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最新35稀土磁致伸缩

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稀土元素的结构与材料学性能

稀土元素的结构与材料学性能

1、Ln3+的基态，4f轨道与正常的价电子轨道5d6S6P相比属内层，因此4f电子被有效地屏蔽起来，成为一种希气型结构的离子，所以f电子在通常情况下，不参加成键，难以杂化，只有更高能量的5d6S6P可以形成共价键，但CFSE相当小,约1000cm-1。 2、Ln3+离子半径比较大,是希气结构的离子与Ca2+、Sr2+、Ba2+相似。 Ca2+ 3S23P6 99pm Ba2+ 5S25P6 134pm Ln3+ 4f n5S25P6 106.1～85pm Al3+ 2S22P6 51pm
稀土镁合金比强度较高，对减轻飞机重量，提高战术性能具有广泛用前景。
1
2
在冶金工业中的应用：稀土钛合金 70年代初，北京航空材料研究院（简称：航材院）在Ti－A1－Mo系钛合金中用稀土金属铈（Ce）取代部分铝、硅，限制了脆性相的析出，使合金在提高耐热强度的同时，也改善热稳定性能。
2、在石油化工
早在50年代我国仿制的飞机和导弹的蒙皮、框架及发动机机匣已采用稀土镁合金，70年代后，随着我国稀土工业的迅速发展，航空稀土开发应用跨入了自行研制的新阶段。新型稀土镁合金、铝合金、钛合金、高温合金、非金属材料、功能材料及稀土电机产品也在歼击机、强击机、直升机、无人驾驶机、民航机以及导弹卫星等产品上逐步得到推广和应用。
1、在冶金工业中的应用：稀土镁合金
稀土镁合金强度高，对减轻飞机重量，提高战术性能具有广泛的应用前景。中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有10个牌号，很多牌号已用于生产，质量稳定。稀土元素在镁合金中溶解度大，因而有明显的热处理强化作用。在铸造和变型镁合金中加入金属钕、钇显著地提高强度和工艺性能。

稀土元素应用

稀土元素应用

磁性
恸
顺磁性 χm=10-6 ~10-5 磁性
4、抗磁性物质 、抗磁性物质 不存在未成对电子 → 磁 不 物 物
抗磁性 χm= -10-5 ~-10-6 磁 磁性 磁 场
性 子
5、 反铁磁性物质 、 FeO， FeF3 ， NiF3 ， ， NiO， MnO ， 各种锰 盐 ， 各种锰盐 以 及 部 分 铁 氧 体 ZnFe2O4 等 ， 它 们 相 邻 原子的磁矩反向平行， 原子的磁矩反向平行 ， 而且彼此的强度相等， 而且彼此的强度相等 ， 没有磁性。 没有磁性。
磁 场
亚铁磁性 χm= 10-2 ~106 磁矩的排列与磁性的关系
3、顺磁性物质 、顺磁性物质 存在未成对电子 存在未成对电子 → 永久磁 矩。La，Pr，MnAl， ， ， ， FeSO4·7H2O， Gd2O3 … ， 惣 Ni 。 磁性 磁性 顺磁性 (Tc)。 。
磁矩 磁 场
在 Fe, Co,
稀土超磁致伸缩材料的应用
稀土超磁致伸缩材料的电—机械能转换功能远优于其他 材料：它的应变值最高，能量密度最大，响应快，精度高， 可靠性高而运转能力大，可用于小型和微型大功率精密控制 换能器，如大功率发射型声纳，大功率超声换能器，微型大 功率低频电声设备，精密定位系统，传感器等，在军事，航 天航空、海洋、地质、石油、化工、制造自动化、计算机、 光通讯等领域已经获得应用。如：
稀土超磁 致伸缩材 料制动器 声信号 发生器 电—机 换能器 传感器和 电子器件
稀土磁致 冷材料和 磁蓄冷材 料
磁制冷材料的特征值
磁体的磁性（自旋）熵SM
特征值
磁体的晶格体系熵SL
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稀土功能材料简介

