磁致伸縮
編輯磁致伸縮(參見電致伸縮)是磁性材料的一種特性,會導致它們在磁化過程中改變形狀或尺寸。 由于施加的磁場,材料磁化強度的變化會改變磁致伸縮應變,直到達到其飽和值 λ。 詹姆斯·焦耳 (James Joule) 于 1842 年在觀察鐵樣本時首次發現了這種效應。
由于易受影響的鐵磁芯中的摩擦加熱,這種效應會導致能量損失。 這種效應也是變壓器發出低沉嗡嗡聲的原因,交流電振蕩會產生不斷變化的磁場。
說明
編輯在內部,鐵磁材料具有被分成疇的結構,每個疇是均勻磁化的區域。 當施加磁場時,疇之間的邊界移動并且疇旋轉; 這兩種影響都會導致材料尺寸發生變化。 材料磁疇的變化導致材料尺寸變化的原因是磁晶各向異性的結果; 在一個方向上磁化晶體材料比在另一個方向上需要更多的能量。 如果以與易磁化軸成一定角度的方式將磁場施加到材料上,材料將傾向于重新排列其結構,以便易磁化軸與磁場對齊,從而xxx限度地減少系統的自由能。 由于不同的晶體方向與不同的長度相關,因此這種效應會在材料中引起應變。
當材料受到機械應力時,材料的磁化率(對施加場的響應)發生變化,這種相互影響稱為維拉里效應。 其他兩種效應與磁致伸縮有關:Matteucci 效應是磁致伸縮材料在受到扭矩時磁化率的螺旋各向異性的產生,Wiedemann 效應是這些材料在施加螺旋磁場時發生扭曲。
維拉里反轉是當暴露于大約 40 kA/m 的磁場時,鐵的磁致伸縮符號從正變為負。
在磁化時,磁性材料會經歷很小的體積變化:10?6 的數量級。
磁致伸縮磁滯回線
編輯與通量密度一樣,磁致伸縮也表現出與磁場強度的滯后現象。 可以使用 Jiles-Atherton 模型重現此磁滯回線(稱為蜻蜓回線)的形狀。
磁致伸縮材料
編輯磁致伸縮材料可以將磁能轉化為動能,反之亦然,用于制造執行器和傳感器。 該屬性可以通過磁致伸縮系數 λ 來量化,它可以是正的也可以是負的,并且被定義為隨著材料的磁化強度從零增加到飽和值而長度的分數變化。 這種效果是造成熟悉的電嗡嗡聲 (Listen (help·info)) 的原因,可以在變壓器和大功率電氣設備附近聽到。
鈷在 60 微應變下表現出純元素中xxx的室溫磁致伸縮。 在合金中,Terfenol-D(Ter 代表鋱,Fe 代表鐵,NOL 代表海軍軍械實驗室,D 代表鏑)是已知的最高磁致伸縮合金。 Terfenol-D, TbxDy1-xFe2, 展品約 2,000 室溫下在 160 kA/m (2 kOe) 磁場中的微應變,是最常用的工程磁致伸縮材料。 Galfenol,FexGa1-x,和 Alfer,FexAl< sub class="template-chem2-sub">1-x 是較新的合金,在較低的應用場 (~200 Oe) 下表現出 200-400 微應變,并且具有比脆性 Terfenol-D 更高的機械性能。 這兩種合金都具有 <100> 用于磁致伸縮的簡單軸,并為傳感器和執行器應用展示了足夠的延展性。
另一種非常常見的磁致伸縮復合材料是非晶合金 Fe81Si3.5B13.5 C2,商品名為 Metglas 2605SC。 這種材料的有利特性是其高飽和磁致伸縮常數 λ,約為 20 微應變或更多,加上低于 1 kA/m(達到磁飽和)的低磁各向異性場強 HA。 Metglas 2605SC 還表現出非常強的 ΔE 效應,使有效楊氏模量降低高達 80% 左右。 這有助于構建節能的磁性 MEMS。
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