1、磁致伸縮材料及應用制作日期：2014/6/11磁致伸縮效應 19世紀40年代，焦爾發現：當磁性體（如金屬Fe、Ni）等的磁化狀態改變時，其外型尺寸或體積會發生微小的變化，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 械能轉換材料。 磁致伸縮系數：=L/L L為材料原來的長度，L為材料長度改變量。磁致伸縮材料的特性 （1）焦耳效應。材料由于磁化狀態的改變，其長度和體積會發生微小的變化。 （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，導致磁化強度發生變化。 （3）E效應。磁致伸縮材料由于磁化狀態的改變而引起自身楊氏模量發生變化的現象。 （4）維德

2、曼效應。在磁性體上施加適當的磁場，當有電流通過時磁性體發生扭曲變形的現象。 （5）維德曼逆效應。使磁體發生機械扭曲，則在二次線圈中產生電流。 （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，磁化率也發生變化。磁致伸縮材料 1) 傳統金屬與合金 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。:(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。 極高：1500-200010-6，比傳統磁致伸縮材料大12個數

3、量級，故稱為稀土合金為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡稱GMM）。超磁致伸縮材料優點 （1）磁致伸縮系數大。 （2）能量轉換效率高。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。遠比傳統的磁致伸縮材料高，可適用于較高的溫度環境。 （4）能量密度大。是Ni的400500倍，是壓電陶瓷的1230倍。 （5）機械響應速度快。僅10-6s級且可電控。 （6）承載能力大。可在強壓力環境下工作。 （7）工作頻帶寬。既適用于幾十赫茲的低頻又適用于超高頻。磁致伸縮閥門燃料噴射系統

4、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的棒去打開閥針。驅動線圈中的電流為零時，閥針將燃料流關閉；驅動線圈中通有電流時，閥針打開允許燃料流通過。可實現對燃料的精密、瞬時控制，使燃料充分燃燒，減少污染。可應用于汽車和飛機等內燃機。高壓薄膜泵 英國San Technology公司的Dariusz.A.Bushko和James.H.Goldie用Terfenol-D棒制成。在結合水力和電控裝置下，可實現強力、大行程的水力驅動，體積小且易控制。原理：通過線圈驅動GMM棒發生伸縮推動隔膜運動從而實現吸排。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

5、 7.隔膜 8.GMM棒 9.永磁體超磁致伸縮微位移執行器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先水平。 超精密機床微進給機構 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。薄膜型磁致伸縮驅動器 當在超磁致伸縮薄膜的長度方向外加

6、磁場時，產生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜伸長，而產生負磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜縮短，橫梁便向下彎曲；而當在其橫向加磁場時，產生正磁致伸縮的 Tb-Fe 薄膜縮短，而產生負磁致伸縮的 Sm-Fe 薄膜伸長，橫梁則向上彎曲。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 并具有驅動重載無反沖的優點。方環換能器 在大功率低頻聲納系統方面，使用較多的水聲換能器是方環換能器，是由美國的Gould公司與Rayfhlon公司共同研制生產出來的。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，其聲納系統都是由采用這種形式。力傳感器當受外力作用時，力作用使敏感元件產生形變并引起磁路狀態發生變化，通過監測線圈中的感應電壓實現對力的測量。采用永磁鐵作為預磁化場，設計了測量靜態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，實現力測量，簡化了裝置結構，同時避免了直流電源引起的發熱問題。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，