稀土功能材料简介

稀土功能材料简介稀土元素具有独特的原子结构和化学性质，可以制备出多种具有特殊性能的功能材料。

本文将介绍一些主要的稀土功能材料。

1.稀土永磁材料稀土永磁材料是指利用稀土元素制成的永久磁性材料，具有高磁能积、高矫顽力和高最大磁能积等特点。

常见的稀土永磁材料包括钐钴永磁体和钕铁硼永磁体等。

2.稀土发光材料稀土发光材料是指利用稀土元素具有的独特电子结构，在激发条件下能够发出不同颜色和波长的光。

常见的稀土发光材料包括荧光粉、激光晶体和电致发光材料等。

3.稀土催化材料稀土催化材料是指利用稀土元素的化学活性，在催化剂或助剂中发挥作用，提高反应效率和产率。

常见的稀土催化材料包括汽车尾气处理催化剂、石油裂化催化剂等。

4.稀土超导材料稀土超导材料是指利用稀土元素的超导性能，在低温下具有零电阻和完全抗磁性。

常见的稀土超导材料包括镧钡铜氧化物等。

5.稀土储氢材料稀土储氢材料是指利用稀土元素的储氢性能，在吸氢状态下能够将氢气储存起来，并且可以在需要时释放出来。

常见的稀土储氢材料包括镧镍合金等。

6.稀土磁致伸缩材料稀土磁致伸缩材料是指利用稀土元素的磁致伸缩性能，在磁场作用下能够产生伸缩变化。

常见的稀土磁致伸缩材料包括铽铁氮合金等。

7.稀土抛光材料稀土抛光材料是指利用稀土元素的化学稳定性和微粒大小，在抛光液中发挥作用，使表面更加光滑亮丽。

常见的稀土抛光材料包括氧化铈颗粒等。

8.稀土玻璃添加剂稀土玻璃添加剂是指利用稀土元素的玻璃形成能力，在玻璃制造过程中改善玻璃的性能和光学性质。

常见的稀土玻璃添加剂包括镧玻璃、铈玻璃等。

电致和磁致伸缩材料的功能

电致和磁致伸缩材料的功能

电致和磁致伸缩材料的功能1 电致材料1.1 电致伸缩效应电致伸缩效应是一种机电祸合效应它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。

1.2 电致伸缩材料电致伸缩效应在一切固体电介质中都有, 但其大小不同因为应变正比于介电常数的平方, 所以铁电体在其相变温度附近应该有较大的应变从应用上看, 要求加一个不太强的电场, 能够产生足够大的应变, 而且应变与电场的关系没有滞后, 重复性好, 同时还要求温度效应小为此, 应该选择介电常数大并属于扩散相变的材料此外还要求平均居里温度在室温以下, 接近室温, 扩散区较长目前, 大部分铁电体及一些非铁电体如石英、碱卤晶体等材料的电致伸缩系数都已经测量到了，已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。

1.3 电致伸缩材料的发展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(Zr x Ti1-x O3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。

与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。

稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率分析

稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率分析

后盖板 外壳 电路板 后隔板 垫件 后压板
０引 言
稀 土超 磁致伸 缩 材 料 （ 以下 简 称 Ｇ ＭＭ） 一种 是 新 型功 能材料 。在 一 定 的磁场 作 用 下 ， 材料 比传 该 统 的镍基 或 铁 基 磁 致 伸 缩 材 料 具 有更 大 的 伸 缩 应
变 ， 而 被 广 泛 应 用 于 各 类 换 能 器 和 驱 动 器 中。 因 Ｇ ＭＭ具 有如 下特点 ： １ 在 室温 下 的磁 致伸 缩 应 变 （） 大 ； ２ 能量 密度 高 ； ３ 响应 速度快 ；４ 输 出力 大 ， （） （） （）
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等。
有 限元 法 是 以变 分原 理 和 剖分 插 值 为基 础 ， 对
本文 研究 的超 磁致 伸缩换 能器 为实现 桥梁 和大 体积 混凝 土 内部 质 量 超 声 波 无 损 探 测 的 超 声 波 震 源 。 由于 在超声 检 测 中 ， 超声 波 的频 率对 检 测 缺 陷
ห้องสมุดไป่ตู้
实 际模 型 进行 离散化 、 构造 插值 函数 ， 通过 物理 上 的
ｕ ｅ ｎ ｓ ｌ ，ｗ ｉ ｈ ｐ ｏ ｅ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ｃ ｃ ｌｔｄ ｒ ｓ ｌ ． ｒ ｍｅ ｔｒ ｕ ｔ ｈ ｃ ｒｖ ｄ ｔ ｅａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｈ ａ ｕａｅ ｅ ｕ ｔ ｅ ｔ ｌ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｉｎ ｇ ｅｏ ｔ ｃｉ ｅｔａ ｓ ｕ ｅ ； Ｅ ； ｑ ｉａｅ ｔｃｒ ｕ ｔ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｙ ｒ ｓ ｇａ ｔ ｍａ ｎ ｔｓ ｉ ｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ Ｆ Ｍ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｉ ｉ；ｅ ｏ ａ ｃ ｒ ｖ ｃ ｑｅｃ

