超磁致伸縮材料（gmm）是自20世紀(jì)70年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型功能材料,目前已被視為21世紀(jì)提高國(guó)家高科技綜合競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略性功能材料。gmm器件的性能已被證明優(yōu)于壓電陶瓷換能材料,在軍民兩用高科技領(lǐng)域具有難以估量的應(yīng)用前景。
據(jù)北京鋼鐵研究總院王龍妹教授介紹,上經(jīng)營(yíng)gmm業(yè)務(wù)的企業(yè)主要有美國(guó)etrema公司、英國(guó)稀土制品公司、日本住友輕金屬公司等。gmm自上世紀(jì)80年代開(kāi)始投入西方市場(chǎng),歷經(jīng)20余年的發(fā)展,當(dāng)前gmm市場(chǎng)售價(jià)已較zui初降低了20余倍。近年來(lái)隨著gmm制適成本的不斷降低和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,市場(chǎng)需求有愈發(fā)強(qiáng)勁之勢(shì)。
gmm的尺寸伸縮可隨外加磁場(chǎng)成比例變化,其磁致伸縮系數(shù)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的磁致伸縮材料。1971年美國(guó)*表面武器實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始尋找在室溫下具有大磁致伸縮的材料,發(fā)現(xiàn)tbfe2、dyfe2、smfe2等具有很好的磁致伸縮性能,但是它們需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)才能驅(qū)動(dòng),這就限制了該材料的應(yīng)用。為此,他們又研究了新的合金材料,這種合金材料具有很高的居里溫度,磁致伸縮性能優(yōu)異,使得實(shí)際應(yīng)用成為可能,由此引起了業(yè)界對(duì)gmm開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的極大關(guān)注。
gmm在室溫下機(jī)械能－電能轉(zhuǎn)換率高、能量密度大、響應(yīng)速度高、可靠性好、驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單,正是這些性能優(yōu)點(diǎn)引發(fā)了傳統(tǒng)電子信息系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)等的革命性變化。
迄今已有1000多種gmm器件問(wèn)世,應(yīng)用面涉及航空航天、國(guó)防、電子、機(jī)械、石油、紡織、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域,大大促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。例如大功率gmm換能器用于油井處理,可降低石油粘度,改善流動(dòng)特性,大大提高石油產(chǎn)量。
在科技發(fā)展日新月異的新世紀(jì),gmm的重要性必將越來(lái)越突出,應(yīng)用也將更廣泛。預(yù)計(jì)未來(lái)gmm的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個(gè)方面：在國(guó)防及航空航天業(yè),應(yīng)用于水下艦艇移動(dòng)通訊、探/檢測(cè)系統(tǒng)、聲音模擬系統(tǒng)、航空飛行器、地面運(yùn)載工具和武器等；電子工業(yè)及高精度自動(dòng)控制等技術(shù)行業(yè),用gmm制造的微位移驅(qū)動(dòng)器可用于機(jī)器人、超精密機(jī)械加工、各種精密儀器和光盤驅(qū)動(dòng)器等；海洋科學(xué)及近海工程業(yè),用于海流分布、水下地貌、地震預(yù)報(bào)等的勘測(cè)裝置和用于發(fā)射及接收聲訊號(hào)的大功率低頻聲納系統(tǒng)等；機(jī)械、紡織業(yè)及汽車制造業(yè),可用于自動(dòng)剎車系統(tǒng)、燃料/注入噴射系統(tǒng)和高性能微型機(jī)械功率源等；大功率超聲波、石油業(yè)及醫(yī)療業(yè),用于超聲化學(xué)、超聲醫(yī)療技術(shù)、*和大功率換能器等。此外,還可用于振動(dòng)機(jī)械、建筑機(jī)械及焊接裝置、高保真音響等許多領(lǐng)域。
北京鋼鐵研究總院在gmm制備技術(shù)方面的研究起步較早,1991年在國(guó)內(nèi)制備出gmm棒材,獲得了國(guó)家。此后又進(jìn)一步開(kāi)展了低頻水聲換能器、光纖電流檢測(cè)、大功率超聲焊接換能器等的研究和應(yīng)用,開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的年產(chǎn)能達(dá)噸級(jí)的集成生產(chǎn)gmm技術(shù)和裝備。北京科技大學(xué)研制的gmm材料在國(guó)內(nèi)外20家單位試用,效果良好。蘭州天星公司也開(kāi)發(fā)了年產(chǎn)能達(dá)噸級(jí)的生產(chǎn)線,在gmm器件開(kāi)發(fā)、應(yīng)用方面頗有建樹(shù)。
據(jù)王龍妹教授介紹,雖然我國(guó)對(duì)于gmm的研究工作起步不算晚,但在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面還處于起步階段。目前我國(guó)不僅需要在gmm生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)成本上有所突破,同時(shí)也需要在材料應(yīng)用器件開(kāi)發(fā)上傾注精力。國(guó)外很重視功能材料與元件、應(yīng)用器件的一體化,美國(guó)的etrema材料就是材料和應(yīng)用器件研發(fā)、銷售一體化zui典型的例子。gmm的應(yīng)用涉及到很多領(lǐng)域,業(yè)界的有識(shí)之士和企業(yè)家應(yīng)該具備戰(zhàn)略性的眼光,高瞻遠(yuǎn)矚,對(duì)這一21世紀(jì)應(yīng)用前景廣闊的功能材料的發(fā)展和應(yīng)用有足夠的了解和認(rèn)識(shí),密切關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài),加快其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,推動(dòng)和扶植gmm應(yīng)用器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。