以Tb-Dy-Fe為代表的超磁致伸縮材料是繼壓電陶瓷、磁致伸縮材料之后，從七十年代逐漸發(fā)展起來的一種新型功能材料。它具有電磁能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換功能，是重的能量與信息轉(zhuǎn)換能材料，特別是聲納換能器的重要材料。由于其優(yōu)異的磁致伸縮性能，超磁致伸縮材料剛一出現(xiàn)就引起了人們濃厚的興趣，在國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。超磁致伸縮材料Tb-Dy-Fe。具有一系列優(yōu)良的性能:磁致伸縮應(yīng)變大，磁致伸縮應(yīng)變比純Ni大50倍，比PZT材料大5-25倍:磁致伸縮應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生的推力很大，直徑約1Omm的Tb-Dy-Fe的棒材，磁致伸縮時(shí)產(chǎn)生約200公斤的推力:能量密度高，其能量密度比Ni基合金大400～800倍，比PZT大14～30倍；能量轉(zhuǎn)換效率(用機(jī)電禍合系數(shù)表示)高達(dá)70%，而Ni基合金僅有16%。 PZT材料僅有40-60%:其一H曲線線性好，彈性模量隨磁場而變化，可調(diào)控；響應(yīng)速度快，達(dá)到10-6秒；頻率特性好，可在低頻率(幾十至1000赫茲)下工作，工作頻帶寬；可在低場(幾十至幾百奧斯特)下工作；工作電壓低，可在幾伏至100伏電壓下工作，可用電池驅(qū)動(dòng)，而PZT的電極化電壓在2kV/mm 以上，有電擊穿危險(xiǎn)；穩(wěn)定性好，可靠性高，其磁致伸縮性能不隨時(shí)間而變化，無疲勞，無過熱失效問題。另外，與PZT陶瓷相比，超磁致伸縮材料在低場大功率傳感器上也具有不可替代的地位。超磁致伸縮材料在聲納的水聲換能器技術(shù)，電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動(dòng)、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機(jī)翼、機(jī)器人、自動(dòng)化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、波動(dòng)采油等高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
低頻聲源和接收系統(tǒng)
聲訊號(hào)是人們進(jìn)行水下通訊探測偵察和遙控的主要媒介。發(fā)射和接收聲波的聲納裝置，其核心元件一般由壓電陶瓷或磁致伸縮材料制成，低頻大功率是聲納用和水聲對(duì)抗用發(fā)射水聲換能器今后的發(fā)展方向。而制造低頻大功率水聲發(fā)射換能器的關(guān)鍵材料是稀土超磁致伸縮材料。發(fā)展稀土超磁致伸縮材料對(duì)發(fā)展聲納技術(shù)、水聲對(duì)抗技術(shù)、海洋開發(fā)與探測技術(shù)將起到關(guān)鍵性作用。<112 >軸向取向的超磁致伸縮材料Terfenol-D以及<110>軸向取向的Tb-Dy-Fe與壓電陶瓷PZT相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):輸出功率大、工作溫度高、低電壓驅(qū)動(dòng)、滯后小、不老化、響應(yīng)頻率低、低頻信號(hào)在水下衰減小、傳送距離遠(yuǎn)等。從而使得超磁致伸縮材料有可能在聲納系統(tǒng)首先得到應(yīng)用。
另外,用超磁致伸縮材料制成的超聲波發(fā)生器在捕魚、海底測繪、建筑和材料的無損探傷方面有很好的應(yīng)用前景，將Terfenol-D的優(yōu)良的低頻聲學(xué)特性和壓電陶瓷的高頻特性相結(jié)合，可以制作出性能更好的聲振動(dòng)傳感器，其頻響寬、單向性好。利用磁致伸縮材料的彈性模量隨磁場改變的性質(zhì)，可制成頻率可隨磁場調(diào)節(jié)的延遲線，諧振器和濾波器等器件在聲納或其它系統(tǒng)中應(yīng)用。
超聲技術(shù)和電聲換能技術(shù)
稀土超磁致伸縮材料在聲頻和超聲技術(shù)方面也有廣闊的應(yīng)用前景。例如用該材料可制造超大功率超聲換能器。過去的超聲換能器主要是用壓電陶瓷(PZT)材料來制造。它僅能制造小功率(≤ 2.OkW)的超聲波換能器，國外已用稀土超磁致伸縮材料來制造出超大功率(6～25kW)的超聲波換能器。超大功率超聲波技術(shù)可產(chǎn)生低功率超聲技術(shù)所不能產(chǎn)生的新物理效應(yīng)和新的用途，如它可使廢舊輪胎脫硫再生，可使農(nóng)作物大幅度增產(chǎn)，可加速化工過程的化學(xué)反應(yīng)，有重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益；用該材料制造的電聲換能器，可用于波動(dòng)采油，可提高油井的產(chǎn)油量達(dá)20%～100%，可促進(jìn)石油工業(yè)的發(fā)展。
高能快速微型位移執(zhí)行器
超磁致伸縮材料不僅磁致伸縮應(yīng)變大，而且輸出應(yīng)力大，響應(yīng)速度快，因此可以用于高能快速微型機(jī)械的設(shè)計(jì)，用稀土超磁致伸縮材料制造的微位移驅(qū)動(dòng)器，可用于機(jī)器人、自動(dòng)控制、超精密機(jī)械加工、紅外線、電子束、激光束掃描控制、照相機(jī)快門、線性電機(jī)、智能機(jī)翼、燃油噴射系統(tǒng)、微型泵、閥門、傳感器等。
其它傳感器應(yīng)用
利用超磁致伸縮材料磁致伸縮應(yīng)變大，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可以將其用于任何與磁場有關(guān)的物理量的測量。此外，用該材料制造的薄型(平板型)喇叭，振動(dòng)力大、音質(zhì)好、高保真，可使樓板、墻體、桌面、玻璃窗振動(dòng)和發(fā)音，可作水下音樂、水下芭蕾伴舞的喇叭等。用該材料可制^造噪聲與噪聲控制，反振動(dòng)與振動(dòng)控制系統(tǒng)。
作為一種新型的功能材料，稀土超磁致伸縮材料引起了高技術(shù)領(lǐng)域的高度關(guān)注，其應(yīng)用指標(biāo)得到了較深入的研究。應(yīng)用研究一直比較活躍，優(yōu)克公司采用電弧熔煉和定向凝固設(shè)備，并與蘭州理工大學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室致力合作，成功開發(fā)出磁致伸縮量大于1800ppm的超磁致伸縮材料，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000公斤生產(chǎn)規(guī)模，滿足了國內(nèi)外對(duì)超磁致伸縮材料的需求。