稀土超磁致伸缩功能薄膜材料的特性及应用研究进展

稀土超磁致伸缩功能薄膜材料的特性及应用研究进展
而成膜 空 间 的真 空 度 为 １ Ｐ ０ ａ以下 ， 而 能 保 证 从 膜 的纯 度 ； 二是 离子 束 电流 、 离子 束能 量 到达基 片或 靶 材 的入射 角度 能 独 立 控 制 和 测 量 ， 易 控 制 薄膜 容 的物理结 构 和特性 。因此 Ｉ Ｓ法生 成 的稀 土超 磁致 Ｂ
端 技术 、 军事 、 业制 造等 方 面 的发展 起 了重 要 的推 工
动 作用 。
３ 稀 土超磁 致伸缩功能 薄膜的应用
稀 土 超 磁致 伸 缩 功 能 薄 膜 材 料 的 优 点 决 定 了
但 这个 偏移 与基 片 的 位 置 有关 ， 过 控 制基 片 的位 通 置可得 到所 需 成 分 的膜 ；Ｐ法 沉 积 速 度最 高 ， 是 Ｉ 但 会 引起 膜 与靶材 之 间 明显 的 成 分偏 离 ， 且 这 种偏 并 离 没有 控制 。由于成 分 是稀 土超 磁致 伸缩 功 能薄 膜
的卓 越性 能 引起 人 们 的极 度 重 视 ， 国外 于 ２ ０世 纪
９ 代在 制 动 器 、 动器 、 感 器 等 领 域 迅 速 开 发 ０年 振 传
了近千 种稀 土超 磁 致 伸 缩 功 能 薄膜 应 用 器 件 ， 尖 对
伸 缩功 能薄 膜 的质量 最好 ， 然其 成分 会 发生偏 移 ， 虽
２ 稀土超磁 致伸 缩功能薄膜 的特点
稀 土超 磁致 伸缩 功能 薄 膜材 料 除 了具有 基体 材 料 的所有 特 点 以 外 ， 具 有 ： 最 大 优 势 是 器 件 微 还 ① 型化 ， 它能 作 为执 行 机构 与其 它 微 型 传 感 元 件 、 信 息处 理元 件 和 控 制 元 件 组 合 ， 现 集成 化 ； 实 ② 用稀 土超 磁致 伸缩 功 能薄 膜制 成 的元器 件 的驱 动是 无接 触式 的 ， 外加 磁 场 驱 动 ； 稀 土超 磁 致 伸 缩 靠 ③ 功能 薄膜 比基 体材 料 位移 量大 ｌ ］虽 然 稀土 超 磁致 ＿ ， 】 伸缩 功能 膜材 料 的应 变值 比基 体 材 料 小 ， 利用 稀 但 土超 磁致 伸缩 功能 薄 膜韧性 制 成 的可 弯元 件 能将其

