超磁致伸缩材料
磁致伸缩材料的研究及应用
磁致伸缩材料的研究及应用磁致伸缩材料是一种可以在磁场作用下产生机械变形的智能材料。
其具有较大的应变及较快的响应速度等特点，在微机电系统、智能结构及磁医学等领域具有广泛的应用前景，因此其研究也备受关注。
一、磁致伸缩材料的发展历程磁致伸缩材料最早可以追溯到1920年代的石英研究。
1936年，日本学者桥本秀夫首次制备了一种新型材料，被称为“Jiles-Atherton效应”，并用于磁控制装置。
20世纪60年代，磁致伸缩材料得到进一步的发展和研究。
在经过多年的努力之后，现今的磁致伸缩材料已经达到了伸缩应变高达1%、响应速度在毫秒级别的水平。
二、磁致伸缩材料的基本原理磁致伸缩材料的基本原理是，当材料处于磁场中时，其晶格结构会发生变化，从而导致材料的形状发生变化。
这种形变可以表现为伸长或缩短，称为磁致伸缩效应。
磁致伸缩材料可分为单晶磁致伸缩材料与多晶磁致伸缩材料两种。
单晶磁致伸缩材料具有单向形变性，对于单向应力或单向磁场作用下，只表现为一个方向的伸长或缩短。
多晶磁致伸缩材料则可以在不同方向上产生不同程度的形变。
三、磁致伸缩材料的应用1. 微机电系统（MEMS）磁致伸缩材料在微机电系统中的应用已经开始取得一定的成果。
其最大的应用是作为驱动器件，用于数字微镜、精密运动控制器等领域。
2. 智能结构磁致伸缩材料作为一种智能材料，可以被应用于各种智能结构中。
例如，可用于便携式电力工具的紧固装置、智能森林高压输电线路的调整系统等。
3. 磁医学磁致伸缩材料在磁医学领域也具有潜在的应用价值。
例如，用于放大磁共振成像（MRI）的灵敏度以及用于制造人工肌肉。
四、磁致伸缩材料的发展与前景磁致伸缩材料所具有的高响应速度、灵敏度、大应变、无需外部电源等特点，使得其在各个领域有广泛的应用前景。
未来，随着科技进步和生产技术的发展，磁致伸缩材料将会在更多领域中得到应用。
同时，更多的磁致伸缩材料类型也将逐渐被研发出来，以满足不同领域对于材料性能的要求。
稀土超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。
它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。
“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe合金。
它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8倍、镍基材料的40—50倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。
“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。
“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。
在国防、航空航天和高技术领域：如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统）、噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域，有广阔的应用前景。
“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。
由三个组元组成（Tbl －xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如 Tbo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世纪70年代初由美国海军表面武器实验室的 A． C．Clark博士等人发明，当即他们申请了美国专利。
美国海军表面武器实验室于1987年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的 E trema INC分公司。
随后美国的 G ibson和Verhoeven等人对Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶体取向棒材（包括管材，片材等）的制造设备、技术与工艺做了大量的研究，发明了一种连续生产取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸缩材料的方法，并申请了专利。
第8章超磁致伸缩材料
