磁致伸缩材料与器件\王博文
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作者： 王博文，曹淑瑛，黄文美 著
出 版 社： 冶金工业出版社
出版时间： 2008-5-1字数： 382000版次： 1页数： 400印刷时间： 2008/05/01开本： 大32开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787502445324包装： 平装编辑推荐
本书内容既有相关磁学的理论深度，又有器件设计与控制技术的实例。在磁致伸缩理论、合金系的磁晶各向异性、磁畴结构及其畴壁运动机制、合金相图和磁致伸缩器件的设计与控制及测试研究方面有所创新。作者的研究成果主要体现在本书的磁致伸缩材料磁化过程、合金相图、器件测试技术、器件模型与控制系统等章节中。书中部分内容反映了当前本学科国内外的最新研究成果。
内容简介
磁致伸缩材料是一种新型的磁功能材料，它具有磁致伸缩大、能量转换效率高和反应速度快等特点，在国防、机械和电子工业等领域有着广泛的应用。本书共分9章，分别介绍了磁致伸缩与磁致伸缩材料、合金相图与磁致伸缩材料的制备技术、磁致伸缩材料的性能测试与应用、磁致伸缩器件设计与数学模型、磁致伸缩器件的控制技术、磁致伸缩器件的测试技术等。
本书可供冶金、材料、物理、电气工程等领域的研究人员、工程技术人员以及高校相关专业的研究生阅读和参考。
作者简介
王博文，河北工业大学教授，博士生导师。1995年在中国科学院金属研究所获博士学位，1997年在东北大学完成博士后研究工作，并分别于1998年、1999年和2001年，应邀到德国阿伦工业大学、英国布莱顿大学和韩国电气技术研究院进行为期各半年的合作科学研究，2001年11月至2004年11月在英国剑桥大学器件材料研究室进行合作科学研究。
在国家、省自然科学基金资助下，对磁致伸缩原理、磁致伸缩材料特性及测试和磁致伸缩器件进行了深入的研究，研究成果分别在国际重要学术刊物Appl.Phys.Lett.、J.App|.Phys.和国内重要杂志《中国科学》、《中国电机工程学报》等发表。在国内外学术刊物上发表论文150余篇，其中被SCI收录60余篇，EI收录40余篇；出版了《超磁致伸缩材料制备与器件设计》专著。获国家发明四等奖、省科学技术突出贡献奖、省科技进步三等奖和省教委科技进步二等奖各1项。担任中国物理学会相图专业委员会委员，美国应用物理杂志Appl.Phys.和磁学汇刊IEEE Trans.onMagn.的审稿人，中国科学院国际材料物理中心成员。
目录
1 磁致伸缩原理
1.1 磁致伸缩效应及其唯象理论
1.1.1 磁致伸缩效应
1.1.2 磁致伸缩的唯象理论
1.1.3 自发磁致伸缩的计算
1.2 磁致伸缩的微观理论
1.2.1 铁磁体的磁致伸缩起源
1.2.2 磁致伸缩的原子模型
1.2.3 磁致伸缩的单离子模型
1.3 磁致伸缩的影响因素
1.3.1 磁弹性能
1.3.2 温度对磁致伸缩的影响
1.3.3 合金成分对磁致伸缩的影响
参考文献
2 磁致伸缩材料
2.1 磁致伸缩材料的发展历程
2.2 铁基合金
2.2.1 铁-镓合金
2.2.2 铁-（铝，铍）合金
2.2.3 铁-镓-（铝，铍）合金
2.2.4 过渡金属及其氧化物
2.3 稀土金属与稀土-锌金属化合物
2.3.1 稀土金属及合金
2.3.2 稀土-锌金属化合物
2.4 稀土-铁二元金属化合物
2.5 铽-镝-铁金属化合物
2.5.1 铽-镝-铁合金的结构与磁致伸缩
2.5.2 元素替代对铽-镝-铁合金的结构与磁致伸缩的影响
2.5.3 （Tb0.25Dy0.65Pr0.1）-Fe合金的磁致伸缩
2.6 钐-（镝，镨）-铁合金的磁致伸缩
2.6.1 钐-镝-铁合金的磁致伸缩性能
2.6.2 钐-镨-铁合金的磁致伸缩性能
2.7 磁致伸缩薄膜材料
2.8 磁致伸缩复合材料
参考文献
3 合金相图与材料制备
3.1 合金相图
3.1.1 铁基合金相图
3.1.2 稀土-铁二元系合金相图
3.1.3 稀土三元系合金相图
3.1.4 稀土多元系合金相图
3.1.5 Sm-R-Fe-Co四元系相图
3.2 磁致伸缩材料制备技术
3.2.1 布里吉曼法（Bridgman）
3.2.2 浮区法（noat zone）
3.2.3 丘克拉尔斯基法（Czochralski）
3.2.4 烧结法
3.2.5 黏结法
3.2.6 氢化-歧化-脱氢法（HDD法）
3.3 薄膜磁致伸缩材料的制备技术
3.4 磁致伸缩材料的热处理
参考文献
4 磁致伸缩材料的测试技术
4.1 静态磁特性及电阻测试
4.1.1 磁致伸缩
4.1.2 磁感应强度
4.1.3 磁导率的测量
4.1.4 电阻的测量
4.2 动态磁性能测量
4.2.1 增量磁导率
4.2.2 动态磁致伸缩系数