磁性液体磁致伸缩效应的理论分析与实验分析

磁性液体磁致伸缩效应的理论分析与实验研究摘要固体的铁磁性材料在磁场作用下具有磁致伸缩效应。

梯度磁场可以改变具有磁化特性的磁性液体的视密度和内压强，进而改变磁性液体的体积，导致磁性液体发生磁致伸缩效应。

本文分析了磁性液体产生磁致伸缩效应的基本原理，推导了磁性液体磁致伸缩应变量的理论计算表达式；分析了单个载流圆线圈的磁场特性，在此基础上分析了多个同轴线圈产生的磁场，并计算了线圈的结构参数，完成了最终线圈结构的选取；设计了实验装置系统，包括线圈骨架尺寸，导线直径以及总匝数等；最后利用毛细管放大原理的测量装置测量了磁性液体的磁致伸缩微位移量，分析了实验结果，实验效果较好。

实验结果与理论进行比较，分析了实验误差产生的原因。

最终得出，磁性液体在变化的梯度磁场作用下具有磁致伸缩效应，其磁致伸缩的微位移量与输入的电流大小有较好的线性关系，扩大了磁性液体的应用研究范围，具有重要的理论与实际意义。

关键词：磁性液体，磁致伸缩，梯度磁场ITHEORETICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTALSTUDY ON MAGNETOSTRICTIVE EFFECTOF MAGNETIC LIQUIDABSTRACTThe solid ferromagnetic material has magnetostrictive effect in the magnetic field. The volume of the magnetic fluid can be changed in the external gradient magnetic field because of its apparent density and the internal pressure intensity were changed. So, the magnetic liquid magnetostrictive effect is produced.In this paper, the magnetostrictive effect theory of magnetic fluid was analyzed. Theoretical calculation expression of magnetostrictive strain was derived. The magnetic field which was generated by the plurality of coaxial coils was analyzed on the basis of a single coil magnetic field. The parameters of the coil were calculated. Experiment installation was designed, including the size of the coil bobbins, diameter of wire, and the total number of turns. Micro displacement of magnetostrictive effect was measured by the capillary tube amplification principle. The experimental results compared with theoretical. Experiments prove that the effect is better. Finally it shows that the magnetostrictive effect of magnetic fluid will be produced in the variable gradient magnetic field. The amount of magnetostrictive micro-displacement and the input current has a good linear relationship. It has important significance to expanding the range of applied research of magnetic fluid.KEY WORDS: magnetic fluid, magnetostrictive, gradient magnetic fieldII目录第一章绪论 (1)§1-1 磁致伸缩材料概述 (1)1-1-1 磁致伸缩材料的发展历程 (1)1-1-2 磁致伸缩材料的应用 (2)§1-2 磁性液体的特性及应用 (3)§1-3 磁性液体磁致伸缩效应的研究现状及意义 (5)§1-4 论文主要研究内容 (5)第二章磁性液体磁致伸缩效应的理论分析 (7)§2-1 磁性液体的磁学特性与流体力学特性 (7)2-1-1 磁性液体的磁学特性 (7)2-1-2 磁性液体的流体力学特性 (8)§2-2 磁性液体磁致伸缩应变量计算式的推导 (10)§2-3 磁性液体磁致伸缩效应理论分析 (12)§2-4 本章小结 (13)第三章梯度磁场装置的设计 (14)§3-1 梯度磁场线圈设计基本原理 (14)3-1-1 单个载流圆线圈产生的磁场 (14)3-1-2 Maxwell线圈产生的磁场 (16)3-1-3 多个同轴线圈产生的磁场 (17)§3-2 线圈参数的计算以及最终结构的选取 (19)3-2-1 线圈参数的计算 (19)3-2-2 线圈结构的选取 (22)3-2-3 仿真结果与分析 (23)§3-3 实验系统设计 (27)3-3-1 线圈设计 (28)3-3-2 磁性液体的选取 (30)§3-4 本章小结 (31)第四章磁性液体磁致伸缩应变量的实验测量及结果分析 (32)§4-1 实验测量原理介绍 (32)§4-2 磁性液体磁致伸缩应变量的测量与结果分析 (33)4-2-1 实验装置搭建 (33)4-2-2 实验测试及结果分析 (34)4-2-3 引起实验误差的因素分析 (37)4-2-4 实验改进方案 (37)§4-3 本章小结 (38)III第五章全文总结 (39)参考文献 (40)致谢 (42)IV1第一章 绪 论§1-1 磁致伸缩材料概述铁磁体在外磁场中磁化时，其长度和体积均发生变化，这个现象称为磁致伸缩效应，它首先是焦耳（J.P.Joule ）在1842年发现的，故亦称焦耳效应 [1]。