第8章超磁致伸缩材料超磁致伸缩材料（magnetostrictive material）是一种特殊的材料，具有在磁场作用下发生尺寸和形状变化的能力。
它们广泛应用于传感器、电磁换能器和声学设备等领域。
本章将介绍超磁致伸缩材料的基本原理、特性和应用。
超磁致伸缩材料的基本原理是磁致伸缩效应。
当该材料处于外加磁场中时，磁性原子或离子会产生磁偶极矩的改变，从而导致材料产生应力和形变。
这种效应是由材料的微观结构和磁性基团之间的相互作用所决定的。
超磁致伸缩材料的一个重要特性是磁致伸缩系数（magnetostrictive coefficient），它表示材料在外加磁场下的形变能力。
磁致伸缩系数的数值通常很小，大约是10^-6到10^-3之间，但它们在应用中通常足够实现所需的精度和灵敏度。
超磁致伸缩材料在传感器方面的应用非常广泛。
例如，它们可以用于制作磁场传感器，测量磁场的强度和方向。
此外，超磁致伸缩材料还可以制作压力传感器，通过测量材料的形变来间接测量外部的压力。
这些传感器在工业自动化、航空航天和医疗设备等领域中起着重要的作用。
另一个重要的应用领域是电磁换能器（magnetostrictive transducer）。
超磁致伸缩材料可以通过外加磁场产生机械振动，并将电能和机械能之间进行转换。
这种换能器具有高效、可靠、无污染和长寿命的特点，因此被广泛应用于声学设备、振动装置和密封系统等领域。
此外，超磁致伸缩材料还可用于制造声音产生器和压电陶瓷的控制器。
它们的应用不仅可以产生可听的声音，还可以通过调整频率和振幅来实现声音的控制和调节。
尽管超磁致伸缩材料具有许多优点，如高灵敏度、高可靠性和长寿命，但也存在一些挑战和限制。
例如，它们对磁场的稳定性和强度有一定要求，且在高温环境下常常会出现退化和热失效的问题。
此外，超磁致伸缩材料的制备和加工也较为复杂，限制了其在一些领域的应用。
总之，超磁致伸缩材料是一类具有特殊性能和应用潜力的材料。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
磁致伸缩材料及铁磁体性质
磁致伸缩材料及铁磁体性质磁致伸缩材料（magnetostrictive materials）是一类具有特殊磁性和力学性能的材料。
当外加磁场改变时，这些材料会发生体积和形状的变化。
这种通过磁场来控制机械变形的特性使得磁致伸缩材料具有广泛的应用前景。
磁致伸缩材料的磁性是其具有磁性的基础。
在外加磁场的作用下，磁致伸缩材料中的磁矩会发生定向排列，从而导致材料的体积发生变化。
这种反应是由于磁矩的定向排列导致了晶格的畸变，进而引起材料的形变和伸缩。
磁致伸缩材料的形变和伸缩能力取决于材料自身的磁性和力学性能。
磁致伸缩材料通常分为铁磁体和软磁体两类。
铁磁体是一类具有强磁性的材料，常见的铁磁体有镍铁合金、镍钴合金等。
这些材料在外加磁场作用下，磁矩定向排列，导致材料的体积发生变化。
铁磁体具有很高的磁致伸缩效应，因此在磁致伸缩技术中得到了广泛应用。
例如，铁磁体可以用于制造磁电传感器、磁致伸缩执行器等。
除了铁磁体，软磁体也是一类常用于制造磁致伸缩材料的材料。
软磁体是一类具有低磁滞和低剩磁性能的材料，具有很强的磁导率和低损耗。
软磁体的磁性能使得它们在应用中具有更高的控制灵活性和效率。
软磁体主要用于制造磁致伸缩变形传感器、磁振动器件等。
磁致伸缩材料除了具有磁性能外，还具有一些其他的重要性质。
首先，磁致伸缩材料具有良好的稳定性和可重复性。
在外加磁场变化时，这些材料的体积变化是可逆的，即当磁场变化恢复到初始状态时，材料也能恢复到初始状态。
其次，磁致伸缩材料具有快速的响应速度和高灵敏度。
当外加磁场变化时，这些材料的形变能够快速响应，且具有较高的灵敏度。
最后，磁致伸缩材料还具有大的形变量和伸缩比。
这使得它们在应用领域中具有更广泛的应用前景。
总之，磁致伸缩材料是一类具有特殊磁性和力学性能的材料，通过外加磁场可以实现材料体积和形状的控制。
铁磁体和软磁体是常见的磁致伸缩材料，具有很高的磁致伸缩效应。
磁致伸缩材料具有稳定性、可重复性、快速响应速度和高灵敏度等特性，具有广泛的应用前景。
稀土超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料稀土超磁致伸缩材料（Rare-earth Giant Magnetostrictive Materials）是一类具有极大磁致伸缩效应的功能材料，其特殊的磁致伸缩性能使其在多个领域具有广泛的应用前景。
这种材料的发展可以追溯到上世纪40年代末，当时美国物理学家目伦（J. K. Hulm）首次发现了铽的巨磁致伸缩效应，并且成功制备了致密的铽基合金材料。
