1、课题：铁磁材料及磁致课题：铁磁材料及磁致伸缩的应用研究伸缩的应用研究 研究者（05级物教班）田殿鹏（组长，演讲者） 张娟娟 李蕊霞 06年11月23日制作铁磁材料及磁致伸缩的铁磁材料及磁致伸缩的 应用研究应用研究一，铁磁质的定义；一，铁磁质的定义；二，铁磁质的分类，及其应用：二，铁磁质的分类，及其应用：三，磁致伸缩的定义及应用。三，磁致伸缩的定义及应用。1，铁磁材料是什么？，铁磁材料是什么？ 铁磁质是一种性能特异，用途广泛的磁介质。铁磁质是一种性能特异，用途广泛的磁介质。铁，钴，镍及其许多合金以及含铁的氧化物都属铁，钴，镍及其许多合金以及含铁的氧化物都属于铁磁质。于铁磁质。 铁、钢、镍、钴等铁
2、磁材料，没有受铁、钢、镍、钴等铁磁材料，没有受外磁场的作用时，其分子电流所产生的合成磁矩外磁场的作用时，其分子电流所产生的合成磁矩在宏观上等于零，因而不呈现磁性。当铁磁材料在宏观上等于零，因而不呈现磁性。当铁磁材料被引入外磁场时，在外磁场的作用下，内部分子被引入外磁场时，在外磁场的作用下，内部分子磁矩排列整齐的过程称为磁化。某些铁磁物质一磁矩排列整齐的过程称为磁化。某些铁磁物质一经磁化。即使去除外磁场后，仍有很大的剩余磁经磁化。即使去除外磁场后，仍有很大的剩余磁感应强度，因此被广泛地应用于仪表与微电机等感应强度，因此被广泛地应用于仪表与微电机等设备中用以产生磁场。设备中用以产生磁场。返回(1)
3、软磁材料软磁材料磁滞回线细长，剩磁很小。磁滞回线细长，剩磁很小。BHo象软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合金、铁镍合金等。象软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成转子、定子都是用软件磁性材料制成。(2)硬磁性材料硬磁性材料BHo 磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。(3)非金属氧化物非金属氧化物-铁氧体铁氧体 磁滞回线呈矩形
4、，又称矩磁材磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具有高磁导率、高电阻率。度，具有高磁导率、高电阻率。BHo 它是由它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化物（如和其他二价的金属氧化物（如NiO，ZnO等粉末混合烧结而成等粉末混合烧结而成。 可作磁性记忆元件。可作磁性记忆元件。硬磁性材料如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。硬磁性材料如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。 可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。的磁控管等。 3,3,铁磁材料的应用铁磁材料的应用 11，当前常用的重要硬磁材料主要有：，当前常用的
5、重要硬磁材料主要有： 稀土永磁材料，这是当前磁能积最高的一大类永磁材稀土永磁材料，这是当前磁能积最高的一大类永磁材料，以稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物料，以稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物（又称金属间化物）。我国研制和生产的钕铁硼稀土合金（又称金属间化物）。我国研制和生产的钕铁硼稀土合金就是永磁材料。就是永磁材料。 金属永磁材料。这是一大类发展和应用都较早的以铁金属永磁材料。这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素（如镍，钴等）为为重要组元的合金型永磁材和铁族元素（如镍，钴等）为为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴（料，主要有铝镍钴（Al Ni Co）系和铁铬钴（）
6、系和铁铬钴（Fe Cr Co）系两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中系两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。较宽，故应用范围也较广。铁铬系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性铁铬系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷热的塑性变形，可以制成能可进行各种机械加工及冷热的塑性变形，可以制成管状，片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。管状，片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。 铁氧体永磁材料。这是以铁氧体永磁材料。这是以Fe20
