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铽镝铁超磁致伸缩材料的应用方向

Terfenol-D 材料与元件、应用器件的一体化

稀土超磁致伸缩材料是一种新型功能材料,这种材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能,也可以将微变形或声能转化为电磁能。换句话说就是,料能实现磁电能 - 机械能的高效转换。其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高约100 - 1000倍。

这种新材料,业内普遍称之为 Terfenol-D 诞生1972年诞生。仅仅十年,其用量就达到了10t,市场销售规模在当时已接近1亿美元。2005年其用量已接近270t,市场销售规模超过了16亿美元。用量年均递增率超过了39%,市场销售规模的年均扩张速度则接近34%。

目前国外涉足该材料生产研制的国家和公司,除美国边缘技术公司(ETREMA)、衣阿华州立大学、美国能源部下属的阿姆斯实验室和美国海军水面武器研究中心外,还有瑞典的费罗公司(FEREDUNAB)、瑞典乌普沙拉(UPDSALA)大学固体化学研究小组和英国的稀土制品公司(Pabnson Matthcy),日本TDK公司等。

其中,美国边缘公司的技术实力最强,生产出的稀土超磁致伸缩材料的量也最多,约占世界总产量的75%以上。

根据有关资料推算,美国边缘技术公司2002年的产值约为4.5亿美元。关于这种稀土新智能材料的发展前景,该公司总裁认为在今后的4-5年间,仅汽车市场的需求就可达428t。

这种材料具有将电能快速转换为机械能的优良特性,用这种超磁致伸缩材料制作的水声换能器和电声换能器已被成功配置在海军装备、油井探测扬声器、噪声与振动控制系统、海洋探测与地下通讯系统中。

除可用于机械、电子、汽车等行业外,还可用于水利工程、地球物理探测和油田采油装置上。以机械行业为例,中国的机床生产水平远远落后于工业发达国家,精密机床、数控机床仅占国内机床在用总量的1.7%,造成这种局面的重要原因就是,精密机床上配置的精密快速进给系统无法与国外相比。而采用铽镝铁超磁致伸缩材料之称的精密制动器,将能够实现这方面的突破。目前,国内机床生产企业上千家,产值约为30亿元人民币(2008年12月数据),国内采用普通材料生产的制动器满足不了机床行业的要求。因此,开发出使用铽镝铁超磁致伸缩材料的精密制动器将是机械行业发展的重中之重,巨大的市场份额给铽镝铁超磁致伸缩材料留下了极大的发展空间。

经过调查,换能器应该是一个突破口。目前其难点在于,中国的换能器生产厂家对材料的性能非常不熟悉,材料生产厂家对换能器又几乎外行,两者都知道这材料应用于换能器的巨大潜力,但是就是没走到一块儿去。

从美国发展该材料的历史来看,无论是材料的发明,还是早期的垄断性应用,都与军工领域(海军为代表)具有直接关系。尽管中国的军事国防部门对此材料的认识还在逐渐加强的过程中,但,在中国综合实力明显增强后,对实现21世纪军事战略、提高装备水平的要求注定会十分迫切。因此,军事国防部门大量使用稀土超磁致伸缩材料是历史的必然。

通过与国外客户的接触和其他资讯,能看到国外很重视功能材料与元件、应用器件的一体化。

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