在鏑等稀土金屬中發(fā)現(xiàn)了超磁致伸縮現(xiàn)象后，人們就開始以稀土金屬和Laves型金屬間化合物為中心全力進行著研究。由于引進了近幾年新開發(fā)的晶體生長控制技術(shù)，已成功的獲得了室溫下幾百個奧斯特的低磁場和超過0.1%的超磁致伸縮特性。目前，對這類材料及應(yīng)用的研究開發(fā)工作正在積極地進行著。本文概要的介紹了超磁致伸縮材料的特性及其在傳感器、變送器方面應(yīng)用的可能性。
1、磁致伸縮線現(xiàn)象和超磁致伸縮
在磁體中存在著在磁化方向上晶格形變的磁致伸縮現(xiàn)象，其成都因伸縮的不同而異。這種現(xiàn)象，不論在過去常見的鐵、鈷、鎳等磁性金屬，鐵氧體等氧化物磁體中，還是在比較新的非晶態(tài)磁性合金中都存在，這是的。
正如上述，磁體中在磁化方向上晶格存在著磁致伸縮造成的形變現(xiàn)象。為保持其正常磁區(qū)結(jié)構(gòu)，立方晶系的單晶，其對稱型磁體外形會隨外世附加磁場的磁化使晶格發(fā)生形變，而進行再排列，造成磁體最初外形發(fā)生變化。根據(jù)磁體的這種外形變化，即從沿外加磁場方向的形變和其垂直方向的形變，就可求出單晶體及各向同性體磁體的磁致伸縮值。不過，磁體的磁致伸縮值使用上述各項同性體的飽和磁致伸縮值的情況比較多。具有磁致伸縮值遠遠超過一般磁致形變材料磁致伸縮現(xiàn)象的起源是由于稀土金屬原子中局部的電子的大的軌道角動量與自施軌道相互作用的結(jié)果。利用Stecevs因子a，全角動量J，4f電子云的平均半徑可以計算出各種稀土金屬浴鐵形成的Laves型金屬間化合物的磁致伸縮理論值。但在室溫以下的極低溫度時有的稀土金屬單質(zhì)也具有約1%的磁致伸縮特性。
2、結(jié)晶生長控制和磁場各向異性及磁致伸縮
鏑、Tb等稀土金屬與鐵形成的Laves型金屬間化合物，在室溫下顯示出超過1%的超磁致伸縮現(xiàn)象，在對傳感器，強力振子，機械控制器體方面的應(yīng)用中，目前正在研究能獲得①磁滯現(xiàn)象小，②能發(fā)生大的力，③電---機械變化效率高等幾項指標的問題。
但是這種化合物在形成的金剛石晶格的稀土金屬原子的見習(xí)中具有由4個鐵原子構(gòu)成的四面體型尺寸因子最稠密的構(gòu)造，對稱性很高。因此，其方向的磁致伸縮值如果僅按前面所說的稀土金屬磁致形變考慮，理論上為零，存在極大的磁致形變各向異性，與其使用其多晶體就不如使用其單晶體易磁化軸方向的磁致形變，不僅從磁致伸縮值，從低磁場驅(qū)動（低輸入電力）的角度看也是很理想的。
依阿華州立大學(xué)的Verhoven等人進行了無缺陷單晶生長試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以112為生長軸只能得到雙晶。詳細地研究了樹枝狀相、雙晶形成過程后認為：以易磁化軸方向作生長軸時能得到無缺陷單晶體，也提出了001樹枝狀晶體生長條件控制方法。研究了目前的雙晶晶體，在10MPa左右的壓縮應(yīng)力下，在100Oe的地磁場時觀察到了磁致伸縮突變現(xiàn)象，認為在低磁場下也存在著實現(xiàn)超過0.1%的超磁致伸縮的某種可能性。這種晶體生長技術(shù)的發(fā)展，從磁場的各向異性、磁矯頑力的觀點看也是很重要的，目前同時具有超磁致伸縮性和軟磁性的化合物只有TbFe2-DyFe系列。人們期待著擴大這類材料的范圍，實現(xiàn)成本低、機一電變化系數(shù)更大的要求，從創(chuàng)拿起應(yīng)用的觀點看，可以說是一項關(guān)鍵技術(shù)。
3、對傳感器-變動器應(yīng)用的可能性
作為能產(chǎn)生強力、大變位材料的超磁致伸縮合金，除直接利用其磁致伸縮效應(yīng)制成機械控制器件、強力振子外，利用其逆磁致伸縮效應(yīng)將機械能變換成電能的高壓傳感器、振動傳感器方面的研究開發(fā)也正在積極地進行著。比如正在試制的一種磁致伸縮效應(yīng)變送器，它是由超磁致伸縮合金桿、產(chǎn)生偏置磁場的磁鐵、偏轉(zhuǎn)線圈等構(gòu)成。桿直徑6mm長50mm，是一種超磁致伸縮合金（多晶體）材料。從磁滯特性角度考慮，偏置磁場可設(shè)計到500Ot左右。這種變送器，φ6mm桿上施加20Kg負荷時的狀態(tài)（應(yīng)力約1Kg/mm）顯示出與無負荷時同樣的變位特性，是一種具有及其優(yōu)良的負荷特性的固體變送器。這種高強度特性和利用逆磁致伸縮效應(yīng)的壓力傳感器一樣，有希望稱為一種超高壓力傳感器。
4、今后的課題
我們從這種超磁致伸縮合金磁致形變產(chǎn)生的機理觸發(fā)，研究了Laves型金屬間化合物中過渡元素金屬產(chǎn)生的四面體結(jié)構(gòu)，用抗強磁性相互作用能力很高的錳來置換某種過渡金屬，實現(xiàn)各向異性的控制和高性能化。當用Mn置換一部份Fe形成TbDy時，由于Mn具有很高的抗強磁性相互作用能力和過渡金屬三角形晶格結(jié)構(gòu)及稀土金屬與過渡金屬間抗平行結(jié)合性，所以即使有少量置換量也會明顯的影響磁場各向異性及磁致伸縮性能。象易磁化軸為100的Dy用Co置換時，Co含量高時過渡金屬的3d電子會出現(xiàn)局部崩塌現(xiàn)象，而在100方向的磁致伸縮值超過0.1%，顯示出超磁致伸縮現(xiàn)象；不置換Fe化合物就沒有這么大的磁致伸縮特性。這種現(xiàn)象于有稀土金屬的化合物中，其本質(zhì)還不太清楚。弄清楚這種機理是今后實現(xiàn)高磁致伸縮效應(yīng)低磁場各向異性話的課題之一。人們期望通過了解這種機理而制造出成本更低、磁場更低而超磁致伸縮現(xiàn)象更大的合金材料。