稀土元素的应用


稀土永磁材料的应用非常广，如：电机工程（永磁电动机 与发电机等）；磁力机械（磁传动、磁制动、磁轴承等）；电 子工业（微波器件、宇航专用、电子仪表等）；仪表与民用电 器；另外在汽车、磁悬浮列车、磁化技术、自动化与计算机技 术和磁疗技术等领域也有广泛的应用。 2、稀土超磁致伸缩材料
磁致伸缩效应是指磁性状态和力学形变之间存在的磁能和 机械能之间的转换效应。具有磁致伸缩效应的材料称为磁致伸 缩材料。 稀土超磁致伸缩材料广泛用于声呐系统、大功率超声器件、 精密控制系统、驱动器和机器人等。
二、稀土磁性材料
稀土金属原子具有未充满的4f电子层，并且被外层的5s， 5d电子层屏蔽，可以产生更强的电子自旋磁矩和轨道磁矩。 1、稀土永磁材料 稀土永磁材料，即稀土永磁合金，含有作为合金元素的稀 土金属，它的永磁性来源于稀土与3d过渡金属形成的某些特殊 金属间化合物。由于它的最大磁能积是传统的永磁材料铝镍钴 和铁氧体的5-10倍，甚至更高等优异的永磁特性，该新材料一 问世立刻引起了人们的极大关注，其应用已涉及所有永磁应用 领域并在迅速扩大，是永磁材料领域中发展最快的材料。 稀土永磁材料成分可分为稀土钴永磁材料、稀土铁永磁材 料、稀土铁氮和稀土铁碳等三类。从稀土永磁材料的制备工艺 和特性上分可分为烧结磁体、黏结磁体、热压磁体、热变形压 磁体和热轧磁体等五类。
三 、稀土涂料
稀土元素的颜色 稀土氧化物有多种，如LnO、Ln2O3和LnO2，其中Ln2O3 较常见。随着原子序数的递增，电子被填充在4f轨道上，其三价 离子的颜色为：镧Ln无色，铈Ce无色，镨Pr绿色，钕Nb淡红 （紫）色，钜Pm粉红、淡黄色，钐Sm黄色，铕Eu无色或淡粉 红色，钆Gb无色，铽Tb无色或淡粉红色，镝Dy黄色，钬Ho粉红、 淡黄色，铒Er淡红（紫）色，铥Tm绿色，镱Yb无色，镥Lu无 色 稀土元素在涂料工业中的应用 根据其颜色不同和化学性质的不同，稀土在涂料工业中的应 用可主要归纳为:涂料催干剂、涂料固化剂、聚合引发剂及催化 剂、溶剂合成催化剂、涂料发色、助色、稳色剂、涂料变色剂、 涂料发光剂、稀土隔热保温涂料、抗菌保健生态涂料、纳米绿色 钢化涂料、稀土着色彩砂、稀土复合氧化物远红外辐射材料