7、3为主要组元的复为主要组元的复合氧化物强磁材料（狭义）和有序材料如反铁磁材料合氧化物强磁材料（狭义）和有序材料如反铁磁材料（广义）。其特点是电阻率高，特别有利于在高频和（广义）。其特点是电阻率高，特别有利于在高频和微波应用。微波应用。 2 ，当前常用的软磁材料主要有：，当前常用的软磁材料主要有： 铁铁硅系软磁材料，常称硅刚片，是电硅系软磁材料，常称硅刚片，是电机工业广泛使用的磁性材料。机工业广泛使用的磁性材料。 铁铁-镍系软磁合金是磁导率和矫顽力低的性能良镍系软磁合金是磁导率和矫顽力低的性能良好的软磁材料，有着广泛的应用。好的软磁材料，有着广泛的应用。 铁氧体软磁材料，其突出优点是电阻率极高，
8、可铁氧体软磁材料，其突出优点是电阻率极高，可以在高频率或超高频率使用，在通信和多种电子学器以在高频率或超高频率使用，在通信和多种电子学器件中有着重要的应用。件中有着重要的应用。 返回1，什么是磁致伸缩原理？ 磁致伸缩：磁性材料被磁化时，其各个方向的磁致伸缩：磁性材料被磁化时，其各个方向的长度将会发生微小的变化（伸长或缩短），这种现长度将会发生微小的变化（伸长或缩短），这种现象称为磁致伸缩。不同的磁性物质磁致伸缩的长度象称为磁致伸缩。不同的磁性物质磁致伸缩的长度是不同的。是不同的。 磁致伸缩技术原理是利用两个不同磁场相交产磁致伸缩技术原理是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信
9、号被探测所生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。需的时间周期，从而换算出准确的位置。 2 2，磁致伸缩材料，磁致伸缩材料 的分类：的分类： 具有显著磁致伸缩效应的磁性材料称为磁致伸缩材具有显著磁致伸缩效应的磁性材料称为磁致伸缩材料。已实用的磁致伸缩材料分为料。已实用的磁致伸缩材料分为3 3类：类： （1）金属磁致伸缩材料。其饱和磁化强度较高，力）金属磁致伸缩材料。其饱和磁化强度较高，力学性能好，可承受较高的功率，但电阻率低，不适用学性能好，可承受较高的功率，但电阻率低，不适用于高频段。常用的有铁基合金、镍基合金。于高频段。常用的有铁基合金、镍基合金。
10、（2）铁氧体磁致伸缩材料。其饱和磁化强度较低，）铁氧体磁致伸缩材料。其饱和磁化强度较低，材料的气隙率影响其力学性能，故不能承受较高功率，材料的气隙率影响其力学性能，故不能承受较高功率，但电阻率高，可用于高频段。但电阻率高，可用于高频段。 （3）巨磁致伸缩材料。其磁致伸缩系数（材料）巨磁致伸缩材料。其磁致伸缩系数（材料在磁场力作用下产生的伸缩量与材料原长度之比）在磁场力作用下产生的伸缩量与材料原长度之比）远高于常规材料，耦合系数也高；缺点是所需磁化远高于常规材料，耦合系数也高；缺点是所需磁化场强高。磁致伸缩材料可用于制造超声和水声换能场强高。磁致伸缩材料可用于制造超声和水声换能器件，如超声探伤器
11、、超声钻头、回声探测器等；用器件，如超声探伤器、超声钻头、回声探测器等；用于制造电信器件，如振荡器、滤波器、谐波发生器等；于制造电信器件，如振荡器、滤波器、谐波发生器等；也可用于制造自动控制器件及测量和传感器件。也可用于制造自动控制器件及测量和传感器件。 目前磁致伸缩智能材料的主流是稀土磁致伸缩材目前磁致伸缩智能材料的主流是稀土磁致伸缩材料，稀土超磁致伸缩材料是近期才发展起来的一种新料，稀土超磁致伸缩材料是近期才发展起来的一种新型功能材料。这种材料在电磁场的作用下可以产生微型功能材料。这种材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能，也可以将微变形或声能转化为电磁能。变形或声能，也可以将微变形或声
12、能转化为电磁能。在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛，如声在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛，如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统），噪声与振动控制机机翼和机器人的自动调控系统），噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域。它具有磁致制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域。它具有磁致伸缩值大，机械响应速度快和功率密度高特点。伸缩值大，机械响应速度快和功率密度高特点。3，磁致伸缩智能材料的主要用途是：，