4.2.3 柔顺系数
4.3 阻抗频率特性和磁机械耦合系数
4.3.1 阻抗频率特性
4.3.2 磁机械耦合系数
4.4 薄膜材料的磁致伸缩特性测试
参考文献
5 磁致伸缩材料的应用
5.1 磁致伸缩材料和压电陶瓷材料（PZT）的对比
5.2 磁致伸缩材料在磁（电）-声换能器中的应用
5.2.1 水声换能器
5.2.2 大功率超声换能器
5.2.3 用于扬声器的磁致伸缩电声换能器
5.3 磁致伸缩材料在磁（电）-机械致动器中的应用
5.3.1 精密致动器
5.3.2 大量程致动器
5.3.3 流量控制阀与燃料注入系统
5.4 磁致伸缩材料的其他应用
5.5 磁致伸缩薄膜材料的应用
5.5.1 器件原理
5.5.2 超声微马达
5.5.3 流体控制器
5.5.4 微型行走机械
参考文献
6 磁致伸缩器件的设计
6.1 器件的工作特点
6.2 器件的结构特点
6.2.1 器件的主要结构
6.2.2 器件设计的关键问题
6.3 器件的磁路结构设计
6.3.1 磁致伸缩棒的驱动方式
6.3.2 基于“路”的磁致伸缩棒中磁场的计算
6.3.3 基于“场”的磁致伸缩棒中磁场的计算
6.3.4 均匀磁场设计
6.3.5 电磁线圈的设计
6.4 器件的机械结构设计
6.4.1 预应力的确定
6.4.2 预压力的施加装置
6.5 器件的冷却系统
6.6 器件驱动电源的设计
6.6.1 直流电源的设计
6.6.2 交流驱动电源的设计
参考文献
7 磁致伸缩器件的磁滞非线性模型
7.1 磁致伸缩器件的模型
7.2 磁致伸缩器件的磁滞非线性模型及参数辨识
7.2.1 磁致伸缩器件的磁滞非线性模型
7.2.2 基于混合遗传算法的磁滞模型参数辨识
7.3 计及涡流效应的磁致伸缩器件动态模型
7.3.1 基于电路的唯象动态模型
7.3.2 基于能量损耗的物理动态模型
参考文献
8 磁致伸缩致动器的控制系统及控制技术
8.1 磁致伸缩致动器的控制
8.2 磁致伸缩致动器的控制系统与实验研究
8.2.1 致动器控制系统的设计
8.2.2 致动器系统的实验研究
8.2.3 致动器系统的线性动态模型
8.2.4 致动器系统的单参数模糊自整定PID控制
8.3 磁致伸缩致动器的磁滞非线性控制
8.3.1 基于Preisach逆模型的磁滞非线性控制
8.3.2 基于神经网络的磁滞非线性控制
参考文献
9 磁致伸缩器件的测试技术
9.1 磁致伸缩器件的主要性能参数
9.2 静态特性的测试
9.2.1 静态特性实验系统的组成
9.2.2 静态特性实验及结果分析
9.3 动态特性的测试
9.3.1 动态特性实验系统的组成
9.3.2 50Hz交流驱动时致动器的动态特性
9.3.3 交流驱动时致动器的输出力特性
9.3.4 不同频率交流驱动时应变的动态特性
9.4 器件的温控实验
9.5 虚拟仪器测试技术
9.5.1 虚拟仪器
9.5.2 基于虚拟仪器的综合实验平台
参考文献
附录
附录1 磁学的量及其单位换算因子
附录2 稀土金属的物理性质
附录3 元素周期表（插页）
本书主要物理量符号、物理量名称、单位符号、单位名称对照表
书摘插图
3 合金相图与材料制备
磁致伸缩材料的性能与合金的组织有很大关系，而合金的组织又是由合金的结晶、相转变和随后的热处理来决定。为了制备出磁致伸缩性能优异的材料、优化合金显微组织和制定出合理的热处理工艺，首先要了解合金的结晶过程和合金系中相的相互关系。相图是表示金属或合金中各种相的平衡存在条件以及各相之间平衡共存关系的一种图解，它可以帮助人们系统地了解金属和合金在不同的条件下可能出现的各种组态，以及条件变化时各种组态可能发生的转变方向和限度。结合相变机制及相变动力学因素，应用相图可以分析合金的组织形成和变化过程。因此，相图对于新材料探索、材料制备及热处理工艺具有重要的指导意义。
元素周期表中第六周期的第三副族（ⅢB）的镧系金属元素，即原子序数从57到71的15个元素称为稀土元素。由于第三副族的钪和钇的原子价、晶体结构和其他化学性质与稀土元素相似，根据普通化学和应用化学国际联合会的建议，把钪和钇拼入稀土元素的范围。因而稀土元素共包括17种元素，其中钆以前的7种元素称为轻稀土元素，钆以后（包括钆）的8种元素称为重稀土元素。钷为半衰期很短的放射性元素，在自然界中难以发现，因而很少应用。
磁致伸缩材料主要有铁基磁致伸缩材料（包括铁-镓和铁-铝等材料）、稀土-锌磁致伸缩材料和稀土-铁磁致伸缩材料。稀土-铁磁致伸缩材料通常含有3种元素，如Tb-Dy-Fe和Sm-Dy-Fe等。为了进一步改善合金的磁致伸缩性能和加工性能，可添加少量的Co、Mn、Al、B等元素替代稀土-铁磁致伸缩材料中的铁元素，构成了多元合金系。因而本章主要介绍铁基合金相图和稀土-铁合金相图及稀土-锌合金相图。
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