智能材料之磁致伸缩材料(智能材料课作业)

1、小组成员：电气工程学院 吐尔逊江 2013302540154 买买提艾力 2013302540211 阿卜力克木 2012302540343磁致伸缩材料 具有磁致伸缩特性的材料。工程上利用这一特性将电能转换成机械能或将机械能转换成电能。磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。在军事方面用于导弹制导系统,实现飞行轨道计算机快速修正,大大提高命中率。 在高精密度控制方面的应用,例如：超精密机床、机器人、主动减振系统、线性马达、高速阀门超声医疗器

2、具、各种精密仪器、计算机光盘驱动器等。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、家用机器人等等。 磁致伸缩材料分类磁致伸缩材料主要有三大类： 磁致伸缩的金属与合金，如镍和（Ni）基合金（Ni， NiCo合金， NiCoCr合金）和铁基合金（如 F e Ni合金， FeAl合金， FeCoV合金等）； 铁氧体磁致伸缩材料，如 N iCo和 NiCoCu铁氧体材料等。 上述两种称为传统磁致伸缩材料，其伸缩系数值（在2080ppm之间）过小，它们 没有得到推广应用。 近期发展的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（GMM）。以（ Tb，Dy）

3、Fe2化合物为基体的合金 Tb03Dy07Fe195材料（Tb DyFe材料）的伸缩系数达到15002000ppm，比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的伸缩系数大12个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。背景1842年，焦尔在观察一个镍样品时发现：当磁性体（如金属Fe、Ni 等）的磁化状态改变时，其外型尺寸或体积会发 生微小的变化。Fe 随磁场强度的增大而伸长Ni 随磁场强度 的增大而缩短 早期发现的磁致伸缩材料的磁致伸缩量都很小，这种磁致伸缩材料被称为传统的磁致伸缩材料，它包括Ni、Ni-Co合金、Fe-Al合金等。但1972年美国的Clark博士发现二元稀土铁合金在常温下具有极大的

4、磁致伸缩系数后，这种新型的磁致伸缩材料被称为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material 简称GMM），由于为稀土构筑，亦称稀土超磁致伸缩材料。 近几十年人们不断对超磁致伸缩材料进行研究并开发应用，其中最著名的就是美国生产的Terfenol-D型号商品，这种稀土超磁致伸缩材料的性能不仅远远要好于传统的磁致伸缩材料，而且性能比压电陶瓷材料（PZT）更优越。国内外发展1.国外超磁致伸缩材料的研究发展 20世纪60年代初，Legvold等人发现稀土金属Tb和Dy在低温下磁致伸缩系数非常大，但是有序化温度很低。1972年，美国的A.E.Clark博士发现二元稀土铁合金

5、在温室下有很大的磁致伸缩系数。1974年Clark又发现了三元稀土铁合金的饱和磁致伸缩系数达到了1/1000的数量级，远比其他材料的伸缩系数要大，并在1976年申请了此项专利并推向实用化。到20世纪80年代中期，开始出现了商品化的稀土超磁致伸缩材料，主要的代表为美国Edge Technologies公司生产的Terfenol-D和瑞典Feredyn AB公司生产的Magmek 86。其后日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型的GMM. 在GMM应用方面，主要有美国海军开发的高灵敏磁致伸缩应变计、日本东芝公司设计的精度达到纳米级的超磁致伸缩致动器、美国J.M.Vranis

6、h利用蠕动原理研制的步进式微型马达、瑞典公司开发的高精度燃料喷射阀、日本用Terfenol-D棒制成的微型隔膜泵等。2.国内超磁致伸缩材料的研究发展20世纪80年代中期我国有关单位和院校就开始着手研究超磁致伸缩材料，主要有北京钢铁研究总院、中科院北京物理研究所、大连理工大学、浙江大学等，并且在材料制备和应用等方面取得了一定的成果。2002年大连理工大学贾振元、杨兴等研究出了新型微位移执行器；2005年清华大学李翠红、叶子申等利用超磁致伸缩微驱动器设计了一种蠕动机构；2008年王玉生利用GMM设计出新型平板扬声器等。但与国际先进行列相比，我国在此材料应用研究方面整体还处于比较落后的位置。 各种磁

7、致伸缩材料器件智能磁致伸缩液位计精密定位装置用于：精密和超精密加工、精密仪器定位等。优点：位移精确度高(可达纳米级)、响应速度快、输入功率小、输出力大、设计相对简单。MTS磁致伸缩位移传感器高精度、多种规格、长行程、非接触式测量 模块组装、坚固耐用 敏感元件平均无故障时间（MTBF）长达23年 真正的绝对位置输出、无需重新标定或定期维修 。适用于高温、高压、高振荡及空间狭小环境 安装方便、快捷，不需定期标定和维护冶金工业连铸、冷热轧、AGC控制、模件成型等。 磁致伸缩位移传感器工作原理示意图磁致伸缩位移传感器工作设计采用稀土超磁致伸缩材料为驱动源驱动源，在国内外首次提出了一种新型惯性冲击式直线电机装置，比现有的惯性冲击直线电机具有