洋中远距离传输信息 的信息载体
• 声波的衰减 1分贝/公里，10kHz 频率， （声波的衰减与频率的平方成正比），利用 海洋中的波导效应，声波可以传播的更远。 • 电磁波的衰减 4500分贝/公里（每米能量 衰减百分之九十），所以海洋中是漆黑的， 即使蓝绿激光，能穿透的距离也只有百米量 级，并且是水质清澈条件下。
• 民用
• 测深
• 单波束测深仪 • 多波束测深仪 • 旁视声纳 • 侧扫声纳 • 综合孔径测深仪
• 测速
• 多普勒测速仪（海流计） • 相关测速仪（海流计）
• • • •
鱼探仪 助渔设备（诱鱼、计数、跟踪） 助潜设备 水下定位
• 信标 • 应答器
• 通讯与遥测 • 声控 • 海洋监测
ATOC-海洋气候声层析
二. 声纳系统
声纳是一个庞大的系统，它包括声发射系统
，反射声的接收系统，将回声信息转变成电信 息与图像，以及像识别系统等。其中声发射系 统中的水声发射换能器及其材料是关键技术之 一 主动声纳，以回声方式实现系统功能的水声 系统 被动声纳，以纯被动接收方式实现系统功能 的水声系统
• 水声系统所涉及的内容
• 美国是 世界上 潜艇技 术领先、 数量最 多的国 家，共 拥有潜 艇70余 艘，全 部为核 动力潜 艇，其 中，战 略导弹 核潜艇 近20艘、 攻击型 核潜艇 50余艘
美国
美国最新核动力攻击潜艇-海狼号
•
俄罗斯
俄罗斯的弹道 导弹核潜艇共 发展了四代， 分别为“台风” 级、DI、DII、 DIV级，目前 在役的有17 艘，“台风” 级弹道导弹核 潜艇是世界上 排水量最大的 核潜艇，其水 下排水量 26500吨， 水下航速26 节，可携带 16－20枚 SS-N-23或 SS-N-20型 弹道核导弹， 每枚可携载 10个分弹头， 射程可达 9000－ 10000公里
• 水下作战保障
• 先敌发现 • 精确定位 • 隐蔽导航与通信
• 先敌发现
• 隐身能力，有效地隐蔽自己而不被敌人发现 • 探测能力
• 精确定位
• 定自己的位置 • 定敌人的位置
• 隐蔽导航与通信
• 隐蔽性是主要的 • 已经有很多进展
• 水下的探测、定位、导航和通信如何实 现？ • 如何在水下获取信息？
• 拥有常规潜艇数量最多的国家在我们亚洲（朝 鲜拥有60艘）。
二战期间，潜艇共击沉作战舰艇381艘，其中 战列舰3艘，航空母舰17艘，巡洋舰32艘，驱 逐舰122艘，还有其它作战舰艇207艘，击沉 各种运输船5000余艘 二战中各种舰艇共击沉航空母舰38艘，仅潜艇 就击沉17艘 被潜艇击沉的潜艇80艘 在第二次世界大战中，德国“U-47”号潜艇于 1939年10月潜入英国位于苏格兰北部的海军 基地，在港内击沉了英国的排水量达33000多 吨的大型战列舰“皇家橡树”号，创造了军事 史上的奇迹
中国 092型“夏” 级弹道导弹核潜艇
• ，“俄亥俄”级 战略导弹核潜艇 是美国“三维一 体”战略核力量 的中坚，该级艇 是美国至今建造 的吨位最大、性 能最先进、携带 导弹最多的战略 导弹核潜艇，水 下排水量 18750吨，下 潜深度400米， 水下航速25节， 每艘有24 个导 弹发射筒 美国俄亥俄级核动力导弹潜艇
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
稀土超磁致伸缩材料的制备技术主要采 用定向凝固方法和粉末冶金方法。近年来， 定向凝固法通过增加母合金中稀土元素含量 ，弥补制作过程中的稀土烧损；控制温度梯 度和热流方向，采用适当的退火工艺，改进 组织结构；同时不断改进制作设备。
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 2003年北京有色金属研究总院稀土材料国家工 程研究中心自行研究开发了“一步法”新工艺 ，将熔炼－定向凝固－热处理等工序在一台设 备上连续完成，可用来制备大直径、高性能、 低成本的稀土超磁致伸缩材料，且易于批量生 产。用这种工艺研制的稀土超磁致伸缩材料成 本仅为国际售价的18%，现已成功生产出直径 70mm，长250mm的TbDyFe2超磁致伸缩 棒材，主要技术经济指标均达到国际先进水平 。
磁致伸缩材料
3. 近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称 为稀土超磁致伸缩材料。 稀土超磁致伸缩材料： 以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合 金 Tb0.3Dy0.7Fe1.95材料（Tb –Dy-Fe材料） 的λ达到1500~2000ppm，比磁致伸缩的金属 与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1~2个数量级 ，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
磁致伸缩材料
①磁致伸缩的金属与合金，如镍和镍（Ni） 基合金（Ni， Ni－Co合金， Ni－Co－Cr 合金）和铁基合金（如 F e— Ni合金， Fe －Al合金， Fe－Co－V合金等）
磁致伸缩材料
②铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－ Co－Cu铁氧体材料等。前两种称为传统磁致 伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过 小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了 电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03材料 ，（简称为 PZT或称压电陶瓷材料），其电 致伸缩系数比金属与合金的大约 200~400ppm，它很快得到广泛应用.
