磁致伸縮

磁致伸縮效應（英語：magnetostrictive effect）指的是對軟磁體進行磁化后，其形狀、大小會發(fā)生彈性形變的物理現(xiàn)象。

通過半導體應變儀測量通電后Mn-Zn-Fe材料的磁致伸縮環(huán)

其中長度方向的變化是1842年英國人焦耳(Joule)首先發(fā)現(xiàn)的，又稱焦耳效應，或線性磁致伸縮。由于體積的變化(體積磁致伸縮)比起長度的變化要微弱得多，用途又少，故通常將線性磁致伸縮簡稱為磁致伸縮。

磁致伸縮的大小用其長度的相對變化來表示：

△l/l=λ，稱磁致伸縮系數(shù)

λ隨磁場的增加而增加，一直到飽和。一般將飽和磁化狀態(tài)下的磁致伸縮系數(shù)用λs來表示，用做衡量磁性材料的磁致伸縮性能。長度變化如果是伸長的，λs為正值；長度變化是縮短的，λs為負值。

如果對材料施加一個壓力或張力(拉力)，使材料的長度發(fā)生變化，則材料內(nèi)部的磁化狀態(tài)亦隨之變化，這是磁致伸縮的逆效應，稱為壓磁效應。

由于磁致伸縮率一般在10-5以下，所以對磁致伸縮效應的應用遠不如對壓電效應的應用廣泛。到20世紀60、70年代后，發(fā)現(xiàn)了伸縮率在10-3的超磁致伸縮材料。磁致伸縮效應才重新受到重視。

磁致伸縮的產(chǎn)生原因有3個方面：

(1)自發(fā)形變。由于原子或離子間的交換作用力引起單疇晶體的自發(fā)磁化，導致晶體改變形狀。

(2)場致形變。由于電子軌道耦合和自旋-軌道耦合相疊加的結果導致材料在磁場作用下發(fā)生磁致伸縮。

(3)形狀效應。由于磁性體內(nèi)部的退磁因子作用引起的形狀變化。

磁彈性能

由于磁致伸縮的存在，磁性體的形狀及自發(fā)磁化強度方向會發(fā)生變化。表示單位體積中磁性體形狀改變及自發(fā)磁化方向發(fā)生變化的有關能量稱磁彈性能。立方晶系的磁彈性能為

B1、B2為磁彈性耦合系數(shù)；αi、αj表示原子磁矩的方向余弦；Aii表示應變分量

應力能及應力各向異性

當磁性體受到外應力作用(拉力或張力)時，磁體內(nèi)部將產(chǎn)生應力能:

Fσ=-3/2*λsσcosθ

式中σ為應力；θ為應力方向與磁場方向之間的夾角。應力通過磁致伸縮將對磁化強度的方向發(fā)生影響，使得磁化強度的方向不能任意取向。

如果只有應力的作用，則視磁致伸縮的不同，磁化強度必須在與應力平行或垂直的方向上，這種由于應力而造成的各向異性稱為應力各向異性。

應用

磁致伸縮是鐵磁性物質(zhì)的基本磁性現(xiàn)象，它對磁性材料的性能(如磁導率、矯頑力等)有著重要的影響。不僅如此，效應本身也有著十分重要的用途。

利用材料在交變磁場作用下的磁致伸縮，可以制成超聲波發(fā)生器和接收器，以及力、速度、加速度等的傳感器、延遲線、濾波器、穩(wěn)頻器、水下聲納發(fā)生器、磁聲存貯器等。

磁致伸縮的不利方面是在用磁性材料制作的變壓器、鎮(zhèn)流器等器件使用時，由于磁致伸縮的影響會發(fā)出振動噪聲。為了減小噪聲，就必須降低磁致伸縮系數(shù)。

寶鋼按照用戶需求新進開發(fā)了兩個的低噪音變壓器用鋼牌號B30P105-LM和B27P100-LM，其中LM代表 low magnetostriction，與同類常規(guī)產(chǎn)品相比，降噪達4dB左右。目前這兩個已經(jīng)正式轉(zhuǎn)產(chǎn)，需要這類特殊產(chǎn)品的童鞋，可與寶鋼電工鋼銷售部門聯(lián)系訂貨。

電工鋼標準的磁性能指標解釋到此篇結束，本系列主要講解了鐵損、磁極化強度、磁感應強度、磁導率和磁致伸縮，本篇主講磁致伸縮，其他指標講解請看下方相關閱讀。