首先，稀土超磁致伸缩材料具有极大的磁致伸缩效应。
这种效应是指材料在外加磁场作用下会发生明显的细微形变。
通过调节外加磁场的强度和方向，可以实现对材料的精确控制。
这种磁致伸缩效应具有极高的灵敏度和精密度，可以用于制造高精密的磁致动器、传感器等。
其次，稀土超磁致伸缩材料具有优异的物理性能。
这种材料具有高硬度、强度和韧性，同时还具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
稀土超磁致伸缩材料还具有良好的热传导性能和机械性能，能够在极端条件下正常工作，因此在航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用前景。
第三，稀土超磁致伸缩材料的应用领域广泛。
由于其出色的磁致伸缩特性，稀土超磁致伸缩材料被广泛应用于磁致动器、传感器、声学装置、阀门等领域。
例如，在航天领域，稀土超磁致伸缩材料可以用于制造高精度机构、自适应控制系统等；在汽车工业中，稀土超磁致伸缩材料可以用于制造高精度电动转向系统、制动系统、减振器等。
此外，稀土超磁致伸缩材料还可以用于制造智能材料和器件。
通过利用材料的磁致伸缩效应，可以实现对材料的精确控制和调节。
例如，利用稀土超磁致伸缩材料可以制造智能悬浮系统，实现对物体的悬浮和操控；利用稀土超磁致伸缩材料可以制造智能阀门，实现对管道流量的精确控制。
然而，稀土超磁致伸缩材料也存在一些问题和挑战。
其中一个主要问题是稀土资源的有限性，导致稀土超磁致伸缩材料的市场价格较高。
此外，稀土超磁致伸缩材料在实际应用中还存在着一些技术难题，例如如何实现稀土超磁致伸缩材料的长时间稳定性和耐磨性。
磁致伸缩材料介绍
Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金研发及技术储备磁致伸缩现象：物质有热胀冷缩的现象。
除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。
铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其尺寸又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。
磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH —lo）／lo， lo为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。
一般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用 ppm代表。
例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。
磁致伸缩材料分类：磁致伸缩材料主要有三大类：①磁致伸缩的金属与合金，如镍和（Ni）基合金（Ni， Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如 F e— Ni合金， Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）；②铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。
上述两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用。
③近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料（GMM）。
以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金 Tb0．3Dy0．7Fe1．95材料（Tb －Dy－Fe材料）的λ达到1500—2000ppm，比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1—2个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
