铽镝铁(TbDyFe)合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍

稀土超磁致伸缩材料在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842年由焦耳发现致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。

它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。

“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe 合金。

它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8 倍、镍基材料的40—50 倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。

“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。

“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。

在国防、航空航天和高技术领域：如声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，有广阔的应用前景。

“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。

由三个组元组成（Tbl －xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95 首先于20 世纪70 年代初由美国海军表面武器实验室的A．C．Clark 博士等人发明，当即他们申请了美国专利。

美国海军表面武器实验室于1987 年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes 市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的E trema INC 分公司。

铽镝铁合金稀土致伸缩材料（GMM）铽镝铁合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料（GMM），因其诸多优良特性，在各行各业的新产品开发中具有广阔的应用前景，必将带来深远的影响力。

铽镝铁合金具有一系列优良的性能:磁致伸缩系数大大，比纯Ni大50倍，比PZT材料大5-25倍。

磁致伸缩时产生的推力很大，直径约10mm的铽镝铁棒材，磁致伸缩时产生约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；能量转换效率(用机电祸合系数表示)高达70%，而Ni基合金仅有16%。

PZT材料仅有0-60%；其曲线线性好，弹性模量随磁场而变化，可调控；响应速度快，达到10-6秒；频率特性好，可在低频率(几十至1000赫兹)下工作，工作频带宽；可在低场(几十至几百奥斯特)下工作；工作电压低，可在几伏至100伏电压下工作，可用电池驱动，而PZT的电极化电压在2kV/mm 以上，有电击穿危险；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。

另外，与PZT陶瓷相比，超磁致伸缩材料在低场大功率传感器上也具有不可替代的地位。

超磁致伸缩材料在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。

类似牌号：Terfenol-D，GMM，TbDyFe目前铽镝铁合金在国内应用仍处于起步阶段，今有少数单位具有生产能力。

A-ONE是目前国内可以供应铽镝铁合金产品最全的生产厂家之一。

苏州埃文特种合金可提供铽镝铁合金产品规格：圆柱形，直径4～50mm，长度≤200mm长方体：长宽2~35mm，高2~100mm圆环：外径8~50mm，壁厚2~4mm，长度2~100mm圆片：直径4~50mm，最小厚度1mm方片（矩形片）:最薄1mm层叠片：直径10~50mm，长5~100mm，最小层叠厚度2mm粉末：协商供应品牌：A-ONE供货能力：有长期稳定的批量生产能力，月产量可达80～120kg。

感生各向异性对TbDyFe取向晶体压磁效应作用研究【摘要】立方Laves相TbDyFe合金是一种超磁致伸缩材料,能够实现机械能与电磁能的快速转换,拥有大应变、高能量密度、快速响应等特性,在传感器、作动器和执行器等系统中具有广泛应用前景,被视为21世纪战略性新材料。

磁场热处理可调控TbDyFe材料的初始磁畴分布状态,感生各向异性,从而改善磁致伸缩和压磁响应。

本文对<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒进行离轴磁场热处理,采用磁力显微镜观察了磁场热处理前后的磁畴形貌演变,用力磁耦合设备测量了磁致伸缩和压磁系数,探讨了磁热感生各向异性对磁致伸缩性能及压磁系数的作用机理。

