Кіріспе

Магниттік деформацияға ұшырайтын қоспа. Терфенол D, формуласы Tb {x}Dy {1−x}Fe2 (x ≈ 0.3) болатын қоспа, магниттік деформацияға ұшырайтын материал. Ол алғаш рет 1970 жылдары АҚШ Әскери-теңіз қару-жарақ зертханасымен әзірленген. Материалды тиімді өндіру технологиясы 1980 жылдары АҚШ Әскери-теңіз флоты қаржыландырған бағдарлама аясында Эймс зертханасында жасалды. Оның аты тербий, темір (Fe), Әскери-теңіз қару-жарақ зертханасы (NOL) және диспрозийден шыққан, ал "D" әрпі диспрозийді білдіреді.

Физикалық қасиеттері

Қорытпаның магниттік тартылуы барлық қорытпалардың ішінде ең жоғары, қанығу кезінде 0,002 м/м-ге дейін жетеді; ол магнит өрісінде кеңейіп, жиырылады. Терфенол D үлкен магниттік тартылу күшіне, жоғары энергия тығыздығына, төмен дыбыс жылдамдығына және төмен Янг модуліне ие. Оның ең таза түрінде сондай-ақ, төмен соғымдылығы және төмен сынуға төзімділігі бар. Терфенол D – сұр қорытпа, оның элементтік құрауының әртүрлі қатынастары бар, бірақ әрқашан |auto=1|Tb{x}Dy{1−x}Fe2 формуласын сақтайды. Диспрозийдың қосылуы магниттік-стриктивті реакцияларды оңайырақ тудырады, себебі қорытпаға магнит өрісінің төмен деңгейі ғана қажет болады. Tb және Dy қатынасы артқанда, алынған қорытпаның магниттік-стриктивті қасиеттері -200 °C төмен температурада жұмыс істейді, ал азайтылғанда 200 °C дейін жұмыс істей алады. Терфенол D құрамы магнит өрісі әсер еткен кезде үлкен магниттік тартылу мен магнит ағынына ие болуына мүмкіндік береді. Бұл жағдай қысымның кең ауқымында байқалады, сонымен қатар қысым артқан сайын магниттік тартылудың төмендеу тенденциясы бар. Магниттік ағым мен сығылу арасында да байланыс бар: қысым артқанда магниттік ағымдағы өзгеріс азаяды. Терфенол D көбінесе магниттік-стриктивті қасиеттері үшін қолданылады, яғни ол магнит өрісіне ұшырағанда пішінін өзгертеді, бұл процеске магниттеу деп аталады. Магниттік жылумен өңдеудің Терфенол D-нің магниттік-стриктивті қасиеттерін Тb және Dy-дың белгілі бір қатынастарында төмен қысымда жақсартатыны көрсетілген.

Қолданбалар

Терфенол D материалдық қасиеттеріне байланысты төмен жиілікті, жоғары қуатты су асты акустикасын жасауда өте тиімді. Оның алғашқы қолданылуы теңіздік сонар жүйелерінде болды. Жоғары энергия тығыздығы мен кең жолақты мүмкіндіктерінің арқасында ол магнитомеханикалық сенсорларда, иеленушілерде (актуаторларда), акустикалық және ультрадыбыстық түрлендіргіштерде қолданылады, мысалы, SoundBug құрылғысында (FeONIC компаниясының алғашқы коммерциялық қолданылуы). Оның деформациясы әдетте қолданылатын басқа материалдан (PZT8) артық, бұл Терфенол D түрлендіргіштеріне мұхитты зерттеу үшін бұрынғы түрлендіргіштерге қарағанда үлкен тереңдікке жетуге мүмкіндік береді. Оның төмен Янг модулі үлкен тереңдіктегі қысымнан туындайтын кейбір қиындықтарды тудырады, бірақ 1000 фут тереңдікке жете алатын және шамамен 1 дБ ғана дәлдікті жоғалтатын түрлендіргіштердің дизайнында бұл қиындықтар еңсеріледі. Жоғары температуралық диапазонының арқасында Терфенол D мұнай ұңғылары сияқты жоғары қысым мен температураға жететін терең ұңғы акустикалық түрлендіргіштерінде де пайдалы. Терфенол D жоғары деформация және күш қасиеттеріне байланысты гидравликалық клапанды басқарушы құрылдарында да қолданылуы мүмкін.

Өңдеу

Терфенол D-ді түрлендіргіштерде қолданудың өсуі өндіріс жылдамдығы мен сапасын арттыратын жаңа өндіріс техникаларын талап етті, себебі бастапқы әдістер сенімсіз және кішкентай көлемді болды. Терфенол D өндіру үшін төрт әдіс қолданылады: еркін аймақ балқыту, өзгертілген Бриджман, ысталған ұнтақтан жасалған сығылым және полимерлік матрицалы композиттер. Бірінші екі әдіс – еркін аймақ балқыту (FSZM) және өзгертілген Бриджман (MB) – жоғары магниттік қатаңдық қасиеттері мен энергия тығыздығына ие Терфенол D-ні өндіруге қабілетті. Дегенмен, Терфенол D-нің беттік кернеуі және FSZM процесінде материалды шектеуге арналған контейнердің болмауы салдарынан FSZM 8 мм-ден үлкен диаметрлі таяқтарды жасауға мүмкіндік бермейді. MB процесі кемінде 10 мм диаметрлі өлшемді ұсынады және тек кристалл өсуіне кедергі келтіретін қабырғамен шектеледі. Екі әдіс те қатты кристалдарды жасайды, егер тікбұрышты цилиндрден өзгеше геометрия қажет болса, олардың кейін өңделуін қажет етеді. Өндірілген қатты кристалдардың құрылымы жіңішке қабатты. Қалған екі техника – ысталған ұнтақтан жасалған сығылым және полимерлік матрицалы композиттер – ұнтақ негізінде жасалады. Бұл техникалар күрделі геометрия мен егжей-тегжейлі жасауға мүмкіндік береді. Алайда, өлшемдер қолданылатын қалыптармен шектеледі, диаметрі 10 мм және ұзындығы 100 мм-ден аспауы тиіс.