磁电效应及磁致伸缩铁电复合磁电材料

在Cr2O3中测量到 MEE效应 在Cr2O3中测量到MEH效应
磁电效应的历史
1972年荷兰Philips实验室的Van Suchtelen首先把铁磁相如
CoFe 2O4与铁电相如BaTiO3；混在一起共熔原位复合制得了第 一个铁电—铁磁复合材料(磁电转换系数dE／dH值达163mV／ cm·Oe )。
从而可得到铁电钙铁矿层与铁磁性氧化物层交替排列的 新型纳米铁电铁磁复合体。
在铁电—铁磁复合材料的合成与制备中存在的问题
影响了材料的高性能和高可靠性。近年来软化学法作为
一种先进的材料制备方法，已经在功能陶瓷的制备方面
开辟了一种新的工艺路线，姚烹等就提出通过溶胶—凝
胶(s01—8e1)法、原位沉淀(in situ prec如tated)法制备纳米
具有磁电效应的材料
1. 单相材料 对于几乎所有的已经发现的磁电材料，, ME 系数都很低（aE约20
mV/cm Oe）而且在要求温度很低的条件下。随着使用温度升到居里 温度以上时，磁电系数降到零， 这使得他们很难在实际中得到应用。
磁电系数
E 感生的电场强度 H 为外加的磁场强度, 2. 复合材料
之间的乘积效应不能最大发挥出来
受Jungho 板上通过溅射
(Rspyuut思ter想in的g)、启化发，学K气．相H凝．聚Sh(iCnV等C在)法Pb沉(Z积r，了T一i)O层3(P铁Z电T)层薄
膜，也制备出了铁电—铁磁复合材料，但是这种方法实验设备昂贵，
制备条件苛刻。
新的制备方法
目前，原有的方法也不断地得到改善，然而不论是采
后来Van den Boomgaard等提出采用磁致伸缩/压电材料复合的方 法来实现磁电转换 H材a料rs提he高测了量许了多C（FO尽/P管ZT比复理合论材预料测a的E=结75果m小V许/cm多O）e, 比以前单相ME Srinivasan 测量了NFO/PZT 多层复合材料 ( using the tape casting technique.) aE 值达到了 1500 mV/cm Oe

