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磁致伸缩材料及应用 制作日期：2014/6/11 磁致伸缩效应 19世纪40年代，焦尔发现：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，这就是磁致伸缩效应，又称焦尔效应。 磁致伸缩材料：具有磁致伸缩效应的磁(电) —机 械能转换材料。 磁致伸缩系数：λ=ΔL/L L为材料原来的长度，ΔL为材料长度改变量。 磁致伸缩材料的特性 　　（1）焦耳效应。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。 （2）维拉里效应。在磁场中，给磁体施加外力作用，由于形状变化，导致磁化强度发生变化。 （3）ΔE效应。磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而引起自身杨氏模量发生变化的现象。 　　（4）维德曼效应。在磁性体上施加适当的磁场，当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象。 　　（5）维德曼逆效应。使磁体发生机械扭曲，则在二次线圈中产生电流。 　　（6）跳跃效应。当磁致伸缩材料外加预应力时，磁致伸缩呈跳跃式变化，磁化率也发生变化。 磁致伸缩材料 1) 传统金属与合金 纯镍、镍钴合金(95%Ni-Co)、铁镍合金(45%Ni-Fe)、铁铝合金(13%A1-Fe)、铁钴合金(65%Co-Fe)等。λ:(±30-70)×10-6; 居里温度较低。 2) 稀土合金超磁致伸缩材料 以Tb1-xDyxFe2化合物为基的合金如Tb0.3Dy0.7Fe2等。λ 极高：1500-2000×10-6，比传统磁致伸缩材料大1～2个数量级，故称为稀土合金为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material 简称GMM）。 超磁致伸缩材料优点 （1）磁致伸缩系数大。 　（2）能量转换效率高。超磁致伸缩材料在49%~56%之间，而压电陶瓷在23%~52%之间，传统的磁致伸缩材料仅为9%左右。 　（3）居里温度在300℃以上。远比传统的磁致伸缩材料高，可适用于较高的温度环境。 　（4）能量密度大。是Ni的400~500倍，是压电陶瓷的12~30倍。 　（5）机械响应速度快。仅10-6s级且可电控。 　（6）承载能力大。可在强压力环境下工作。 （7）工作频带宽。既适用于几十赫兹的低频又适用于超高频。 磁致伸缩阀门燃料喷射系统 瑞典设计的对燃料喷射阀门进行控制的装置。它由一根具有负磁致伸缩系数的棒去打开阀针。驱动线圈中的电流为零时，阀针将燃料流关闭；驱动线圈中通有电流时，阀针打开允许燃料流通过。可实现对燃料的精密、瞬时控制，使燃料充分燃烧，减少污染。可应用于汽车和飞机等内燃机。 高压薄膜泵 英国San Technology公司的Dariusz.A.Bushko和James.H.Goldie用Terfenol-D棒制成。在结合水力和电控装置下，可实现强力、大行程的水力驱动，体积小且易控制。原理：通过线圈驱动GMM棒发生伸缩推动隔膜运动从而实现吸排。 超磁致伸缩微位移执行器 1.外套 2.出水管 3.弹性体 4.输出轴 5.导向块 6.导磁体 7.超磁致伸缩棒 8.水箱 9.永磁体 10.导向块 11.进水管 12.导磁体 13.螺钉 14.底盖 15.传感器 16.线圈 17.骨架 18.电阻应变片 我国大连理工大学研制，将GMM进行叠片放置减少涡流损耗，通过冷却水消除温度对GMM性能的影响，其拉伸强度比普通的更大，性能指标已达国际领先水平。 超精密机床微进给机构 位移精确度高((可达纳米级))、响应速度快、输入功率小、设计相对简单，适用于精密和超精密加工。 薄膜型磁致伸缩驱动器 当在超磁致伸缩薄膜的长度方向外加磁场时，产生正磁致伸缩的 Tb-Fe 薄膜伸长，而产生负磁致伸缩的 Sm-Fe 薄膜缩短，横梁便向下弯曲；而当在其横向加磁场时，产生正磁致伸缩的 Tb-Fe 薄膜缩短，而产生负磁致伸缩的 Sm-Fe 薄膜伸长，横梁则向上弯曲。 磁致伸缩马达 1988年德国柏林大学的L.Kiesewetter教授研制出世界上第一台超磁致伸缩马达。当移动线圈通入电流且位置发生变化时, 超磁致伸缩棒运动部分分别在纵向和径向方向上产生磁致伸缩应变, 使超磁致伸缩棒交替伸缩, 像虫子一样蠕动前进。它的最大 速度可达 20mm/s 并具有驱动重载无反冲的优点。 方环换能器 在大功率低频声纳系统方面，使用较多的水声换能器是方环换能器，是由美国的Gould公司与Rayfhlon公司共同研制生产出来的。它最大的特点是在低频中仍具备大功率，传输距离远，而且体积小，耐高压。在许多国家的海军装备中，其声纳系统都是由采用这种形式。 力传感器 当受外力作用时，力作用使敏感元件产生形变并引起磁路状态发生变化，通过监测线圈中的感应电压实现对力的测量。 加速度传感器 由于弹簧的形变，使超磁致伸缩棒受到一个变