论文摘要
由于在垂直磁场方向Terfenol-D层被树脂层阻隔,难以形成较大的涡旋电流回路,磁致伸缩层状复合材料可以克服材料高频涡流损耗大、材料脆性大的缺点,明显扩充了磁致伸缩材料的应用领域。基于磁致伸缩复合材料的器件在高频、甚至超声领域中有着广阔的应用前景,本文对磁致伸缩层状复合材料及其器件进行了研究,以期对器件的应用提供支持,主要研究工作如下:1.基于力学理论推导了Terfenol-D层状复合磁致伸缩材料的磁致伸缩,在此基础上采用树脂粘结法制备了Terfenol-D层状复合材料,研究了该材料的静态磁致伸缩和材料磁致伸缩的压应力效应。对材料作了423K、15分钟的磁场热处理,研究了磁场热处理对Terfenol-D层状复合材料磁致伸缩性能的影响,发现磁场热处理可有效地提高材料的磁致伸缩性能,尤其是使磁致伸缩的压应力效应明显增强。2.采用Terfenol-D与Fe83Ga17同步伸长模型和各自随磁场自由伸长模型计算了Terfenol-D/ Fe-Ga层状复合磁致伸缩料的磁致伸缩。为制备Terfenol-D/ Fe-Ga层状复合磁致伸缩材料及其相应器件的设计提供指导。3.研究了基于Terfenol-D层状复合磁致伸缩材料的换能器的输出位移特性,所用驱动磁场频率范围为0.1Hz～6000Hz。研究发现:换能器输出位移特性与驱动磁场频率关系很大;比较Terfenol-D换能器的输出位移特性可得,Terfenol-D层状复合磁致伸缩材料明显地提高了换能器在一级谐振频率处的输出位移和应用频率范围,有效地降低了换能器的涡流损耗。4.基于磁致伸缩材料与压电材料的本构方程,采用等效电路法对磁电层状复合磁场传感器的磁电系数进行了推导。所得磁电系数方程显示磁电系数决定于Terfenol-D与PZT的性能参数、磁场传感器中两种材料的体积比、粘结剂的性能及磁场传感器的制备工艺。驱动磁场频率为70Hz时,磁电系数的计算结果与实验结果一致。5.采用树脂粘结法应用磁致伸缩材料和压电材料制作了磁电层状复合磁场传感器,并对其进行了静态和动态实验研究,发现磁电系数与直流偏置磁场、交流驱动磁场频率、交流驱动磁场大小、磁场方向均有很大关系。研究结果为磁场传感器在磁场测量方面的应用提供了必要的支持。
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中文摘要英文摘要第一章 绪论§1-1 磁致伸缩材料及应用1-1-1 磁致伸缩效应及磁致伸缩材料1-1-2 磁致伸缩理论1-1-3 磁致伸缩材料的应用§1-2 磁致伸缩复合材料及应用1-2-1 磁致伸缩复合材料1-2-2 磁致伸缩复合材料的应用§1-3 磁电复合材料及应用1-3-1 压电材料1-3-2 磁电材料1-3-3 磁电复合材料及应用§1-4 论文的意义及主要研究工作第二章 磁致伸缩层状复合材料的磁致伸缩性能§2-1 磁致伸缩粉末复合材料的磁致伸缩性能0.88Dy0.12Fe2粉末复合材料的制备'>2-1-1 Sm0.88Dy0.12Fe2粉末复合材料的制备0.88Dy0.12Fe2粉末复合材料的磁致伸缩性能'>2-1-2 Sm0.88Dy0.12Fe2粉末复合材料的磁致伸缩性能§2-2 Terfenol-D 层状复合材料的磁致伸缩性能2-2-1 Terfenol-D 层状复合材料的静态磁致伸缩计算2-2-2 Terfenol-D 层状复合材料的制备与磁致伸缩测试系统2-2-3 Terfenol-D 层状复合材料的磁致伸缩性能§2-3 磁场热处理对 Terfenol-D 层状复合材料磁致伸缩性能的影响2-3-1 实验方法2-3-2 磁场热处理对 Terfenol-D 层状复合材料磁致伸缩性能的影响§2-4 Terfenol-D/Fe-Ga 层状复合材料的磁致伸缩计算83Ga17同步伸缩模型'>2-4-1 Terfenol-D与Fe83Ga17同步伸缩模型83Ga17各自随磁场自由伸缩模型'>2-4-2 Terfenol-D与Fe83Ga17各自随磁场自由伸缩模型§2-5 本章小结第三章 Terfenol-D 层状复合材料换能器的实验研究§3-1 实验测试系统3-1-1 换能器工作原理3-1-2 静态特性测试系统3-1-3 动态特性测试系统§3-2 静态条件下换能器的输出特性§3-3 准静态条件下换能器的输出特性3-3-1 换能器中 Terfenol－D 层状复合材料的特性3-3-2 Terfenol－D 层状复合材料换能器的输出位移特性3-3-3 Terfenol－D 层状复合材料磁致伸缩与换能器输出位移之间的关系§3-4 低频条件下换能器的输出特性§3-5 较高频率（1000～6000Hz）条件下换能器的输出特性3-5-1 无直流偏置时换能器的输出位移特性3-5-2 直流偏置对换能器输出位移的影响3-5-3 换能器的涡流损耗及磁致伸缩材料温度对换能器输出位移的影响§3-6 本章小结第四章 磁致伸缩/压电层状复合磁场传感器的磁电系数的理论研究§4-1 磁电层状复合磁场传感器的理论模型§4-2 L-T 型对称三层磁电复合磁场传感器的磁电系数计算4-2-1 L-T 型三层磁电复合磁场传感器模型及基础材料的本构方程4-2-2 电路状态方程推导4-2-3 机械振动方程4-2-4 基于磁-机-电关系等效电路图的磁电系数方程§4-3 磁电系数的理论计算及与实验结果的比较分析4-3-1 系数g 的确定4-3-2 偏置磁场对磁电系数的影响4-3-3 Terfenol-D 与PZT 的体积比对磁电系数的影响4-3-4 驱动磁场频率对磁电系数的影响§4-4 磁场方向对磁电复合磁场传感器输出电压的影响§4-5 本章小结第五章 磁致伸缩/压电层状复合磁场传感器的实验研究§5-1 磁电复合磁场传感器的制作与实验测试系统5-1-1 磁电复合磁场传感器的制作5-1-2 静态特性测试系统5-1-3 动态特性测试系统§5-2 静态磁致伸缩及磁场确定5-2-1 750 匝内线圈施加磁场5-2-2 750 匝外线圈施加磁场5-2-3 磁场方向对磁电复合磁场传感器中 Terfenol-D 静态磁致伸缩的影响§5-3 磁电复合磁场传感器动态性能测试结果5-3-1 驱动磁场频率对磁电复合磁场传感器性能的影响5-3-2 直流偏置磁场对磁电复合磁场传感器性能的影响5-3-3 交流驱动磁场大小对磁电复合磁场传感器性能的影响5-3-4 磁场方向对磁电复合磁场传感器性能的影响5-3-5 磁电性能与磁电复合磁场传感器中Terfenol-D 层的磁致伸缩性能的关系§5-4 本章小结第六章 结论一、全文总结二、创新点三、进一步研究的工作参考文献致谢攻读博士学位期间所取得的相关科研成果
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