铽镝铁磁致伸缩材料-最新国标

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。

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2.重稀土金属合金：
Tb0.6Dy0.4合金
3.稀土与过渡金属间化合物：
REFe3, RE5Fe23, RE2Fe17, TbNi0.4Fe1.6 4.锕系金属化合物
• 稀土与过渡金属，如Fe，Co等的二பைடு நூலகம்或 三元合金则具有巨大的磁致伸缩值，高 于非稀土的近百倍。
λ达到1500~2000ppm
稀土超磁致伸缩材料 RE-GMM
• 一、概述
• 定义：铁磁材料和亚铁磁材料，在外磁 场被磁化时，其长度和体积都要发生变 化，而失去外磁场后，又恢复原来长度 或体积，这种现象称为磁致伸缩。
•磁致伸缩材料主要分4大类：
1.过渡族金属与合金：
Fe 、Ni合金，Ni－Co， Ni－Co－ Cr和铁基合金Fe－Ni，Fe－Al，Fe－Co －V等。
•磁致伸缩机理
当材料的磁化状态发生改变时，其自 身的形状和体积要发生变化，以使总能量 达到最小。
磁致伸缩一般起源于下列集中作用：
（1）当材料的晶格发生畸变时，其交换 能也随之变化，晶格的排列总是选择一种 能量最低的位置。这种晶格畸变可以是各 向同性的，也可以是各向异性的。
（2）原子的磁偶极距之间的相互作用也 能引起磁致伸缩。（各向异性的）
35稀土磁致伸缩
• 所有的稀土元素与铁和硼均可形成REFeB化合物， 其中钕铁硼均可制成有实用意义的永磁材料。钕铁硼
化合物类金属硼等元素的添加对四方相钕铁硼的形成 起决定性作用。实验结果表明，不含硼的Nd-Fe合金 由a-Fe和NdFe相组成。当硼摩尔分数增加到4%时， NdFe相消失，开始出现钕铁硼相。当硼摩尔分数增 加到7%时，a-Fe相消失，合金由钕铁硼和富钕以及
• 稀土离子超磁致伸缩的来源
主要来源于未满的4f层电子，受外层 5s、5p和6s电子的屏蔽。且稀土金属的 原子间距比半径大1-2数量级。
所以轨道与自旋耦合作用比稀土中心离子 和周围配体离子所产生的晶体场的相互 作用大1-2个数量级。
• RE-GMM拥有大的磁致伸缩系数： 稀土离子的4f电子轨道具有强烈的
长或缩短，称为线磁致伸缩。变化的数量 级为10－6～10－5.当磁体发生线磁致伸缩 时，体积几乎不变，而只改变磁体的外形。
在磁化未达到饱和状态时，主要是磁体长 度变化产生线磁致伸缩。
l
l
线性磁致伸缩系数
• 2.体积磁致伸缩：
当材料在磁化状态改变时，体积发生膨 胀或收缩的现象。饱和磁化以后，主要 是体积变化产生体积磁致伸缩。（一般 磁体中体积磁致伸缩很小，实际用途也 很少，在测量和研究中，所以一般磁致 伸缩都指的是线磁致伸缩）。
•正负磁致伸缩： 当未加外加磁场时，磁畴的磁化方向
是随机的；加上外磁场后，通过畴壁的运 动和磁化方向的转动，最终大量的磁畴的 磁化方向将倾向平行于磁场。
如果畴内磁化强度方向是自发形成的长轴， 则材料在外场方向将伸长，这时正磁致伸 缩。
如果磁化强度方向是自发形变的短轴，则 材料在外场方向将缩短，这是负磁致伸缩。
稀土磁致伸缩材料主要是稀土－铁系金 属间化合物，这类材料具有比铁、镍大 得多的磁致伸缩值，并且机械响应快、 功率密度高，所以可广泛应用于声纳系 统、大功率超声器件、精密控制系统、 各种阀门、驱动器等，是一种具有广阔 发展前景的稀土功能材料。
•二、磁致伸缩效应和机理
1.线磁致伸缩： 当材料在磁化时，伴有晶 格的自发的晶格变形，即沿着磁化方向生
富硼相组成。随硼含量增加，富硼相的数量有所增加。
有碳取代硼原子亦可形成钕铁碳化合物，其晶体结构 与钕铁硼的相同。NdFeC化合物亦具有相当高的内禀
磁性，但由于其形成困难，同时在高温区要分解，因
此不能用来制备有实际意义的永磁材料。硅与碳虽然
有相同的原子价，但硅的原子半径比硼的原子半径大
得多，因而硅只能取代铁原子晶位而不能取代硼原子 晶位。
轨道角动量冻结的物理机制：
过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的 控制。晶场的值为102-104(cm-1)大于自旋-轨道耦合 能(l)102(cm-1).
晶场对电子轨道的作用是库仑相互作用，因而 对电子自旋不起作用。随着3d电子的轨道能级在晶 场作用下劈裂，轨道角动量消失。
• 对开壳层分子（分子中含有不成对电子）， 自旋磁矩肯定不为零，但是否具有轨道磁矩，即 轨道是否“冻结”， 要根据不同情况而定。徐 光宪教授根据量子化学的结论总结出轨道不“冻 结”（轨道磁矩有贡献）的三个条件：（1）未 成对电子占据的是简并轨道中的一个；（2）在 与该未成对电子占据轨道简并的诸轨道中，至少 有一个没有与该未成对电子自旋平行的电子占据； （3）上述两个简并轨道可以通过绕某轴旋转适 当角度而彼此重跌。显然“冻结”的起码前提条 件是不成对电子占据简并分子轨道。
三、稀土超磁致伸缩材料的结构
• Tb0.27Dy0.73Fe2-x（0≤x ≤ 0.5）等典 型稀土-铁三元系超磁致伸缩材料。
• 磁性晶体的性能除了与晶体结构有关外， 还与晶体的微结构以及磁性体的磁畴结 构密切相关。
四、稀土超磁致伸缩材料的性能
• 磁致伸缩常数的测定通常采用应变什来 进行。
• 硅钢片用 Fe－Si台金的λ100 和λ111 与 成分间的关系图如后。
（3）由原子的轨道和晶场的相互作用及 自旋－轨道相互作用而引起的磁致伸缩。 （各向异性）（大磁致伸缩的主要来源）
一般所说的磁致伸缩指的是场致形变， 即当施加外磁场时，材料沿某一方向长度 的变化。在铁磁或亚铁磁材料中，当温度 在材料居里点一下的温度时，由于自发磁 化在材料的内部形成大量的磁畴。每个畴 内，由于上述的几种作用机制，晶格都发 生形变。
各向异性，当自发磁化后，4f层电子云 会在某一个或几个特定的方向能量达到 最低，从而引起晶格沿着这几个特定的 方向产生较大的畸变，这样当施加外磁 场时就产生了大的磁致伸缩。
轨道角动量冻结
在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩 仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。 此现象称为轨道角动量冻结。
λ100为正，λ111为负。
随Si含量的增加，其数值 变小。到质量分数wSi为 60%左右达到零。这一事 实对于制作磁致伸缩为零 的FeSi磁性材料是致关 重要的。