테르페놀-D

Terfenol-D

공식의 합금인 Terfenol-D TbDyFex1-x2(x ≈ 0.3)는 자기 자극성 물질이다. 그것은 1970년대에 미국의 해군 군수품 연구소에 의해 처음 개발되었다. 이 물질을 효율적으로 제조하는 기술은 1980년대에 미국 해군 지원 프로그램에 따라 아메스 연구소에서 개발되었다.[1] 테르비움, 철(Fe), 해군 군수품 실험실(NOL)의 이름을 따서 지었고, D는 다이프로시움에서 유래했다.

물리적 성질

이 합금은 포화상태에서 최대 0.002m/m까지 모든 합금의 자기초사율이 가장 높다. 이 합금은 자기장에서 팽창하고 수축한다. Terfenol-D는 자기 자극력이 크고, 에너지 밀도가 높으며, 음속이 낮고, 영의 계수가 낮다. 가장 순수한 형태에서 연성도 낮고 골절 저항성도 낮다. Terfenol-D는 항상 TbDyFex1-x2 공식을 따르는 성분들의 가능한 비율이 다른 회색 합금이다. 다이프로슘을 첨가해 합금을 더 낮은 수준의 자기장이 요구되도록 해 자기 자극 반응을 유도하기 쉽게 했다. Tb와 Dy의 비율이 증가하면 결과 합금의 자기 자극성은 -200 °C의 낮은 온도에서 작동하며, 감소하면 최대 200 °C까지 작동할 수 있다. 테르페놀-D의 구성으로 자기장을 적용했을 때 큰 자기장착과 자속을 가질 수 있다. 이 경우는 압축 응력이 증가함에 따라 자기 자극이 감소하는 추세로, 압축 응력의 범위가 큰 경우에 존재한다. 또한 자속과 압축 사이에는 압축응력이 증가하면 자속이 덜 급격하게 변하는 관계도 있다.[2] 테르페놀-D는 자석화라는 과정에서 자기장에 노출되면 모양이 변하는 자기 자극성 성질에 주로 쓰인다. 자기 열처리는 Tb와 Dy의 특정 비율에 대한 낮은 압축응력에서 Terfenol-D의 자기 자극성을 향상시키는 것으로 나타난다.[3]

응용 프로그램

Terfenol-D는 소재 특성상 저주파, 고출력 수중 음향 제조에 탁월한 성능을 발휘한다. 그것의 초기 적용은 해군 음파탐지기였다. SoundBug 장치(FeONIC에 의한 첫 번째 상용 애플리케이션)와 같은 높은 에너지 밀도와 큰 대역폭 성능으로 인해 자기역학 센서, 액추에이터, 음향 및 초음파 변환기에서 응용을 본다. Terfenol-D 변환기가 과거 변환기보다 해양 탐사를 위해 더 깊은 깊이에 도달할 수 있도록 하는 다른 일반적으로 사용되는 재료(PZT8)보다 변형률이 더 크다.[4] 낮은 영의 계수는 1000ft 깊이에 도달할 수 있고 약 1dB의 소량의 정확도를 잃을 수 있는 변환기 설계에서 극복되는 큰 깊이에서의 압축으로 인한 합병증을 가져온다.[5] Terfenol-D는 높은 온도 범위 때문에 오일 홀처럼 높은 압력과 온도에 도달할 수 있는 깊은 구멍의 음향 변환기에서도 유용하다. Terfenol-D는 높은 변형률과 높은 힘 특성 때문에 유압 밸브 구동 장치에도 사용될 수 있다.[5] 마찬가지로 자기 자극 액추에이터도 생성 가능한 높은 응력 때문에 디젤 엔진용 연료 인젝터에 사용할 수 있도록 고려되었다.[6]

제조업

Terfenol-D의 변환기 사용이 증가함에 따라 기존 방식이 신뢰할 수 없고 규모가 작기 때문에 생산율과 품질을 높이는 새로운 생산기법이 필요하게 되었다. Terfenol-D를 생산하는 방법으로는 프리 스탠드 존 용해, 변형 브리지먼, 소결 분말 콤팩트, 폴리머 매트릭스 합성물 등 4가지가 있다.

