高性能磁致伸缩新材料 λ: 320PPM 推力200Kg

定义：由于外加磁场产生磁化强度引起物体的可逆变形。

    所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料）由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。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）。

    磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝(LH-L0) /L0， L0为原来的长度，LH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ppm代表。例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。

磁致伸缩材料

    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：

    ①镍和镍基合金（Ni-Co合金）；

    ②铁基合金，主要包括F e-Ni合金， Fe-Al合金， Fe-Co-V合金，Fe-Al-Ga 合金，Fe-Ga合金；

    ③Tb-Dy-Fe稀土金属间化合物磁致伸缩材料   

材料特性

    磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb-Dy-Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；能量转换效率高，(Tb-Dy-Fe材料可达70％)，而 Ni基合金仅有16％；弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在不同频率（几十至20000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。

技术上的应用

    由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）。转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。它在声纳的水声换能器技术，超声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。

大功率工业超声技术

    超声技术是一种新兴的，多学科交叉的重要科学。超声技术的发展给化工，食品，生物，医药等学科的研究开拓出了新的领域，并从应用上对上述工业产生重大影响。在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。近些年，在电子元器件深度清洗、高难有机废水处理、声化学处理、植物破壁、现代中药萃取，高精度加工制造、工业除垢解堵等现代工业领域，大功率超声技术显示出巨大的应用潜力和光明的应用前景。超声技术的早期，磁致伸缩材料曾作为主要换能材料；随着压电陶瓷材料的发展，压电材料在超声技术逐渐占据了统治地位。但是目前现有的压电陶瓷超声换能器无法实现超声波的大功率、连续输出，难以满足工业超声的大功率、连续、高可靠的工作要求，这是由于压电超声换能材料所存在的长时间工作发热问题难以克服（压电陶瓷为绝缘材料，长时间工作无法解决散热问题；又因为是电压驱动，无法水冷）、大面积元件难以制备、本征脆性大、抗张强度低、高周大疲劳条件下裂纹容易扩展、存在去极化现象等不足。大磁致伸缩超声换能器的优点有：1单位面积辐射功率大，单体功率容量大，可达数千瓦；2是金属磁致伸缩材料超声换能器耐机械冲击和电冲击能力强，工作效能稳定；3是磁致伸缩超声换能器为电流驱动，工作电压低，完全性高；4是磁致伸缩超声换能器可以水冷，换能工作时发热量小，工作稳定。因此，金属磁致伸缩材料超声换能器在高强度、大功率工业超声领域具有不可替代的作用。我公司产品Fe-Al，Fe-Co-V，Fe-Al-Ga，Fe-Ga等合金，材料的磁致伸缩性能覆盖了70-300ppm，通过选用不同性能的材料，可制造从几百瓦到5000瓦以上的超声换能器，以满足不同领域对大功率超声波技术的需求，克服压电陶瓷超声换能器不能大功率、连续工作的缺点。

声频、微位移驱动器等其它方面应用

    稀土超磁致伸缩材料在声频等方面也有广阔的应用前景。用该材料制造的电声换能器，可用于波动采油，可提高油井的产油量达20％~100％，可促进石油工业的发展；用该材料制造的薄型（平板型）喇叭，振动力大，音质好，高保真，可使楼板、墙体、桌面、玻璃窗振动和发音，可作水下音乐、水下芭蕾伴舞的喇叭等。 此外，用该材料可制造反噪声与噪声控制，反振动与振动控制系统。将一个咖啡杯人力反噪声控制器安装在与引擎推进器相连接的部件内，使它与噪声传感器联接，可使运载工具的噪声降低到使旅客感到舒服的程度（≤20dB）以下。反振动与减振器应用到运载工具，如汽车等，可使汽车振动减少到令人舒服的程度。用稀土超磁致伸缩材料制造的微位移驱动器，可用于机器人、自动控制、超精密机械加工、红外线、电子束、激光束扫描控制、照相机快门、线性电机、智能机翼、燃油喷射系统、微型泵、阀门、传感器等等。有专家认为，稀土超磁致伸缩材料的应用可诱发一系列的新技术，新设备，新工艺。它是可提高一个国家竞争力的材料，是21世纪战略性功能材料。