磁致伸縮材料及應用要點課件

磁致伸縮材料及應用制作日期：2014/6/11磁致伸縮材料及應用制作日期：2014/6/111磁致伸縮效應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，又稱焦爾效應。磁致伸縮材料：具有磁致伸縮效應的磁(電)—機

械能轉(zhuǎn)換材料。磁致伸縮系數(shù)：λ=ΔL/LL為材料原來的長度，ΔL為材料長度改變量。磁致伸縮效應19世紀40年代，焦爾發(fā)現(xiàn)：當磁性體（如金屬Fe2磁致伸縮材料的特性

（1）焦耳效應。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。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）ΔE效應。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）維德曼效應。在磁性體上施加適當?shù)拇艌觯斢须娏魍ㄟ^時磁性體發(fā)生扭曲變形的現(xiàn)象。（5）維德曼逆效應。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。當磁致伸縮材料外加預應力時，磁致伸縮呈跳躍式變化，磁化率也發(fā)生變化。磁致伸縮材料的特性（1）焦耳效應。材料由于磁化狀態(tài)的改變3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。λ:(±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。λ極高：1500-2000×10-6，比傳統(tǒng)磁致伸縮材料大1～2個數(shù)量級，故稱為稀土合金為超磁致伸縮材料（GiantMagnetostrictiveMaterial簡稱GMM）。磁致伸縮材料1)傳統(tǒng)金屬與合金4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400~500倍，是壓電陶瓷的12~30倍。（5）機械響應速度快。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。超磁致伸縮材料優(yōu)點（1）磁致伸縮系數(shù)大。5磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)瑞典設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?？蓪崿F(xiàn)對燃料的精密、瞬時控制，使燃料充分燃燒，減少污染?？蓱糜谄嚭惋w機等內(nèi)燃機。磁致伸縮閥門燃料噴射系統(tǒng)瑞典設計的對燃料噴射閥門進行控制的裝6高壓薄膜泵英國SanTechnology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7.隔膜8.GMM棒9.永磁體高壓薄膜泵英國SanTechnology公司的Darius7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。

超磁致伸縮微位移執(zhí)行器1.外套2.出水管3.彈性體4.8超精密機床微進給機構(gòu)位移精確度高((可達納米級))、響應速度快、輸入功率小、設計相對簡單，適用于精密和超精密加工。超精密機床微進給機構(gòu)位移精確度高((可達納米級))、響應速度9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。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磁場時，10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。磁致伸縮馬達1988年德國柏林大學的L.Kiesewett11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。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12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)測線圈中的感應電壓實現(xiàn)對力的測量。采用永磁鐵作為預磁化場，設計了測量靜態(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。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13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力，導致自身磁導率的顯著變化，永磁體提供的磁場在超磁