Tb-Dy-Fe合金特点：和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，它具有下列优点：1、磁致伸缩应变λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 Ni和 Ni－Co合金高400—800倍，比PZT材料高14—30倍；2、磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；3、能量转换效率（用机电耦合系数 K33表示，即由磁能转换成机械能的比例）高达70％，而 Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40—60％；4、其弹性模量随磁场变化而发生变化并可以调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；5、频率特性好，可在低频率（几十至1000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。
超磁致伸缩材料研究现状
超磁致伸缩材料研究现状超磁致伸缩材料Terfenol-D是本文研究中应用的重要材料，有必要介绍一下，尤其关于材料在本文研究中的本构关系。
1.1 超磁致伸缩材料介绍超磁致伸缩材料是基于铁磁材料在磁场下产生磁致伸缩的一种性能十分优异的智能材料，他的独特性主要来源于显著的的伸长率（100-1000倍）和高能量密度（10-50倍）。
第一次由 A.E.Clarck等人在常温下研制出超磁致伸缩材料Td x Dy1-ХFe2[41,42,43]（也被成为Terfenol-D），最初阶段材料在磁力学特性上重复率低、造价高、不清楚的操作条件限制了其在实际设备上的应用发展,随着制造技术的发展以及大量学者的广泛研究[44]，其优越的性能越来越显著，广泛应用于各类作动器、传感器、换能器[45,46]。
表2-1 Terfenol-D、Ni、PZT性能比较性能参数Terfenol-D Ni PZT饱和磁致伸缩系数10-61500～2000 -40～-35 100～600 机电耦合因数0.7～0.75 0.16～0.3 0.45～0.72 能量密度（KJ/m3）14～25 0.03 0.65～1.0 能量转换效率﹪49～56 9 23～52响应时间10-6s ＜1.0 10密度（kg/m3）9250 8900 7490声速（m/s）1640～1940 4950 3130相对磁导率3～10 60居里温度/℃380～387 ＞500 130～400 应力输出（Mpa）30 1 15为了比较，在表2-1[44,47,48,49]列举了超磁致伸缩材料的基本物理性质和压电材料PZT及镍的性质。
很容易可以看出，与PZT相比超磁致伸缩材料展现出10倍到20倍的位移，15倍到25倍的能量密度，10倍以上的响应时间。
如今，超磁致伸缩材料具体的优势有：高磁弹性、磁针伸缩量大、通过控制成分可选择的正负磁致伸缩、居里温度高、对于疲劳失效有非常低的磁化系数、通过磁场的非接触驱动、低电压驱动、高能量密度、较小磁滞、快速响应、可控的温度特性、频率特性好、磁机转换效率高、输出应力大[44,47,50,51,52]。
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重庆科技学院磁性材料课程论文论文题目：稀土超磁致伸缩材料的制备和应用指导老师：马毅龙姓名：汪永红学号：2009440547年级：金属材料工程09级2班成绩：评语：2012 年6月10 日稀土超磁致伸缩材料的制备和应用汪永红（重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331）Fabrication and application of Rare Earth GiantMagneto-Stricfive MaterialsWang Yong-hong(School of Metallurgy and Materials Engineering of Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China)摘要：稀土超磁致伸缩材料（Rare Earth Giant Magneto-Stricfive Materials)作为2l世纪一种最具有战略性的材料，其优良的特性和广泛的应用前景在国际范围内得到普遍重视，已成为磁致伸缩材料研究的重点。
简要介绍了稀土超磁致伸缩材料的概念、制备方法及其应用，并指出了一些研究反方向。
