磁致伸縮層狀復(fù)合材料性能與器件研究.pdf

1、由于在垂直磁場方向Terfenol-D 層被樹脂層阻隔，難以形成較大的渦旋電流回路，磁致伸縮層狀復(fù)合材料可以克服材料高頻渦流損耗大、材料脆性大的缺點(diǎn)，明顯擴(kuò)充了磁致伸縮材料的應(yīng)用領(lǐng)域?；诖胖律炜s復(fù)合材料的器件在高頻、甚至超聲領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，本文對磁致伸縮層狀復(fù)合材料及其器件進(jìn)行了研究，以期對器件的應(yīng)用提供支持，主要研究工作如下： 1．基于力學(xué)理論推導(dǎo)了Terfenol-D 層狀復(fù)合磁致伸縮材料的磁致伸縮，在此基礎(chǔ)上采

2、用樹脂粘結(jié)法制備了Terfenol-D 層狀復(fù)合材料，研究了該材料的靜態(tài)磁致伸縮和材料磁致伸縮的壓應(yīng)力效應(yīng)。對材料作了423K、15 分鐘的磁場熱處理，研究了磁場熱處理對Terfenol-D 層狀復(fù)合材料磁致伸縮性能的影響，發(fā)現(xiàn)磁場熱處理可有效地提高材料的磁致伸縮性能，尤其是使磁致伸縮的壓應(yīng)力效應(yīng)明顯增強(qiáng)。 2．采用Terfenol-D 與Fe83Ga17同步伸長模型和各自隨磁場自由伸長模型計(jì)算了Terfenol-D/ Fe-G

3、a層狀復(fù)合磁致伸縮料的磁致伸縮。為制備Terfenol-D/ Fe-Ga層狀復(fù)合磁致伸縮材料及其相應(yīng)器件的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。 3．研究了基于Terfenol-D 層狀復(fù)合磁致伸縮材料的換能器的輸出位移特性，所用驅(qū)動磁場頻率范圍為0.1Hz～6000Hz。研究發(fā)現(xiàn)：換能器輸出位移特性與驅(qū)動磁場頻率關(guān)系很大；比較Terfenol-D 換能器的輸出位移特性可得，Terfenol-D 層狀復(fù)合磁致伸縮材料明顯地提高了換能器在一級諧振頻率處的

4、輸出位移和應(yīng)用頻率范圍，有效地降低了換能器的渦流損耗。 4．基于磁致伸縮材料與壓電材料的本構(gòu)方程，采用等效電路法對磁電層狀復(fù)合磁場傳感器的磁電系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。所得磁電系數(shù)方程顯示磁電系數(shù)決定于Terfenol-D 與PZT的性能參數(shù)、磁場傳感器中兩種材料的體積比、粘結(jié)劑的性能及磁場傳感器的制備工藝。 驅(qū)動磁場頻率為70Hz 時，磁電系數(shù)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 5．采用樹脂粘結(jié)法應(yīng)用磁致伸縮材料和壓電材料制作了