磁致伸縮材料及應(yīng)用

1、磁致伸縮材料及應(yīng)用制作日期：2014/6/11磁致伸縮效應(yīng) 19世紀40年代，焦爾發(fā)現(xiàn)：當磁性體（如金屬Fe、Ni）等的磁化狀態(tài)改變時，其外型尺寸或體積會發(fā)生微小的變化，這就是磁致伸縮效應(yīng)，又稱焦爾效應(yīng)。 磁致伸縮材料：具有磁致伸縮效應(yīng)的磁(電) 機 械能轉(zhuǎn)換材料。 磁致伸縮系數(shù)：=L/L L為材料原來的長度，L為材料長度改變量。磁致伸縮材料的特性 （1）焦耳效應(yīng)。材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積會發(fā)生微小的變化。 （2）維拉里效應(yīng)。在磁場中，給磁體施加外力作用，由于形狀變化，導致磁化強度發(fā)生變化。 （3）E效應(yīng)。磁致伸縮材料由于磁化狀態(tài)的改變而引起自身楊氏模量發(fā)生變化的現(xiàn)象。 （4）維德

2、曼效應(yīng)。在磁性體上施加適當?shù)拇艌?，當有電流通過時磁性體發(fā)生扭曲變形的現(xiàn)象。 （5）維德曼逆效應(yīng)。使磁體發(fā)生機械扭曲，則在二次線圈中產(chǎn)生電流。 （6）跳躍效應(yīng)。當磁致伸縮材料外加預應(yīng)力時，磁致伸縮呈跳躍式變化，磁化率也發(fā)生變化。磁致伸縮材料 1) 傳統(tǒng)金屬與合金 純鎳、鎳鈷合金(95%Ni-Co)、鐵鎳合金(45%Ni-Fe)、鐵鋁合金(13%A1-Fe)、鐵鈷合金(65%Co-Fe)等。:(30-70)10-6; 居里溫度較低。 2) 稀土合金超磁致伸縮材料 以Tb1-xDyxFe2化合物為基的合金如Tb0.3Dy0.7Fe2等。 極高：1500-200010-6，比傳統(tǒng)磁致伸縮材料大12個數(shù)

3、量級，故稱為稀土合金為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡稱GMM）。超磁致伸縮材料優(yōu)點 （1）磁致伸縮系數(shù)大。 （2）能量轉(zhuǎn)換效率高。超磁致伸縮材料在49%56%之間，而壓電陶瓷在23%52%之間，傳統(tǒng)的磁致伸縮材料僅為9%左右。 （3）居里溫度在300以上。遠比傳統(tǒng)的磁致伸縮材料高，可適用于較高的溫度環(huán)境。 （4）能量密度大。是Ni的400500倍，是壓電陶瓷的1230倍。 （5）機械響應(yīng)速度快。僅10-6s級且可電控。 （6）承載能力大?？稍趶妷毫Νh(huán)境下工作。 （7）工作頻帶寬。既適用于幾十赫茲的低頻又適用于超高頻。磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)

4、瑞典設(shè)計的對燃料噴射閥門進行控制的裝置。它由一根具有負磁致伸縮系數(shù)的棒去打開閥針。驅(qū)動線圈中的電流為零時，閥針將燃料流關(guān)閉；驅(qū)動線圈中通有電流時，閥針打開允許燃料流通過。可實現(xiàn)對燃料的精密、瞬時控制，使燃料充分燃燒，減少污染?？蓱?yīng)用于汽車和飛機等內(nèi)燃機。高壓薄膜泵 英國San Technology公司的Dariusz.A.Bushko和James.H.Goldie用Terfenol-D棒制成。在結(jié)合水力和電控裝置下，可實現(xiàn)強力、大行程的水力驅(qū)動，體積小且易控制。原理：通過線圈驅(qū)動GMM棒發(fā)生伸縮推動隔膜運動從而實現(xiàn)吸排。1.外殼 2.線圈 3.預壓彈簧 4.工作腔 5.高壓輸入閥6.低壓輸入閥

5、 7.隔膜 8.GMM棒 9.永磁體超磁致伸縮微位移執(zhí)行器1.外套 2.出水管 3.彈性體 4.輸出軸5.導向塊 6.導磁體 7.超磁致伸縮棒 8.水箱 9.永磁體 10.導向塊 11.進水管 12.導磁體 13.螺釘 14.底蓋 15.傳感器 16.線圈 17.骨架 18.電阻應(yīng)變片 我國大連理工大學研制，將GMM進行疊片放置減少渦流損耗，通過冷卻水消除溫度對GMM性能的影響，其拉伸強度比普通的更大，性能指標已達國際領(lǐng)先水平。 超精密機床微進給機構(gòu) 位移精確度高(可達納米級)、響應(yīng)速度快、輸入功率小、設(shè)計相對簡單，適用于精密和超精密加工。薄膜型磁致伸縮驅(qū)動器 當在超磁致伸縮薄膜的長度方向外加

6、磁場時，產(chǎn)生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜伸長，而產(chǎn)生負磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜縮短，橫梁便向下彎曲；而當在其橫向加磁場時，產(chǎn)生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜縮短，而產(chǎn)生負磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜伸長，橫梁則向上彎曲。磁致伸縮馬達 1988年德國柏林大學的L.Kiesewetter教授研制出世界上第一臺超磁致伸縮馬達。當移動線圈通入電流且位置發(fā)生變化時, 超磁致伸縮棒運動部分分別在縱向和徑向方向上產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變, 使超磁致伸縮棒交替伸縮, 像蟲子一樣蠕動前進。它的最大 速度可達 20mm/s 并具有驅(qū)動重載無反沖的優(yōu)點。方環(huán)換能器 在大功率低頻聲納系統(tǒng)方面，使用較多的水聲換能器是方環(huán)換能器，是由美國的Gould公司與Rayfhlon公司共同研制生產(chǎn)出來的。它最大的特點是在低頻中仍具備大功率，傳輸距離遠，而且體積小，耐高壓。在許多國家的海軍裝備中，其聲納系統(tǒng)都是由采用這種形式。力傳感器當受外力作用時，力作用使敏感元件產(chǎn)生形變并引起磁路狀態(tài)發(fā)生變化，通過監(jiān)測線圈中的感應(yīng)電壓實現(xiàn)對力的測量。采用永磁鐵作為預磁化場，設(shè)計了測量靜態(tài)力的磁致伸縮力傳感器，通過高斯計直接檢測空氣隙中磁通密度變化情況，實現(xiàn)力測量，簡化了裝置結(jié)構(gòu)，同時避免了直流電源引起的發(fā)熱問題。加速度傳感器由于彈簧的形變，使超磁致伸縮棒受到一個變化的應(yīng)力，