关键词：稀土超磁致伸缩材料，制备，应用Abstract：As a new strategic material in 21st century，RE-GMSM has been taken into account and become the keystone on magneto-strictive material studies because of i t s superior properties and extensive application prospects. A brief description of the conception，fabrication and applications of RE—GMSM was presented．Some suggestions for the development directions were also mentioned．Key Words：rare earth giant magneto-strictive materials；fabrication；application1 前言稀土超磁致伸缩材料（RE—GMM）主要是指稀土一铁系金属间化合物材料：铽镝铁(Tb-Dy-Fe) 磁致伸缩材料。
这类材料具有比铁、镍等大得多的磁致伸缩值，磁致伸缩应变( =△I／I )比一般磁致伸缩材料高约100倍，因此被称为稀土超磁致伸缩材料[1]。
铁磁性晶体在外磁场中被磁化时，其长度尺寸及体积大小均发生变化，去掉外磁场后，其又恢复原来长度与体积的现象被称为磁致伸缩或磁致伸缩效应[2]。
磁致伸缩可分为：线磁致伸缩和体积磁致伸缩[3]。
当磁性体被磁化时，沿磁化方向伸长或缩短，称为线磁致伸缩。
发生线磁致伸缩时，磁性体的体积几乎不变。
当磁化未达到饱和时，主要是产生线磁致伸缩，磁致伸缩一般均指线磁致伸缩。
磁性体磁化状态改变时，体积发生膨胀或收缩的现象则称为体积磁致伸缩。
磁性体磁化饱和以后主要产生体积磁致伸缩。
在绝大部分磁性体中，体积磁致伸缩很小，实际的用途也很少，因此很少考虑它。
目前国内外磁致伸缩材料主要有以下几大类：(1)金属与合金磁致伸缩材料。
如：Ni金属，Ni—Co合金，Ni—Co —Cr合金等镍和镍基合金，Fe—Ni合金，Fe一合金，Fe.Co —V合金等铁基合金。
(2)铁氧体磁致伸缩材料。
如：Ni—Co和Ni—Co —Cu等铁氧体材料。
(3)锕系金属化合物[4]。
（4）稀土—过渡金属间化合物磁致伸缩材料。
其中以稀土—过渡金属间化合物磁致伸缩材料的研制开发最为成功，特别是铽镝铁磁致伸缩合金(Terfenol—D)的研制成功，更是开辟了磁致伸缩材料的新时代，成为稀土磁功能材料继稀土永磁材料之后的第二次重要突破。
目前稀土超磁致伸缩材料已被广泛应用于各种尖端技术和军事技术中，对传统产业的现代化产生了重要的作用。
近几年来，国外发达国家在这方面的工艺研究和应用研究已基本完成，开始向商品化的阶段过渡，已开发出近千种应用器件。
我国在稀土超磁致伸缩材料上的研究始于上世纪90年代，至今已取得一定成果，理论研究已达到或接近国外先进水平，但在规模化生产，产品应用与开发等方面与国外仍有明显差距[1,5]。
2 稀土超磁致伸缩材料的制备方法稀土超磁致伸缩材料的制备方法主要有定向凝固法和粉末冶金法两种[1,5,6,7]。
2.1定向凝固法定向凝固法的目的是在一次相变成型过程中控制合金样品的宏观晶体取向和凝固组织结构以提高其磁致伸缩性能。
在理想情况下希望样品的轴向为<l11>方向，因为研究表明，稀土磁致伸缩应变具有各向异性特点，沿<111>方向最大。
但实际上合金自身的特性及凝固特点决定了获得理想凝固组织是非常困难的。
定向凝固法又包括“丘克拉斯基法”、“布里奇曼法”和“区熔法”三种[8]。
2.1.1丘克拉斯基法丘克拉斯基法又称提拉法，是将一小籽晶在旋转的同时从母合金熔液中以一定速度向上提拉，以这个小籽晶为基底，发生晶粒长大，长大方式为平而长大方式，长大以后的晶体取向与该籽晶晶体的取向一致。
因此通过控制籽晶的晶体取向可以获得<111>取向的合金样品。
用此法制备稀土超磁致伸缩材料还存在很多问题。
通常为了保证样品在旋转提拉过程中的连续性及晶粒生长界面无成分过冷，提拉速度一般只有每秒几微米，这样低的速度不仅效率低、稀土元素挥发严重，还容易析出一些有害相，这将极大地降低样品磁致伸缩性能。
2.1.2 布里奇曼法布里奇曼法是将母合金置于Al203坩埚内整体加热熔化，然后向下抽拉熔化合金，逐渐移出加热区并发生顺序凝固以形成定向凝固组织。
这种方法主要控制参数是抽拉速率和固液界面温度梯度。
如果温度梯度一定，抽拉速率的大小将影响合金的凝固特性，从而影响固液界面形态和最终凝固组织与晶体取向。
此法制备稀土超磁致伸缩材料的主要问题是样品整体加热造成稀土烧损，同时难以实现高的温度梯度。
2.1.3 区熔法区熔法是将合金棒置于一单匝感应线圈中，当感应线圈从合金棒的一端移向另一端时，整个合金棒顺序经历了一次熔化凝固过程，从而形成定向凝固组织。
