【知識】稀土超磁致伸縮材料概述

磁場可以引起材料尺寸和形狀的變化，這就是磁致伸縮效應，過去主要在金屬鎳等材料中可觀察到相對伸縮為10-5的變化，並廣泛應用於超聲波發生器等換能器中。但1974年美國的A. E. Clark發現稀土-鐵化合物具有大至近百倍的磁致伸縮值，顯然具有重要的應用價值。經過10多年的努力，美國、日本等國都有若干公司可以提供有實用意義的（Tb,Dy）Fe2多晶取向棒。我國由中國科學院物理研究所在1976年首次對此開展研究，以後相繼有北京鋼鐵研究總院、北京科技大學等許多單位從事該項研究與開發，並建立了若干公司生產取得稀土-鐵磁致伸縮棒及相關器件產品。特別是1997年中國科學院物理研究所成功生長出（Tb,Dy）Fe2的<111>取向的單晶棒材，這一取向是磁致伸縮的最佳取向，但生長難度很大，國際上一直沒有突破，因此這一成果使我國的單晶生長處於國際領先水準。另外，北京科技大學也用自己的專利生長出<110>取向的多晶棒材，對應用有直接意義。這類稀土材料將在水聲聲納系統、精密加工系統、光學微調系統、航空航太減震系統、重要的閥門、噴口調節系統中獲得應用。

2002年12月，北京有色金屬研究總院稀土材料國家工程研究中心採用自行開發的"一步法"新工藝（即熔煉-定向凝固-熱處理在一台設備上連續完成），成功地製備出目前我國直徑最大的（直徑70mm、長度250mm）稀土超磁致伸縮材料，在低磁場下的磁致伸縮應變、機械性能、產品一致性、成品率等主要技術經濟指標均達到國際先進水準。 含稀土金屬鋱、鏑約60%的Tb-Dy-Fe系稀土磁致伸縮材料是繼釹鐵硼磁體之後稀土在新材料中應用的又一項重要突破。美國前沿技術公司（Edge Technologies）1989年開始生產牌號為Terfenol-D的稀土磁致伸縮材料，可用於電(磁)-機械(聲)能轉換領域。自問世以後，美國海軍系統開發了其在聲納中的應用，隨後瑞典、日本等國也相繼開展了研究和開發。到2000年，估計稀土磁致伸縮合金產量將達到100噸，高純Tb、Dy、Sm金屬需求總量將達到60噸。

我國稀土磁致伸縮材料研究最近取得了很大進展，已經進入市場，進入實用。已成功地製備出大尺寸定向凝固晶體，應用于海軍用大功率聲納以及長江三峽工程、小浪底工程用陸地聲納。目前包頭稀土研究院等單位已研製成功稀土磁致伸縮材料(Terfenol-D)，並具備了小批量生產的能力。


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