主要结果如下：<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒放在与轴向成35°夹角的0.3 T外磁场中进行热处理后,无预压应力时的饱和磁致伸缩值λs由热处理前的1023 ppm提高到1650 ppm;预压应力小于20 MPa时,磁场热处理后的样品表现出显著的磁致伸缩“跳跃”效应,当预压应力为20 MPa时,λs可达2310 ppm;磁场热处理后的样品在较低的预压应力下在更低磁场时就可以获得最大的d33,即能获得较优的磁致伸缩性能；磁场热处理... 更多还原【Abstract】 As a gaint magnetistritive material, cubic Laves phase TbDyFe alloys can realize quick conversion between mechanical energy and electromagnetic energy. Due to the giant magnetostriction, high energy density, quick response, TbDyFe alloys could be widely applied in transducers, sensors, andactuators. Magnetic field annealing can change the initial magnetic domain distribution of TbDyFe oriented crystals, hence improve the magnetostrictive and piezomagnetic responses. In this work,<110> ori... 更多还原【关键词】Tb-Dy-Fe；磁场热处理；感生各向异性；磁致伸缩效应；压磁效应；【Key words】Tb-Dy-Fe；Magnetic annealing；Induced anisotropy；Magnetostriction；Piezomagnetic effect；摘要5-6Abstract 6-7第一章绪论10-221.1 压磁效应10-111.2 压磁材料概述11-151.2.1 铁氧体11-121.2.2 铁基非晶12-131.2.3 铁磁形状记忆合金13-141.2.4 Terfenol-D超磁致伸缩材料14-151.3 Terfenol-D材料的压磁效应15-211.3.1 Terfenol-D材料的特点151.3.2 Terfenol-D材料压磁效应的研究现状15-171.3.3 Terfenol-D材料基于压磁效应的应用17-181.3.4 磁场热处理对Terfenol-D性能的影响18-211.4 本文的选题意义和研究内容21-22第二章实验方法22-282.1 取向合金制备232.2 磁场热处理23-242.3 微观组织与磁畴观察24-262.3.1 金相组织观察242.3.2 X射线衍射分析(XRD) 24-252.3.3 磁畴显微观察25-262.4 磁测量26-282.4.1 磁致伸缩测量26-272.4.2 压磁曲线测量27-28第三章磁场热处理TbDyFe取向晶体的磁畴与磁致伸缩28-393.1 引言283.2 实验28-293.3 实验结果与讨论29-383.3.1 择优取向和微观组织29-313.3.2 磁畴形貌31-323.3.3 磁致伸缩32-383.4 本章小结38-39第四章磁场热处理TbDyFe取向晶体的压磁效应39-534.1 引言394.2 实验39-404.3 结果与讨论40-514.3.1 压磁曲线40-434.3.2 压磁系数43-484.3.3 讨论48-514.4 本章小结51-53第五章结论53-54参考文献。

TbDyFe稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D埃文特种合金的产品规格：棒材（圆棒）：直径5～50mm，长度≤200mm棒材（方棒）：长宽2~35mm，高2~100mm圆环：外径8~50mm，壁厚2~4mm，长度2~100mm圆片：直径4~50mm，最小厚度1mm方片（矩形片）:最薄1mm层叠片：直径10~50mm，长5~100mm，最小层叠厚度2mm粉末：协商供应品牌：A-ONE ALLOY供货能力：有长期稳定的批量生产能力，月产量可达80～120kg。

国内目前有能力生产Terfenol-D的厂家不多，产品质量好的就更是凤毛麟角。

埃文合金作为专业的稀土超磁致伸缩材料生产厂家，通过不断探索和实践，工艺成熟，性能稳定，已经为多家高校和科研机构提供了Terfenol-D产品，产品形态包括棒材、薄片、粉末、环件等，此外我们还可以根据客户的要求进行钻孔、开槽等加工服务。

Terfenol-D磁致伸缩性能：磁致伸缩系数≥1000PPM杨氏弹性模量2.5~6.5x1010N/m2抗拉强度≥25MPa抗压强度≥260MPa热膨胀系数（8~12）x 10-6/℃居里温度380℃使用温度-40~150℃密度：9.25g/cm3能量密度14~25KJ/m3响应速度＜1μs精度：10-1~10-3μs响应频带：1~104Hz当今世界具有最佳磁致伸缩特性和实用价值的磁致伸缩材料是Tb-Dy-Fe系合金，又叫Terfenol-D。

它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500～2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5～8倍、镍基材料的40～50倍，因此被称之为“稀土超磁致伸缩材料”，也被评为未来最具发展潜力的新材料之一。

“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。

Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金研发及技术储备磁致伸缩现象：物质有热胀冷缩的现象。

除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。

铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其尺寸又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。

磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH —lo）／lo， lo为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。

一般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用 ppm代表。

例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。

磁致伸缩材料分类：磁致伸缩材料主要有三大类：①磁致伸缩的金属与合金，如镍和（Ni）基合金（Ni， Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如 F e— Ni合金， Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）；②铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。

上述两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用。

③近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料（GMM）。

以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金 Tb0．3Dy0．7Fe1．95材料（Tb －Dy－Fe材料）的λ达到1500—2000ppm，比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1—2个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。

Tb-Dy-Fe合金特点：和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，它具有下列优点：1、磁致伸缩应变λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 Ni和 Ni－Co合金高400—800倍，比PZT材料高14—30倍；2、磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；3、能量转换效率（用机电耦合系数 K33表示，即由磁能转换成机械能的比例）高达70％，而 Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40—60％；4、其弹性模量随磁场变化而发生变化并可以调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；5、频率特性好，可在低频率（几十至1000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。

terfenol-d的相对磁导率什么是相对磁导率？相对磁导率是描述物质磁性的重要参数之一。

它是指物质在磁场中相对于真空（或空气）的磁导率。

相对磁导率可用公式表示为μr=μ/μ0，其中μ表示物质的磁导率，μ0表示真空（或空气）的磁导率。

相对磁导率是比较物质与真空（或空气）的磁导率之间的差异的指标。

当物质的相对磁导率大于1时，说明物质对磁场的响应强于真空（或空气）；当物质的相对磁导率小于1时，说明物质对磁场的响应弱于真空（或空气）。

什么是terfenold？Terfenol-D（又称为TbxDy1-xFe2，其中x是一个小于1的分数）是一种磁性材料，由钕、镝和铁组成。

它在低温下表现出较高的磁导率和磁饱和强度。

Terfenol-D是一种具有巨磁阻抗效应（Magnetostrictive）的材料，这意味着当它暴露在磁场中时，它会产生形变。

该材料被广泛用于声音传感器、超声换能器和振动探头等应用领域。

Terfenol-D的相对磁导率如何计算？为了计算Terfenol-D的相对磁导率，我们需要知道它的磁导率和真空（或空气）的磁导率。

Terfenol-D的磁导率可以通过实验测量得到。

通常，磁导率是在特定温度和磁场强度条件下测量的。

根据测得的磁导率和真空（或空气）的磁导率，可以使用前文提到的公式计算Terfenol-D的相对磁导率。

Terfenol-D的相对磁导率有多大？Terfenol-D具有较高的相对磁导率，通常在10-50之间。

这意味着Terfenol-D 对磁场的响应强于真空（或空气）。

这是使Terfenol-D成为一种优良磁性材料的一个重要特性。

Terfenol-D的相对磁导率与其他磁性材料相比如何？与其他磁性材料相比，Terfenol-D具有相对较高的磁导率。

例如，与永磁材料和其他铁磁材料相比，Terfenol-D的磁导率较高。

这使得Terfenol-D在一些特定的应用领域中具有优势，如声音传感器和振动控制。

行业标准《高纯镝》(送审稿)编制说明1工作简况1.1任务背景高纯金属镝主要用于磁致伸缩和高功率镝灯，随着应用的迅速发展和性能的高要求，国内外市场对Dy的质量要求越来越高。

镝灯的市场需求量约为2000万支/年，要求Dy/TRE在99.99%以上（高性能镝灯要求在99.999%以上），总稀土量(TRE)要求99.5%以上并且越高越好，对非稀土Fe、Mg、K、Na、Li、Co、Pb、Ca、Al、Ag、Mn、Cu、Ga、O、P、S、F元素杂质很敏感。

制备大磁致伸缩合金铽镝铁（Terfenol-D）合金，用户对Dy要求为TRE不低于99.5%，Dy/TRE不低于99.99% ，要求非稀土杂质含量很低尤其对Al、Si、Ca、Mg杂质，对气体杂质含量要求则更严，特别是O含量不大于100ppm。