13、磁致伸缩智能材料的主要用途是： （1）由于稀土超大磁致伸缩材料比传统材料在）由于稀土超大磁致伸缩材料比传统材料在性能上有了惊人的提高，所以在电器、家电、通讯器性能上有了惊人的提高，所以在电器、家电、通讯器材、电脑等生产领域，稀土磁致伸缩材料逐渐取代了材、电脑等生产领域，稀土磁致伸缩材料逐渐取代了传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料，使产品升级和传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料，使产品升级和更新换代更加容易。更新换代更加容易。 （2）由于稀土超大磁致伸缩材料的独特的性能，）由于稀土超大磁致伸缩材料的独特的性能，特别是在应用领域里呈现出的重要使用价值，越来越特别是在应用领域里呈现出的重要使用价值，越来
14、越受到人们的普遍关注，可被用于开发新一代的元器件，受到人们的普遍关注，可被用于开发新一代的元器件，如广泛应用于精密控制系统（如油料控制、司服仪、如广泛应用于精密控制系统（如油料控制、司服仪、导弹发射控制装置等），声光发射系统（如信号处理、导弹发射控制装置等），声光发射系统（如信号处理、声纳扫描、超声、水声等），以及换能器、声纳扫描、超声、水声等），以及换能器、驱动器等等的开发。驱动器等等的开发。对于磁致伸缩智能材料的应用，目前，美国位对于磁致伸缩智能材料的应用，目前，美国位居各国之首，其成功标志在于开发出了一系列用于居各国之首，其成功标志在于开发出了一系列用于军事目的的尖端产品，如美国已成功地
15、将其应用于军事目的的尖端产品，如美国已成功地将其应用于舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。但是我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发还处于但是我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发还处于起步阶段，但也已呈现出良好的发展势头。如中国起步阶段，但也已呈现出良好的发展势头。如中国长江水利委员会应用这种材料，开发出了大功率岩长江水利委员会应用这种材料，开发出了大功率岩体声波探测器，应用于三峡工程和地球物理勘探；体声波探测器，应用于三峡工程和地球物理勘探；辽河油田应用这种材料，开发出了井下物理法采油辽河油田应用这种材料，开发出了井下物理法采油装量；东北大学和大
16、连理工大学应用这种材料，拟装量；东北大学和大连理工大学应用这种材料，拟在进给和精密定位方面进行联合开发。在进给和精密定位方面进行联合开发。 4，磁致伸缩的应用实例：，磁致伸缩的应用实例：（1）磁致伸缩液位仪）磁致伸缩液位仪 ： 随着科学技术的迅猛发展，随着科学技术的迅猛发展，高新技术在各行业中得到了高新技术在各行业中得到了广泛的应用，高科技含量的广泛的应用，高科技含量的磁致伸缩液位传感器，磁致伸缩液位传感器，应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛应用于石油、化工等液位
17、测量领因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品。液位测量中的精品。 +（2）MTS磁致伸缩位移传感器：磁致伸缩位移传感器：高精度、多种规格、长行程、高精度、多种规格、长行程、非接触式测量非接触式测量 模块组装、坚固耐用模块组装、坚固耐用 敏感元件平均无故障时间敏感元件平均无故障时间（MTBF）长达）长达23年年 真正的绝对位置输出、无需真正的绝对位置输出、无需重新标定或定期维修重新标定或定期维修 ， 适用于高温、高压、高振荡及空间狭小环境适用于高温、高压、高振荡及空间狭小环境 安装方便、快捷，不需定期标定和维护安装方便、快捷，不需定期标定和维护冶金工业连铸、冷热轧、冶金工业连铸、冷热轧、AGC控制、模件成型控制、模件成型等等 ， 水电行业阀位、涡轮机和调速器控制等水电行业阀位、涡轮机和调速器控制等 港口机械、集装箱管理等港口机械、集装箱管理等 伺服液压汽缸、油缸活塞位置反馈或预置伺服液压汽缸、油缸活塞位置反馈或预置 注塑机模板定位与监测注塑机模板定位与监测 铸锻机床位移控制铸锻机床位移控制 木材加工定位控制木材加工定位控制 鸣谢：鸣谢： 感谢老师的指导以及各感谢老师的指导以及各位组员的大力合作！位组员的大力合作！ 感谢各位同学的观看！感谢各位同学的观看！返回
