Терфенол-Д - Terfenol-D

Терфенол-Д, сплав формулы TbИксDy1−ИксFe2 (Икс ≈ 0,3), является магнитострикционный материал. Первоначально он был разработан в 1970-х годах Военно-морская артиллерийская лаборатория в США. Технология эффективного изготовления материала была разработана в 1980-х гг. Лаборатория Эймса в рамках программы, финансируемой ВМС США.[1] Он назван в честь тербий, утюг (Fe), Военно-морская артиллерийская лаборатория (NOL), а буква D от диспрозий.

Физические свойства

Сплав имеет самый высокий магнитострикция любой сплав, до 0,002 м / м при насыщении; он расширяется и сжимается в магнитном поле. Терфенол-Д имеет большую сила магнитострикции, высоко плотность энергии, низкий скорость звука, и низкий Модуль для младших. В наиболее чистом виде он также имеет низкую пластичность и низкое сопротивление разрушению. Терфенол-D - это серый сплав, который имеет различные возможные соотношения его элементарных компонентов, которые всегда следуют формуле TbИксDy1−ИксFe2. Добавление диспрозия облегчило индукцию магнитострикционных реакций, заставляя сплав требовать более низкого уровня магнитных полей. Когда соотношение Tb и Dy увеличивается, магнитострикционные свойства получаемого сплава будут работать при температурах до -200 ° C, а при уменьшении он может работать при максимальной температуре 200 ° C. Состав Терфенола-Д позволяет ему иметь большую магнитострикция и магнитный поток когда магнитное поле применяется к нему. Этот случай существует для большого диапазона сжимающие напряжения, с тенденцией к уменьшению магнитострикции по мере увеличения сжимающего напряжения. Также существует взаимосвязь между магнитным потоком и сжатием, при которой, когда сжимающее напряжение увеличивается, магнитный поток изменяется менее резко.[2]. Терфенол-D в основном используется из-за своих магнитострикционных свойств, при которых он меняет форму под воздействием магнитных полей в процессе, называемом намагничивание. Показано, что магнитная термообработка улучшает магнитострикционные свойства Терфенола-Д при низком сжимающем напряжении для определенных соотношений Tb и Dy.[3]

Приложения

Благодаря свойствам материала Терфенол-D отлично подходит для использования в производстве низкочастотной мощной подводной акустики. Его первоначальное применение было военно-морским сонар системы. Он находит применение в магнитомеханических датчиках, приводы, а также акустические и ультразвуковой преобразователи благодаря высокой плотности энергии и большой пропускной способности, например в SoundBug устройство (его первое коммерческое применение FeONIC ). Его напряжение также больше, чем у другого обычно используемого материала (PZT8 ), что позволяет датчикам Terfenol-D достигать больших глубин для исследования океана, чем предыдущие датчики.[4]. Его низкий модуль Юнга приводит к некоторым осложнениям из-за сжатия на больших глубинах, которые преодолеваются в конструкциях преобразователей, которые могут достигать глубины 1000 футов и терять лишь небольшую часть точности - около 1 дБ.[5]. Благодаря высокому диапазону температур Терфенол-D также может использоваться в акустических преобразователях для глубоких отверстий, где окружающая среда может достигать высокого давления и температуры, например, нефтяные скважины. Терфенол-D может также использоваться для гидравлический клапан драйверы из-за его высоких деформационных и силовых свойств[5]. Точно так же магнитострикционные приводы также рассматривались для использования в топливные форсунки за дизельные двигатели из-за высоких напряжений, которые могут возникнуть[6].

Производство

Увеличение использования терфенола-D в преобразователях потребовало новых производственных технологий, которые увеличили производительность и качество, поскольку оригинальные методы были ненадежными и маломасштабными. Существует четыре метода, которые используются для производства терфенола-D: плавление в свободной зоне, модифицированный Бриджмен, прессованный спеченный порошок и композиты с полимерной матрицей.

Первые два метода, свободная стойка зона плавки (ФСЗМ) и модифицированный Бриджмен (MB), способны производить терфенол-D, который обладает высокими магнитострикционными свойствами и плотностью энергии. Однако FSZM не может производить стержень диаметром более 8 мм из-за поверхностное натяжение Терфенола-D и того, что процесс FSZM не имеет контейнера для ограничения материала. Процесс MB предлагает минимальный диаметр 10 мм и ограничен только из-за того, что стена мешает рост кристаллов[7]. Оба метода создают твердые кристаллы, которые потребуют более позднего изготовления, если требуется геометрия, отличная от прямоугольного цилиндра. Полученные твердые кристаллы имеют прекрасную ламеллярная структура[8].

