稀土超磁致伸缩材料介绍及应用

在居里点温度以下时,铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变,其长度
和体积会发生微小的变化,这种现象称之为磁致伸缩效应,长度的变化是1842年由焦耳发现
致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。它具有电磁能与机
械能或声能相互转换功能。“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩
功能材料,是一种高效的 Tb-Dy-Fe 合金。它在低磁场驱动下产生的应变值高达
15002000ppm,是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的 58 倍、镍基材料的
4050 倍,因此被称之为“超磁致伸缩材料”。
“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高,可瞬间响应,并且具
有可靠性高、居里温度高等优点,而且还是一种环保型材料;其所具有的卓越的
电磁能与机械能或声能转换性能,是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。
“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领
域,从军工、航空、海洋船舶、石油地质,到汽车、电子、光学仪器、机械制造,
再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业,无处没有它大显身手的机会。
中医推拿按摩床在国防、航空航天和高技术领域:如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移
驱动(如飞机机翼和机器人的自动调控系统)、噪声与振动控制系统、海洋勘探
与水下通讯、超声技术(医疗、化工、制药、焊接等)、燃油喷射系统等领域,
有广阔的应用前景。
“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高,目前只有少数
几个国家的个别企业能够生产。
由三个组元组成(Tbl    xDyxFeyX027~040Y190~20
在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金,如 Tbo03Dy07Fe195 首先
20 世纪 70 年代初由美国海军表面武器实验室的 A CClark 博士等人发明,
当即他们申请了美国专利。美国海军表面武器实验室于 1987 年将该专利技术转
让给美国阿依华州 A mes 市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材
料的 E   trema INC 分公司。随后美国的 G ibson Verhoeven 等人对
Tbo03Dy07Fe195 合金晶体取向棒材(包括管材,片材等)的制造设备、

技术与工艺做了大量的研究,发明了一种连续生产取向(TbDyFe)磁致伸缩
材料的方法,并申请了专利。北京科技大学经系统的研究优化了成分,采用与美
国专利完全不同的成分、设备和技术来制造<110>轴向取向的 TbDyR’)
FeM)超磁致伸缩材料。共申请了两项发明专利,其中第一项专利名称为稀
土超磁致伸缩材料,专利号为: Z L61993 6 月生效,有效期 20
年;第二项发明专利名称为:稀土超磁致伸缩材料及制造工艺,专利号为: Z
L82001 5 2 日生效,有限期 20 年。
美国 G ibson Verhoeven 等人的专利和北京科技大学周寿增等人的专利
是目前世界上对稀土超磁致伸缩材料具有独立知识产权的专利。
稀土超磁致伸缩材料由三个组元组成(TblxDyxFeyX测井设备027~0逃生系统40
Y190~20)在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金,如
Tbo03Dy07Fe195 首先于 数码贴膜20 世纪 70 年代初由美国海军表面武器实验室的
ACClark 博士等人发明。随后美国的 G ibson Verhoeven 等人对
Tbo03Dy07Fe195 合金晶体取向棒材(包括管材,片材等)的制造设备,
技术与工艺做了大量的研究,发明了一种连续生产取向(TbDyFe)磁致伸缩
材料的方法。
该材料在军、民两用高技术领域有广阔的应用前景,专家预计到 2010 年的
销售额可以达到 18 亿美元。
1.    磁致伸缩现象(或效应):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=(lHlo)/lo1o 为原来的长度,1
H 为物质在外磁场作用下伸长(或缩短)后的长度。
2.    磁致伸缩材料主要有三大类:即手动折弯机是磁致伸缩的金属与合金,如镍和金煤
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);是铁氧体磁致伸
缩材料,如 N iCo NiCoCu 铁氧体材料等。前两种称为传统磁致
伸缩材料,其λ值(在 2080ppm 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 ZrTiC03 材料,(简称为

P ZT 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;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。
3.    稀土超磁致伸缩材料:以( TbDyFe2 化合物为基体的合
Tb03Dy0搓齿机7Fe195 材料(Tb    DyFe 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。
磁致伸缩现象
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=(lHlo)/lo lo 为原来的长度,1 H
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 p pm 代表。例如金属镍(Ni)的λ约 40ppm
自从发现物质的磁致伸缩效应后,人们就一直想利用这一物理效应来制造
有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料,主要有三
大类:即:磁致伸缩的金属与合金,如镍和金煤(Ni)基合金(Ni NiCo
金, NiCoCr 合金)和铁基合金(如 F eNi 合金, FeAl 合金, Fe Co
V 合金等)和铁氧体磁致伸缩材料,如 N iCo NiCoCu 铁氧体材料等。
这两种称为传统磁致伸缩材料,其λ值(在 2080ppm 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 ZrTiC03 材料,(简
称为 P ZT 或称压电陶瓷材料),其电致伸缩系数比金属与合金的大约

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