潜艇依然是海战的重要作战平台
• 世界上的潜艇按动力可区分为：常规潜艇和核 潜艇；按作战任务可区分为：战略导弹潜艇和 攻击型潜艇 • 世界上拥有核潜艇的国家有5个，拥有各型核 潜艇150余艘，其中，战略导弹核潜艇近50艘， 攻击型核潜艇100余艘 • 还有近40个国家拥有不同类型的常规潜艇300 余艘。
• 水声换能器 • 水声物理（传播路径上的信号变异特性） • 水声信号处理（传感器输出端以后的信息检 测、估计、识别和显示等）
水声换能器
• • • • • 水声换能材料 水声换能器设计原理与方法 水声换能器工艺 声基阵成阵技术 水声换能器校准计量
水声物理
• 海洋环境声特性
• 海水水体 • 海底与海面
• 法国海军的 战略导弹核 潜艇有三代， 第一代“无 畏”级、第 二代“不屈” 级、第三代 “胜利”级。 目前在役的 有5艘，其中 “胜利”级 水下排水量 14335吨、 水下航速25 节、下潜深 度300米， 可携带16枚 M45型战略 核导弹，射 程5300公里
• 中国的 潜艇： 091型 “汉” 级攻击 核潜艇、 092型 “夏” 级弹道 导弹核 潜艇、 039型 “宋” 级潜艇
四. 声纳用材料
磁致伸缩效应：
大家知道物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场 也会导致物体尺寸的伸长或缩短。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，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。另外有些 物质（多数是金属氧化物）在电场作用下，其尺寸也伸长（ 或缩短），去掉外磁场后又恢复其原来的尺寸，这种现象称 为电致伸缩现象。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变 ）λ来描述，λ＝（lh—lo）／lo， lo为原来的长度，lh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。
• • • • •
水声传播 混响 噪声 散射 起伏
水声信号处理
• • • • • • 时频分析 自适应技术 检测与估计 特征提取与识别 基阵信号处理——波束形成技术 信号处理的软硬件实现
三、 声纳的主要应用
• 军事应用
• • • • • • • 探雷源自文库纳 小目标定位声纳 通信声纳 航空吊放声纳（浮标声纳） 拖曳声纳 拖曳线列阵声纳 水声导航声纳
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 武汉理工大学首创了以提拉法无污染磁 悬浮冷坩埚技术为核心的整套单晶制备 和加工新技术，生产的 Tb0.3Dy0.7Fe1.9单晶，超磁致伸缩 系数为2000×10-6～2400×10-6。
稀土超磁致伸缩材料及器件现状
• 粉末冶金方法也在不断改进，国外粘结 磁致伸缩材料的磁性能已接近定向凝固 棒材， Sandual等学者制作的粘结磁致 伸缩材料的磁致伸缩效应可与 Terfenol-D相当。
稀土超磁致伸缩材料特点
和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，稀土 超磁致伸缩材料是佼佼者，它具有下列优点：磁致伸缩应变 λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 N i和 Ni －Co合金高400~800倍，比PZT材料高14~30倍；磁致 伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－ Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力：能量转换效 率（用机电耦合系数 K33表示）高达70％，而 Ni基合金仅 有16％，PZT材料仅有40~60％；其弹性模量随磁场而变 化，可调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所 需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快； 频率特性好，可在低频率（几十至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。
鱼雷和水雷
• 是目前水下作战的主要兵器
• 鱼雷多种多样
• • • • 制导方式 投放方式 爆炸方式 超高速
• 水雷多种多样
• • • • 引爆引信 布放方式 主动攻击水雷 水鱼雷
• 水下作战的主要手段
• 潜艇、鱼雷、水雷、蛙人等
• 水下战的主要内容
• 潜艇战与反潜战 • 鱼雷攻击与防护 • 水雷战与反水雷
• 如何认识海洋？海洋的勘探、调查、监 测手段是什么？
• 海洋也是世界军事争斗的主要战场
• 战争的演变，由陆到海，由海到陆，现在是以海为 主。航母，巡航弹，精确制导武器等应用改变了战 争的模式。海上军事力量成为军力的主要标志。 • 海上力量的战斗力的基础是生存能力，海上作战的 最有效的武器，经过两次世界大战证明，一是潜艇， 二是鱼雷。尤其是现在的配备了核打击力量的安静 型核动力潜艇、安静型潜艇配备智能鱼雷，成为水 面舰艇和地面目标的最主要的威胁。
磁致伸缩材料的应用
用稀土超磁致伸缩材料制作的水声换能器和电声换能 器已成功用于海军装备、油井探测、扬声器、噪声与 振动控制系统、海洋勘探与地下通讯等领域。近年来 ，薄膜型超磁致伸缩微执行器的开发与应用成为一个 新的研究热点，与传统的压电式、静电式形状记忆合 金驱动器相比不仅成本较低，而且输出力大、响应速 度快，还具有一些新的功能。德国材料研究所用稀土 超磁致伸缩薄膜材料制作的微型泵，当控制频率在 2KHz时，最大流量为10μL/min，出口压力可达 1hPa。