Два других метода, спеченный пудра компактная и композиты с полимерной матрицей, имеют порошковую основу. Эти методы позволяют получить сложную геометрию и детализацию. Однако размер ограничен 10 мм в диаметре и 100 мм в длину из-за используемых форм.[7]. Полученные микроструктуры этих порошковых методов отличаются от твердокристаллических, поскольку они не имеют пластинчатой ​​структуры и имеют более низкую плотность. Однако все методы обладают схожими магнитострикционными свойствами.[8]

Из-за ограничений по размеру МБ - лучший способ для производства терфенола-D, однако это трудоемкий метод. Более новый процесс, такой как MB, - это ET-Ryma. рост кристаллов (ЭКГ), что приводит к увеличению диаметра кристаллов терфенола-D и увеличению магнитострикционных характеристик. Надежность магнитострикционных свойств Терфенола-Д на протяжении всего срока службы материала повышается за счет использования ET-Ryma.[7]

Терфенол-D имеет несколько незначительных недостатков, связанных с его свойствами материала. Терфенол-Д имеет низкую пластичность и низкое сопротивление разрушению. Чтобы решить эту проблему, терфенол-D был добавлен к полимерам и другим металлам для создания композитов. При добавлении к полимерам жесткость получаемого композита невысока. При создании композитов Терфенола-Д с пластичными металлическими связующими, полученный материал имеет повышенную жесткость и пластичность с пониженными магнитострикционными свойствами. Эти металлические композиты могут быть образованы взрывом. уплотнение. В исследовании, проведенном по обработке сплавов терфенола-D, полученные сплавы, созданные с использованием меди и терфенола-D, имели повышенные значения прочности и твердости, что подтверждает теорию о том, что композиты из пластичных металлических связующих и терфенола-D приводят к более прочным и пластичным. материал.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уилер, Скотт Л. (2002-10-29). «Шпионаж КНР ведет к войне« Терф »: следователи говорят, что Китай направил студентов в американские университеты для получения секретной информации об экзотическом материале, имеющем ценное промышленное и военное применение | Взгляд в газету News | Найти статьи в BNET». Findarticles.com. Получено 2010-04-08.
  2. ^ «Терфенол-Д - ЕТРЕМА Продактс, Инк». ТдВиб, ООО. Получено 2018-12-01.
  3. ^ Verhoeven, J.D .; Ostenson, J. E .; Гибсон, E.D .; Макмастерс, О. Д. (1989-07-15). «Влияние композиции и магнитной термообработки на магнитострикцию Tb.ИксDy1−ИксFeу двойниковые монокристаллы ». Журнал прикладной физики. 66 (2): 772–779. Bibcode:1989JAP .... 66..772V. Дои:10.1063/1.343496. ISSN  0021-8979.
  4. ^ Хоуцин, Чжу; Цзяньго, Лю; Сюжун, Ван; Яньхун, Син; Хунпин, Чжан (1 августа 1997 г.). «Применение Терфенола-Д в Китае». Журнал сплавов и соединений. 258 (1–2): 49–52. Дои:10.1016 / S0925-8388 (97) 00068-6. ISSN  0925-8388.
  5. ^ а б "Активные Сигнальные Технологии Конструкции Преобразователя и Привода Терфенола-Д". www.activesignaltech.com. Получено 2018-12-09.
  6. ^ «Патент на топливную форсунку». Получено 2011-02-18.
  7. ^ а б c Снодграсс, Джонатан Д.; Макмастерс, О. (1997-08-01). «Оптимизация производственных процессов ТЕРФЕНОЛА-Д». Журнал сплавов и соединений. 258 (1–2): 24–29. Дои:10.1016 / S0925-8388 (97) 00067-4. ISSN  0925-8388.
  8. ^ а б Иссинду, Валентин; Viala, B .; Gimeno, L .; Cugat, O .; Rado, C .; Буат, С. (8 августа 2017 г.). «Методы изготовления высокопроизводительных миниатюрных дисков из терфенола-D для сбора энергии». Труды. 1 (4): 579. Дои:10.3390 / procedure1040579. ISSN  2504-3900.
  9. ^ «Обработка магнитострикционных композитов на основе сплава Терфенол-Д методом динамического уплотнения - Журналы и журнал IEEE». Дои:10.1109/20.908745. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка