在鏑(DY)等稀土金屬中發(fā)現(xiàn)了超磁致伸縮現(xiàn)象后， 人們就開(kāi)始以稀土金屬和Lay e s型(C15)金屬間化臺(tái)物為中心全力進(jìn)行著研究。由于引進(jìn)了近幾年新開(kāi)發(fā)的晶體生長(zhǎng)控制技術(shù)， 已成功地獲得了室溫下幾百個(gè)奧斯特(Oe)的低磁場(chǎng)和超過(guò)0．1弼的超磁致伸縮特性 目前， 對(duì)這類材料及應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)工作正在積極地進(jìn)行著。本文概要地介紹了超磁致伸縮材料的特性及其在磁致伸縮位移傳感器、變進(jìn)器方面應(yīng)用的可能性。
1、磁致伸縮現(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，其程度因伸縮的不同而異。這種現(xiàn)象，不論在過(guò)去常見(jiàn)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(duì)稱型磁體外形(正方形)會(huì)隨外世附加磁場(chǎng)的磁化使晶格發(fā)生形變．而進(jìn)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(chǎng)方向的形變(△ 1／ 1) 和其垂直方向的形變(△ 1／1) ，就可求出單晶體及各向同性體磁體的磁致伸縮值。不過(guò)．磁體的磁致伸縮值使用上述各向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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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4 f電子的大的軌道角動(dòng)量與自施軌道相互作用的結(jié)果。計(jì)算出各種稀土金屬與鐵形成的Layes型金屬問(wèn)化合物的磁致伸縮理論值 。但在室溫以下的極低溫度時(shí)有的稀土金屬單質(zhì)也具有磁致伸縮特性。
2、結(jié)昌生長(zhǎng)控崩和磁場(chǎng)各向異性及磁致伸縮
鏑(Dy)、Tb等稀土金屬與鐵形成的Lay e s型金屬問(wèn)化合物．在室溫下顯示出超過(guò)0．1嘶的超磁致伸縮現(xiàn)象， 在對(duì)傳感器． 強(qiáng)力振子， 機(jī)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?。?③ 能發(fā)生大的力， ◎ 電一一機(jī)械變換效率高等幾項(xiàng)指標(biāo)的問(wèn)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闖隙中具有由4個(gè)鐵原子構(gòu)成的四面體型尺寸因子最稠密的構(gòu)造．對(duì)稱性很高。因此，其(100)方向的磁致伸縮值如果倪按前面所說(shuō)的稀土金屬磁致形變考慮 理論上為零 存在著的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( tt )。不僅從磁致伸縮值． 從低磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)(低輸入電力)的角度看也是很理想的。
依阿華州立大學(xué)的Vcrhoven等人進(jìn)行了TERF—ENOL—D(Tb 。Dy ． Fe ． ．t．o)無(wú)缺陷單晶生長(zhǎng)試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以[112)為生長(zhǎng)軸只能得到雙晶。詳細(xì)地研究了樹(shù)枝狀相、雙晶形成過(guò)程后認(rèn)為：以易磁化軸[111]方向作生長(zhǎng)軸時(shí)能得到無(wú)缺陷單晶體．也提出了(001)樹(shù)枝狀晶體生長(zhǎng)條件控制方法。Clark等人研究了目前的雙晶晶體在10MPa左右的壓縮應(yīng)力下．在2000e的低磁場(chǎng)時(shí)觀察到了磁致伸縮突變現(xiàn)象，認(rèn)為在低磁場(chǎng)下也存在著實(shí)現(xiàn)超過(guò)0．1叻的超磁致伸縮的某種可能性。這種晶體生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展， 從磁場(chǎng)的各向異性，磁矯頑力的觀點(diǎn)看也是很重要的， 目前同時(shí)具有超磁致伸縮性和軟磁性的化合物只有TbFe：-DyFe系列 人們期待著擴(kuò)大這類材料的范圍， 實(shí)現(xiàn)成本低，機(jī)一電變換系數(shù)更大的要求．從傳感器應(yīng)用的觀點(diǎn)看，可以說(shuō)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
3、對(duì)傳患囂一一變送量應(yīng)用的可能性
作為能產(chǎn)生強(qiáng)力、大變位材料的超磁致伸縮臺(tái)金， 除直接利用其磁致伸縮效應(yīng)制成機(jī)械控制器件， 強(qiáng)力振子外， 利用其逆磁致伸縮效應(yīng)將機(jī)械能變換成電能的高壓傳感器，震動(dòng)傳感器方面的研究開(kāi)發(fā)也正在積極地進(jìn)行著。比如正在試制的一種磁致伸縮效應(yīng)變送器， 它是由超磁致伸縮舍金桿，產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)的磁鐵、偏轉(zhuǎn)線圈等構(gòu)成。桿直徑6 mm長(zhǎng)50112I~I，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(chǎng)可設(shè)計(jì)到5000t左右 這種變送器， +6 mm桿上施加20Kg負(fù)荷時(shí)的狀態(tài)(應(yīng)力約IKg／mm )顯示出與無(wú)負(fù)荷時(shí)同樣的變位特性，是一種具有極其優(yōu)良的負(fù)荷特性的周體變送器。這種高強(qiáng)度特性和利用逆磁致伸縮效應(yīng)的壓力傳感器一樣．有希望成為一種超高壓力傳感器。
4、今后的課墨
我們從這種超磁致伸縮臺(tái)金磁致形變產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，研究了Layes型金屬間化臺(tái)物中過(guò)渡元素金屬產(chǎn)生的四面體結(jié)構(gòu)， 用抗強(qiáng)磁性相互作用能力很高的錳來(lái)置換某種過(guò)渡金屬， 實(shí)現(xiàn)各向異性的控制和高性能化。當(dāng)用Mn置換一部份Fe形成TbDy(FeMn) 時(shí)， 由于Ma具有很高的抗強(qiáng)磁性相互作用能力和過(guò)渡金屬三角形晶格結(jié)構(gòu)及稀土金屬與過(guò)渡金屬問(wèn)抗乎行結(jié)合性，所以既使有少量置換量也會(huì)明顯地影響磁場(chǎng)各向異性及磁致伸縮性能。象易磁化軸為[1OO]的Dy(CO Fe )：用C0置換時(shí)，C0含量高時(shí)過(guò)渡金屬的3 d電子會(huì)出現(xiàn)局部崩塌現(xiàn)象， 而在[100]方向的磁致伸縮值
超過(guò)0．1嚦，顯示出超磁致伸縮現(xiàn)象 不置換Fe化臺(tái)物就沒(méi)有這么大的磁致伸縮特性。這種現(xiàn)象于有稀土金屬的化臺(tái)物中，其本質(zhì)還不太清楚。弄清楚這種機(jī)理是今后實(shí)現(xiàn)高磁致伸縮效應(yīng)低磁場(chǎng)各向異性化的課題之一 人們期望通過(guò)了解這種機(jī)理而制造出成本更低，磁場(chǎng)更低而超磁致伸縮現(xiàn)象更大的臺(tái)金材料。
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