처음 두 가지 방법인 자유스탠드존 용해(FSZM)와 변형 브리지그먼(MB)은 자기 자극성이 높고 에너지 밀도가 높은 테르페놀-D를 생산할 수 있다. 그러나 FSZM은 Terfenol-D의 표면 장력과 FSZM 공정에서 재료를 제한할 용기가 없기 때문에 직경 8mm 이상의 로드를 생산할 수 없다. MB 공정은 최소 10mm 직경의 크기를 제공하며 수정 성장을 방해하는 벽 때문에 제한된다.[7] 두 방법 모두 직각 실린더 이외의 지오메트리가 필요할 경우 나중에 제조해야 하는 고체 결정을 만든다. 생성된 고체 결정체는 미세한 성층 구조를 가지고 있다.[8]

다른 두 가지 기술인 소결 분말 콤팩트 및 폴리머 매트릭스 복합 재료는 분말 기반이다. 이 기법들은 복잡한 기하학과 세부사항을 허용한다. 그러나 사용된 금형 때문에 지름이 10mm, 길이가 100mm로 제한된다.[7] 이러한 분말 기반 방법의 결과적인 미세 구조는 항성 구조가 없고 밀도가 낮기 때문에 고체 결정 구조와 다르다. 그러나 모든 방법에는 유사한 자기 자극성이 있다.[8]

크기 제한 때문에 MB는 Terfenol-D를 생산하는 최적의 공정이지만 노동집약적인 방식이다. MB와 같은 새로운 공정은 ET-Ryma 결정 성장(ECG)으로, 직경이 더 큰 Terfenol-D 결정과 자기 자극적인 성능을 향상시킨다. 재료 수명 전반에 걸쳐 Terfenol-D의 자기 자극성 성질의 신뢰성은 ET-Ryma를 사용함으로써 증대된다.[7]

Terfenol-D는 재료 특성에서 비롯되는 약간의 단점이 있다. Terfenol-D는 연성이 낮고 골절 저항성이 낮다. 이를 해결하기 위해 중합체 등에 테르페놀-D를 첨가해 합성물을 만들었다. 폴리머에 첨가하면 결과 합성물의 강성이 낮다. 연성 금속 바인더가 있는 Terfenol-D의 합성물이 생성되면, 그 결과로 만들어진 재료는 자기 자극성이 감소하여 강성과 연성이 향상된다. 이러한 금속 복합 재료는 폭발 압축에 의해 형성될 수 있다. Terfenol-D 합금 처리에 관한 연구에서 구리와 Terfenol-D를 사용하여 생성된 합금은 강도와 경도 값을 증가시켰으며, 이는 연성 금속 바인더와 Terfenol-D의 합성물이 더 강하고 연성 물질을 발생시킨다는 이론을 뒷받침한다.[9]

참고 항목

참조

  1. ^ Wheeler, Scott L. (2002-10-29). "PRC Espionage leads to 'Terf' war: investigators say China placed students in American universities to gain secret information about an exotic material with valuable industrial and military uses Insight on the News Newspaper Find Articles at BNET". Findarticles.com. Archived from the original on 2012-07-16. Retrieved 2010-04-08.
  2. ^ "Terfenol-D - ETREMA Products, Inc". TdVib, LLC. Retrieved 2018-12-01.
  3. ^ Verhoeven, J. D.; Ostenson, J. E.; Gibson, E. D.; McMasters, O. D. (1989-07-15). "The effect of composition and magnetic heat treatment on the magnetostriction of TbxDy1−xFey twinned single crystals". Journal of Applied Physics. 66 (2): 772–779. Bibcode:1989JAP....66..772V. doi:10.1063/1.343496. ISSN 0021-8979.
  4. ^ Houqing, Zhu; Jianguo, Liu; Xiurong, Wang; Yanhong, Xing; Hongping, Zhang (1997-08-01). "Applications of Terfenol-D in China". Journal of Alloys and Compounds. 258 (1–2): 49–52. doi:10.1016/S0925-8388(97)00068-6. ISSN 0925-8388.
  5. ^ a b "Active Signal Technologies Terfenol-D Transducer and Actuator Designs". www.activesignaltech.com. Retrieved 2018-12-09.
  6. ^ "Fuel Injector Patent". Retrieved 2011-02-18.
  7. ^ a b c Snodgrass, Jonathan D.; McMasters, O.D. (1997-08-01). "Optimized TERFENOL-D manufacturing processes". Journal of Alloys and Compounds. 258 (1–2): 24–29. doi:10.1016/S0925-8388(97)00067-4. ISSN 0925-8388.
  8. ^ a b Issindou, Valentin; Viala, B.; Gimeno, L.; Cugat, O.; Rado, C.; Bouat, S. (2017-08-08). "Fabrication Methods for High-Performance Miniature Disks of Terfenol-D for Energy Harvesting". Proceedings. 1 (4): 579. doi:10.3390/proceedings1040579. ISSN 2504-3900.
  9. ^ "Processing of Terfenol-D alloy based magnetostrictive composites by dynamic compaction - IEEE Journals & Magazine". doi:10.1109/20.908745. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

외부 링크