与布里奇曼法相比，区熔法合金熔化时间短，有利于减少稀土元素的烧损，但同时为了保持定向凝固过程的稳定性，此法感应线圈的相对移动速度必须与加热功率、熔化区宽度、液相温度、液相表面张力等参数相匹配，因此在控制上难度更大。
以上3种定向凝固工艺普遍存在着工序长、效率低、操作困难、成本高、性能不均匀等缺点[4]。
2.2 粉末冶金法粉末冶金法包括烧结法和粘结法。
粉末冶金法与定向凝固法相比较具有效率高、成本低、产品机械性能好、利于制备形状复杂的合金产品等优点。
2.2.1 烧结法烧结法制备稀土超磁致伸缩材料的主要工艺过程是：将一定成分合金在氩气的保护下破碎，在酒精介质中球磨，真空干燥后在模具中压制成型，然后在氩气保护下烧结。
成型时应用磁场取向和磁场热处理可提高合金的磁致伸缩性能。
粉末烧结法可制备形状复杂的合金样品和制备异形大尺寸元件[9]。
相对生产效率高、成本低。
2.2.2 粘结法粘结法是指将经过冶炼、研磨的合金粉末与树脂、塑料或低熔点合金等粘结剂均匀混合，然后压制、挤出或注射成型制成一定形状的复合材料的过程。
虽然粘结剂的加入引起了材料成分的变化，使材料密度降低，磁致伸缩性能有所下降，但粘结磁体具有工艺过程简单，原材料利用率高，可制成形状复杂的磁体，成本低廉等优点，同时添加了粘结剂使材料的电阻增大，高频特性明显得到改善。
因此，粘结工艺越来越引起人们的重视，特别是近几年粘结Nd—Fe—B出现以后，粘结工艺飞速发展，得到了广泛的应用。
3 稀土超磁致伸缩材料的应用稀土超磁致伸缩材料的应用是基于它的6个效应。
3.1 磁致伸缩材料的物理效应磁致伸缩材料具有如下6种效应[10]：l、磁致伸缩效应(焦耳效应)：材料在磁化状态改变时，自身尺寸发生相应变化的一种现象。
磁致伸缩有线磁致伸缩(长度变化)和体磁致伸缩(体积变化)之分。
其中线磁致伸缩效应明显，用途广泛，故一般提到的磁致伸缩都是指线磁致伸缩。
2、磁致伸缩的逆效应(villari效应)：对铁磁体材料施加压力或拉力，材料在长度发生变化的同时，内部的磁化状态也随之改变的现象。
3、威德曼效应(Wiedemann效应)：在被磁化了的铁磁体棒材中通电流时，棒材沿轴向发生扭曲的现象。
4、威德曼效应的逆效应(Matteucci效应)：将铁磁体棒材绕轴扭转，并沿棒材的轴向施加交变磁场时沿棒材的圆周方向会产生交变磁场的现象。
5、△E效应：磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而引起自身杨氏弹性模量发生变化的现象。
6、跳跃效应(Jump效应)：当磁致伸缩材料外加预应力时，磁致伸缩呈跳跃式变化，磁化率也发生变化，即磁致伸缩不仅与外加磁场有关，还与外加载荷有关。
因此，应用超磁致伸缩材料时，一般均要加一定的预应力。
3.2 超磁致伸缩磁材料应用正是由于上述效应的存在，磁致伸缩材料才能广泛应用于超声波、机器人、计算机、汽车、致动器、控制器、换能器、传感器、微位移器、精密阀和防震装置等领域。
3.2.1 稀土超磁致伸缩材料致动器[1,6]：该致动器是步进马达，用于微米级或更精细的定位，其结构如图1所示，主要由推进器、驱动卡具、固定卡具、转换器四部分组成。
其工作原理为驱动卡具张开，使转换器与推进器连接，加磁场使推进器伸长，使转换器前移。
固定卡具张开使转换器与底盘(不动盘)连接，驱动卡具张开，去磁场使推进器带动驱动卡具退回，固定卡具松开，实现前移一个超磁致伸缩棒伸长量。
循环往复，可使转换器一步步前移。
这种执行器可获得较大的推力，产生大的位移(最大位移10／um)，实现高的分辨率(如果加以恒温控制，可望得到位移分辨率10nm)，高的能量密度，可低电压使用，快速响应，微控制宽频带使用，同时使用温度范围宽，极其稳定，无极化和老化问题。
图1 磁致伸缩致动器示意图3.2.2 电一声换能器[5]主要用于军事技术、海洋探测与开发、海洋工程的水声声纳。
以前声纳的水声发射换能器主要用压电陶瓷材料(PZT)来制造。
这种材料制造的水声换能器的频率较高(20kHz以上)、衰减快、传播距离短，同时发射功率小、体积大、笨重[11-12]。
随着舰艇隐身技术的发展，现代舰艇可吸收频率在3.0kHz以上的声波，起到隐身的作用[13]。
而用稀土超磁致伸缩材料制造的换能器其能量密度为压电换能转换器的10倍，工作距离超过104km，是压电换能器的几十倍[12]，所以各发达国家都正在大力开发用稀土超磁致伸缩材料制造的低频(频率为几十至2000Hz)，大功率(声源级约220dB)的声纳用或水声对抗用发射水声换能器，目前已装备海军[4]。