【知识】稀土超磁致伸缩材料概述

磁场可以引起材料尺寸和形状的变化，这就是磁致伸缩效应，过去主要在金属镍等材料中可观察到相对伸缩为10-5的变化，并广泛应用于超声波发生器等换能器中。但1974年美国的A. E. Clark发现稀土-铁化合物具有大至近百倍的磁致伸缩值，显然具有重要的应用价值。经过10多年的努力，美国、日本等国都有若干公司可以提供有实用意义的（Tb,Dy）Fe2多晶取向棒。我国由中国科学院物理研究所在1976年首次对此开展研究，以后相继有北京钢铁研究总院、北京科技大学等许多单位从事该项研究与开发，并建立了若干公司生产取得稀土-铁磁致伸缩棒及相关器件产品。特别是1997年中国科学院物理研究所成功生长出（Tb,Dy）Fe2的<111>取向的单晶棒材，这一取向是磁致伸缩的最佳取向，但生长难度很大，国际上一直没有突破，因此这一成果使我国的单晶生长处于国际领先水平。另外，北京科技大学也用自己的专利生长出<110>取向的多晶棒材，对应用有直接意义。这类稀土材料将在水声声纳系统、精密加工系统、光学微调系统、航空航天减震系统、重要的阀门、喷口调节系统中获得应用。

2002年12月，北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心采用自行开发的"一步法"新工艺（即熔炼-定向凝固-热处理在一台设备上连续完成），成功地制备出目前我国直径最大的（直径70mm、长度250mm）稀土超磁致伸缩材料，在低磁场下的磁致伸缩应变、机械性能、产品一致性、成品率等主要技术经济指标均达到国际先进水平。 含稀土金属铽、镝约60%的Tb-Dy-Fe系稀土磁致伸缩材料是继钕铁硼磁体之后稀土在新材料中应用的又一项重要突破。美国前沿技术公司（Edge Technologies）1989年开始生产牌号为Terfenol-D的稀土磁致伸缩材料，可用于电(磁)-机械(声)能转换领域。自问世以后，美国海军系统开发了其在声纳中的应用，随后瑞典、日本等国也相继开展了研究和开发。到2000年，估计稀土磁致伸缩合金产量将达到100吨，高纯Tb、Dy、Sm金属需求总量将达到60吨。

我国稀土磁致伸缩材料研究最近取得了很大进展，已经进入市场，进入实用。已成功地制备出大尺寸定向凝固晶体，应用于海军用大功率声纳以及长江三峡工程、小浪底工程用陆地声纳。目前包头稀土研究院等单位已研制成功稀土磁致伸缩材料(Terfenol-D)，并具备了小批量生产的能力。


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