稀土超磁致伸縮材料

磁性材料由于磁場的變化，其長度和體積都要發生微小的變化，這種現象稱為磁致伸縮。其中長度的變化稱為線性磁致伸縮，體積的變化稱為體積磁致伸縮。體積磁致伸縮比線性磁致伸縮要弱得多，一般提到磁致伸縮均指線性磁致伸縮。磁致伸縮效應是1842年由焦耳發現的，故又稱焦耳效應。長期以來，作為磁致伸縮材料的主要是鎳、鐵等金屬或合金，由于磁致伸縮值較小，功率密度不高，故應用面較窄。主要用于聲納、超聲波發射等方面。

一、稀土超磁致伸縮材料

稀土超磁致伸縮材料是國外八十年代末新開發的新型功能材料。主要是指稀土-鐵系金屬間化合物。這類材料具有比鐵、鎳等大得多的磁致伸縮值，其磁致伸縮系數比一般磁致伸縮材料高約10²～10³倍，因此被稱為大或超磁致伸縮材料。并且機械響應快、功率密度高，在所有商品材料中，稀土超磁致伸縮材料是在物理作用下應變值最高、能量最大的材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金（Terfenol-D）的研制成功，更是開辟了磁致伸縮材料的新時代，Terfenol-D是70年代才發現的新型材料，該合金中有一半成份為鋱和鏑，有時加入鈥，其余為鐵，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制成功，當Terfenol-D置于一個磁場中時，其尺寸的變化比一般磁性材料變化大，這種變化可以使一些精密機械運動得以實現。鋱鏑鐵開始主要用于聲納，目前已廣泛應用于多種領域，從燃料噴射系統、液體閥門控制、微定位到機械致動器、太空望遠鏡的調節機構和飛機機翼調節器等領域。它具有比傳統的磁致伸縮材料和壓電陶瓷高幾十倍的伸縮性能。所以可廣泛用于聲納系統、大功率超大型超聲器件、精密控制系統、各種閥門、驅動器等，是一種具有廣闊發展前景的稀土功能材料。這種材料的發展使電-機械轉換技術獲得突破性進展。對尖端技術、軍事技術的發展及傳統產業的現代化產生了重要作用。

美國前沿技術(Edge Technologies)公司1989年開始生產稀土大磁致伸縮材料，其商品牌號為Terfenol-D，隨后瑞典Feredyn AB公司也生產、銷售稀土大磁致伸縮材料，產品牌號為Magmeg 86，近10多年來，日本、俄羅斯、英國和澳大利亞等也相繼研究開發出TbDyFe₂型磁致伸縮材料，并有少量產品銷售。稀土磁伸材料主要用于制作大功率聲納，后者廣泛應用于水下通訊、制導、捕魚、油井及地質探測等。其它應用包括閥門控制、精密車床、機器人、蠕動馬達、阻尼減振、延遲器及傳感器等。稀土磁致伸縮材料的開發與應用，日益受到人們的關注，產量及市場消費量增長非常迅速。據美國前沿技術公司統計，全世界Terfenol-D合金產量，1989年僅為100kg，1993年約1000kg，1995年達到10噸，而到1997年已達到70噸。美國國內每年用于聲納等器件的Terfenol-D材料價值約數百萬到1千萬美元，聲納、油壓機、機器人等器件的市場金額每年約6億美元。最近5年來，Terfenol-D的市場年增長率為100%。近期，美國宇航局與Energen公司簽約，投資開發新一代太空望遠鏡用致動裝置。

二、Terfenol-D材料的應用器件

?

?

1．聲納

一般的聲納發射頻率都在2kHz以上，但是低于此頻率的低頻聲納有其特殊的優越性：頻率越低、衰減越小、聲波就傳得越遠，同時頻率低受到水下無回聲屏蔽的影響就越小，用Terfenol-D材料制做的聲納可以滿足大功率、小體積、低頻率的要求，所以發展較快。

2．電-機換能器