Войти
Терфенол-D, an сплав формулы Tb xDy 1-x Fe 2(x ≈ 0,3), является магнитострикционным материалом. Первоначально он был разработан в 1970-х годах Военно-морской артиллерийской лабораторией в США. Технология эффективного производства материала была разработана в 1980-х годах в Ames Laboratory в рамках программы, финансируемой ВМС США. Он назван в честь тербия, железа (Fe), Военно-морской артиллерийской лаборатории (NOL), а буква D происходит от диспрозий.
У сплава самые высокие магнитострикция любого сплава, до 0,002 м / м при насыщении; он расширяется и сжимается в магнитном поле. Терфенол-D имеет большую силу магнитострикции, высокую плотность энергии, низкую скорость звука и низкий модуль Юнга. В наиболее чистом виде он также имеет низкую пластичность и низкое сопротивление разрушению. Терфенол-D представляет собой серый сплав, который имеет различные возможные соотношения его элементарных компонентов, которые всегда подчиняются формуле Tb xDy 1-x Fe 2. Добавление диспрозия облегчало 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 магнитострикцию и магнитный поток при приложении к нему магнитного поля. Этот случай существует для большого диапазона сжимающих напряжений с тенденцией к уменьшению магнитострикции по мере увеличения сжимающего напряжения. Также существует взаимосвязь между магнитным потоком и сжатием, при которой при увеличении сжимающего напряжения магнитный поток изменяется менее резко. Терфенол-D в основном используется из-за своих магнитострикционных свойств, при которых он меняет форму при воздействии магнитных полей в процессе, называемом намагничивание. Показано, что магнитная термообработка улучшает магнитострикционные свойства Терфенола-D при низком сжимающем напряжении для определенных соотношений Tb и Dy.
Терфенол-D превосходен благодаря своим свойствам материала. для использования в производстве низкочастотной мощной подводной акустики. Первоначально его применяли в морских гидроакустических системах. Он находит применение в магнитомеханических датчиках, исполнительных механизмах, а также в акустических и ультразвуковых преобразователях благодаря высокой плотности энергии и широкому диапазону частот, например в устройстве SoundBug (его первое коммерческое приложение от FeONIC ). Его деформация также больше, чем у другого обычно используемого материала (PZT8 ), что позволяет датчикам Terfenol-D достигать больших глубин для исследований океана, чем предыдущие датчики. Его низкий модуль Юнга приводит к некоторым осложнениям из-за сжатия на большой глубине, которые преодолеваются в конструкциях преобразователей, которые могут достигать глубины 1000 футов и терять лишь небольшую часть точности - около 1 дБ. 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 приводов гидрораспределителей из-за его высоких деформационных и силовых свойств. Точно так же магнитострикционные приводы также рассматривались для использования в топливных форсунках для дизельных двигателей из-за больших напряжений, которые могут возникнуть.
Увеличение использования терфенола-D в преобразователях потребовало новых производственных технологий, которые повысили производительность и качество, поскольку исходные 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, свободностоящая зонная плавка (FSZM) и модифицированная Bridgman (MB), позволяют производить терфенол-D, который имеет высокие магнитострикционные свойства и плотности энергии. Однако FSZM не может производить стержень диаметром более 8 мм из-за поверхностного натяжения 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 стенка мешает росту кристаллов . Оба метода создают твердые кристаллы, которые потребуют более позднего изготовления, если требуется геометрия, отличная от прямоугольного цилиндра. Полученные твердые кристаллы имеют тонкую пластинчатую структуру.
. Две другие технологии, спеченный порошковый прессованный материал и композиты с полимерной матрицей, основаны на порошке. Эти методы позволяют получить сложную геометрию и детализацию. Однако размер ограничен 10 мм в диаметре и 100 мм в длину из-за используемых форм. Полученные микроструктуры этих способов на основе порошков отличаются от твердокристаллических, поскольку они не имеют ламеллярной структуры и имеют более низкую плотность. Однако все методы имеют одинаковые магнитострикционные свойства.
Из-за ограничений по размеру МБ является лучшим способом для производства терфенола-D, однако это трудоемкий метод. Более новый процесс, такой как MB, - это рост кристаллов ET-Ryma (ЭКГ), который приводит к кристаллам терфенола-D большего диаметра и улучшенным магнитострикционным характеристикам. Надежность магнитострикционных свойств терфенола-D на протяжении всего срока службы материала повышается за счет использования ET-Ryma.
Терфенол-D имеет некоторые незначительные недостатки, которые проистекают из свойств его 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 вязкими металлическими связующими, полученный материал имеет повышенную жесткость и пластичность с пониженными магнитострикционными свойствами. Эти металлические композиты могут быть образованы взрывом уплотнением. 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.