国标最高牌号的金属镝纯度无法达到制备高功率镝灯、高性能铽镝铁所需高纯金属镝的要求，部分非稀土杂质含量偏高，且杂质元素分析不全面。

目前上市的高纯镝各家没有统一标准，均按客户要求专门生产，为指导和规范国内高纯金属镝产品的研制和生产，急需制定高纯金属镝的行业标准。

制定高纯金属镝标准有利于高纯金属镝的大量生产和销售，使市场处于有序、合理竞争的状态，进而促进稀土产业的发展。

1.2任务来源根据工业和信息化部《关于印发2011年第二批行业标准制修订计划的通知》（工信厅科[2011] 134号），稀土标委[2011] 17号文转发了《高纯镝》行业标准计划下达情况，计划编号为：2011-0989T-XB，计划开始年限为2011年，完成年限为2012年，由有研稀土新材料股份有限公司作为主要起草单位承担《高纯镝》行业标准的制订任务。

1.3起草单位情况有研稀土新材料股份有限公司及其前身稀土冶金及材料研究所是我国最早从事稀土研究开发的单位之一，50多年来共取得300多项稀土科技成果，获得省部级以上科技奖励120多项，申请专利206项（其中国内发明专利167项，国际专利11项），向国内外转让了70余项（150余次）先进的冶炼分离工艺及稀土材料制备技术，研究成果50%以上应用于工业生产，为我国稀土工业体系的建立和发展作出了重大的贡献。

铽镝铁合金饱和磁化强度铽镝铁合金饱和磁化强度一、铽镝铁合金的概述二、铽镝铁合金的制备方法三、铽镝铁合金的物理性质四、饱和磁化强度的定义与计算方法五、影响饱和磁化强度的因素六、提高饱和磁化强度的方法一、铽镝铁合金的概述铽镝铁合金是由稀土元素铽和镝以及过渡元素钴、氢化锆等构成，具有高矫顽力，高饱和磁化强度等特点。

它是一种重要的稀土永磁材料，广泛应用于电机、仪表等领域。

二、铽镝铁合金的制备方法目前常用的制备方法有真空冶炼法、快速凝固法以及粉末冶金法等。

1. 真空冶炼法：将原料放入真空下进行冶炼，通过控制温度和压力等参数来得到所需产品。

这种方法可以得到高纯度、均匀性好的产品，但生产效率较低。

2. 快速凝固法：将熔融的原料通过快速冷却的方式制备成薄带或粉末，然后进行热处理得到所需产品。

这种方法可以得到晶粒细小、均匀性好的产品，但对设备要求较高。

3. 粉末冶金法：将原料混合后进行球磨、压制和烧结等工艺步骤，最终得到所需产品。

这种方法生产效率高，但产品均匀性和纯度较难保证。

三、铽镝铁合金的物理性质铽镝铁合金具有高矫顽力、高饱和磁化强度、低温系数等特点。

其中，饱和磁化强度是衡量永磁材料性能的重要指标之一。

四、饱和磁化强度的定义与计算方法饱和磁化强度是指在外加磁场作用下，永磁材料达到最大的磁化程度时所对应的磁场强度。

它通常用T表示。

计算方法如下：Bs = (4πMs) / μ0其中，Bs为饱和磁化强度；Ms为饱和时的剩余感应强度；μ0为真空磁导率。

五、影响饱和磁化强度的因素1. 原料配比：不同原料的配比会影响铽镝铁合金的晶体结构和磁性能，从而影响饱和磁化强度。

2. 热处理工艺：不同的热处理工艺会对铽镝铁合金的晶体结构和磁性能产生影响，从而影响饱和磁化强度。

3. 温度：温度对铽镝铁合金的磁性能有一定影响，过高或过低的温度都可能降低其饱和磁化强度。

4. 磁场方向：外加磁场方向对永磁材料的饱和磁化强度也会产生一定影响。

铽镝铁大磁致伸缩材料1范围本文件规定了铽镝铁大磁致伸缩材料的牌号、要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输、贮存及随行文件。

本文件适用于定向凝固工艺生产的铽镝铁大磁致伸缩材料。

2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

其中，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T2828.1—2012计数抽样检验程序第1部分：按接受质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T7314金属材料室温压缩试验方法GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判断GB/T9637电工术语磁性材料与元件GB/T13012软磁材料直流磁性能的测量方法GB/T17803稀土产品牌号表示方法GB39176稀土产品的包装、标志、运输和贮存3术语和定义GB/T9637界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1磁致伸缩系数magnetostrictive coefficient在外磁场作用下产生的尺寸相对变化量（应变），用λ表示。

测量方向与外加磁场方向平行时所测得的磁致伸缩系数为平行磁致伸缩系数，用λ∥表示。

3.2动态磁致伸缩系数dynamic magnetostrictive coefficient平行磁致伸缩系数随磁场变化的变化率称为动态磁致伸缩系数，用d33表示，单位为m/A。

33=B∥∕d3.3磁致伸缩温度系数temperature coefficient of magnetostriction在一定磁场与预压应力下，平行磁致伸缩系数随温度变化的变化率，用αλ表示，单位为1/℃。

=B∥∕d3.4磁致伸缩不均匀度nonuniformity of magnetostriction一定匀强磁场下，磁致伸缩材料不同位置的平行磁致伸缩系数（λ∥N ）与其平均值（∥ =（λ∥1+λ∥2+λ∥3+……+λ∥N ）/N ）的偏离程度，用N表示。

铽镝铁合金饱和磁化强度铽镝铁合金是一种重要的磁性材料，具有很高的饱和磁化强度。

在本文中，我们将深入探讨铽镝铁合金的特性，研究其饱和磁化强度的影响因素，并分享一些关于该合金的观点和理解。

一、铽镝铁合金的特性铽镝铁合金是由铽（Tb）、镝（Dy）和铁（Fe）等元素组成的一类稀土磁体材料。

它具有很高的磁性和磁导率，被广泛应用于电机、传感器、磁记录等领域。

铽和镝作为稀土元素，具有强大的磁各向异性和高矫顽力，而铁元素则增加了合金的稳定性和导磁性能。

二、饱和磁化强度的定义和计算饱和磁化强度是指材料在受到足够大的磁场作用时，磁化强度达到最大值的能力。

通常用其单位体积的磁矩来表示，单位为 A/m (安培/米)。

对于铽镝铁合金而言，其饱和磁化强度一般在1.4 T（特斯拉）以上。

三、影响铽镝铁合金饱和磁化强度的因素1. 合金成分：铽镝铁合金的成分对其磁性能有着很大的影响。

适当调整铽、镝和铁的比例可以改变合金的磁性能，进而影响饱和磁化强度。

2. 磁场处理：通过在磁场中对铽镝铁合金进行磁化处理，可以提高其饱和磁化强度。

这是因为在磁化处理过程中，合金的磁畴会重新排列，从而增加了磁化强度。

3. 合金结构：铽镝铁合金的微观结构也会对其磁化性能产生影响。

合金中的晶体结构、晶粒大小等因素都会影响磁矩的排列和磁场的传递，进而影响饱和磁化强度。

4. 温度：温度对铽镝铁合金的磁性能有较大影响。

通常情况下，合金的饱和磁化强度随着温度的升高而下降。

在高温环境下应用铽镝铁合金时需要考虑温度对其磁性能的影响。

四、对铽镝铁合金饱和磁化强度的观点和理解铽镝铁合金作为一种重要的磁性材料，具有很高的饱和磁化强度。

它不仅具备了稀土磁体材料的强大磁性能，还具有较高的稳定性和导磁性能，使其在多个领域有着广泛的应用。

在实际应用中，通过合金成分、磁场处理和合金结构的优化，我们可以进一步提高铽镝铁合金的饱和磁化强度，满足不同场合对磁性材料的需求。

总结回顾通过本文的探讨，我们对铽镝铁合金的饱和磁化强度有了更深入的理解。