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磁致伸缩材料磁致伸缩效应简介

磁致伸缩材料是一种具备磁致伸缩特性的材料,通常是可将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的金属、合金以及铁氧体等磁性材料的统称。

磁致伸缩材料磁致伸缩效应简介,

磁致伸缩效应简介

所谓磁致伸缩效应,是指铁磁体在被外较低,涡流损耗较大(在制作时可以通过把它压延成薄片后以层间绝缘的方式迭制来减少涡流损耗)。此外,其价格昂贵,故目前已多采用其合金,如镍铁-45%Ni最为常用,还有镍钴铬合金等。

铁铝合金:87%Fe+13%Al,这种材料的价格比较低廉而受到广泛应用。其机械性能较脆是它的弱点,但仍可压延成片使用,此外,其耐蚀性也尚不致有太多影响,其性能接近低镍含量的铁镍合金。

铁钴钒合金:这种材料的磁致伸缩效应比镍还强,居里温度也比镍高得多,而且还具有恒磁性,但是它的性能与热处理关系极大(化学成分和热处理都是合金特定状态-磁畴形成的重要条件)。此外还有铁钴合金(由等份量的铁和钴组成,具有很高的饱和磁导率,例如英国<超声学>中介绍的用于15-100KHz的磁致伸缩换能器,采用49%Co+49%Fe的铁钴合金+2%V--称为坡莫合金,550℃退火,制成0.1mm厚度的冲压片迭制成辐射面为8.5x11mm的换能器,在磁场强度达到10000安/米时达到饱和-采用极化系统,其效率可达70%)

[2]铁氧体

所谓铁氧体,是一种具有高电阻率的铁氧非金属磁性材料,通常是以四氧化三铁(Fe3O4)为基体再加入其他成分烧结而成,因而便于直接烧结成所需的几何形状。铁氧体材料的优点是电声效率高(可达75%以上,如要输出10千瓦声功率时,电振荡器只要输出约13千瓦左右即可,因此所需电振荡器的体积显然比用镍的情况小得多),由于电阻率高而使得涡流损耗和磁滞损失也较小,而且磁致伸缩效应显着,适合用作接收换能器,此外,其价格低廉也是重要的优点之一。

缺点主要是烧结体的机械强度差,在承受一定的应力时会显着恶化磁致伸缩性能(降低机电耦合系数-可下降2/3,降低磁导率-可下降40%),在相差不多的压应力作用下,镍的机电耦合系数只下降1/7左右,磁导率下降20%左右,因此,铁氧体磁致伸缩换能器的单个功率不能太大,若要功率大时,则需采用多个并联使用的措施,而且铁氧体和容器只能胶合不能焊合,也影响其用途的推广。另外,铁氧体的老化和温度稳定性也不够理想。

典型的铁氧体材料有镍铁氧体、镍钴铁氧体、镍铜钴铁氧体等,其机电耦合系数范围在0.2-0.3,适用于数千赫兹到100千赫兹的频率范围。

[3]新型磁致伸缩材

料近年来新开发的新型磁致伸缩材料很多,比较突出的有:

铁系非晶态强磁体:非晶态金属是一种原子排列杂乱无序(类似液体),结构稠密的固体金属,这是特异状态的物质,是由熔融金属高速冷却制成的。它具有较强的韧性和较大的变形能力,耐蚀性也很强。由于非晶态金属的原子排列无秩序,在原理上不会存在结晶体的磁性能各向异性。含有多量铁的非晶态强磁性体具有很大的磁致伸缩效应和高磁导率等,是优良的电声换能材料。如:Fe80p13C7、Fe66CO12Si8B14、Fe78Si10B12等。稀土类-铁合金:利用稀土金属与铁组成的合金R-F2有很大的磁致伸缩效应和其他一些优异性能,适合制作高输出的换能器,缺点是制造成本很高,加工性能差,脆性大等,尚有待改进。典型材料有:铽镝铁合金如(Tb0.26Dy0.74)Fe2和(Tb0.27Dy0.73)Fe2-δ合金系等。

四氧化三铁系统材料:这是在四氧化三铁中添加了少量的氧化钴(CoO)、氧化硅和氧化钛,从而可以消除四氧化三铁磁性能上的各向异性,控制它的低电阻抗值,获得较高的磁致伸缩性能,可用到高压力和变温度的苛刻工作环境中去。

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