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在常溫下由于磁化狀態(tài)的改變,其長度和體積會(huì)發(fā)生較大變化,即具有極大的磁致伸縮系數(shù)的磁致伸縮材料被稱為超磁致伸縮材料由于多為稀土構(gòu)筑,又稱稀土超磁致伸縮材料。這種材料具有很高的耐熱溫度,磁致伸縮性能強(qiáng)。在室溫下,機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換率高、能量密度大、響應(yīng)速度快、可靠性好、驅(qū)動(dòng)方式簡單。
超磁致伸縮材料具有下列優(yōu)點(diǎn):磁致伸縮應(yīng)變比純Ni大5O倍,比PZT材料大5~25倍,比純Ni和N卜Co合金高400800倍,比PZT材料高14~30倍;磁致伸縮應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生的推力很大,直徑約為10mm的Tb-Dy-Fe的棒材,磁致伸縮時(shí)產(chǎn)生約200kg的推力:能量轉(zhuǎn)換效率(用機(jī)電耦合系數(shù)K。。表示)高達(dá)7O,而Ni基合金僅有162/5,PZT材料僅有4O~6O;其彈性模量隨磁場而變化,可調(diào)控;響應(yīng)時(shí)間(由施加磁場到產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變所需的時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間)僅為百萬分之一秒,比人的思維還快;頻率特性好,可在低頻率(幾十至1000Hz)下工作,工作頻帶寬;穩(wěn)定性好、可靠性高,其磁致伸縮性能不隨時(shí)間而變化;無疲勞、無過熱失效問題。
自超磁致伸縮效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,人們期待著各種各樣的實(shí)際應(yīng)用,但由于需要強(qiáng)磁場及大型電磁鐵等故很難應(yīng)用于器件。為了能在較低的外磁場下達(dá)到超磁致伸縮效果,人們開發(fā)出實(shí)用的TbDy。Fe合金。該合金是由TbFe和DyFe金屬間化合物構(gòu)成的混晶,由于TbFe,DyFe這兩種磁各向異性相反的化合物混合的結(jié)果,可使達(dá)到磁致伸縮飽和的磁場強(qiáng)度降低。TbDyFe(Terfenol—D)的磁致伸縮系數(shù)和TbFe,DyFe相比沒有太大的差別,但是他的K。值趨近于0,即軟磁性,這使他的飽和磁化強(qiáng)度大大降低,一般在8~16kA/m的情況下磁致伸縮即出現(xiàn)飽和的趨勢。因而具有很好的實(shí)用價(jià)值。
該材料因制作方法的不同,性能差別很大。有些制作工藝盡管能發(fā)揮出材料的性能,但往往比較昂貴,為此需要做到價(jià)格性能兼顧。
晶體的[111]方向上的磁致伸縮量zui大,應(yīng)盡量使材料產(chǎn)生織構(gòu),以提高材磁致伸縮性能。材料晶體的取向一般分為4種:無序多晶組織;具有一定取向的多晶組織;柱狀晶;單晶。
超磁致伸縮材料主要為單晶和柱狀晶,其中單晶的制作采用區(qū)熔法、單晶拉制法;柱狀晶采用定向凝固法:使熔化的材料由一端冷卻,由此凝固拉長得到柱狀晶。總之,制作方法不同,材料的組織結(jié)構(gòu)不同,從而材料的磁致伸縮性能差別也很大。
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