Magnetostrictieve

Magnetostrictieve materialen vertonen een verandering in afmetingen wanneer ze onder invloed van een magnetisch veld vervormd raken. Het tegenovergestelde verschijnsel, waarbij mechanische spanning de magnetische toestand beïnvloedt, heet het Villari-effect of omgekeerde magnetostrictie. Magnetostrictie ontstaat uit de wisselwerking tussen magnetisatie en de kristalstructuur en kan gebeuren in verschillende ferromagnetische materialen.

De werking berust in hovedzaak op de beweging en verdeling van magnetische domeinen en op anisotropie in de kristalstructuur. Bij het aanleggen van een magnetisch veld komen domeinen in een gunstige oriëntatie; dit veroorzaakt een macrowaardige vervorming van het materiaal. De mate van magnetostrictie varieert per materiaal en per temperatuur en kan zowel relatief klein zijn als uitzonderlijk groot in zogenaamde gegroote magnetostrictieve materialen.

Materiaalkeuze is cruciaal voor toepassingen. Traditionele magnetostrictieve materialen zijn onder andere ferroemetalen en keramische verbindingen. Uitgebreide en krachtige magnetostrictie wordt bereikt in grote schildmaterialen zoals Terfenol-D (TbDyFe2) en in legeringen zoals Galfenol (Fe-Ga) die vermogen combineren met betere mechanische eigenschappen. Middelgrote vervormingen komen voor bij meer gangbare materialen en ferrieten zoals MnZn-ferrieten. De keuze hangt af van vereisten als maximale strain, stuurbaarheid, frequentie, temperatuurstabiliteit en kostprijs.

Toepassingen van magnetostrictieve materialen omvatten sensoren, actuatoren en transducers. Ze worden gebruikt in sonar-, ultrasonische en meetapparatuur, precisieverplaatsing, trillingsdemping en energie-omzetting. Belangrijke aandachtspunten zijn hysterese, temperatuurafhankelijkheid, mechanische-stijfheid en de noodzaak van magnetische biases om een lineaire respons te behouden.

Samenvattend vormen magnetostrictieve materialen een belangrijke technologie voor conversie tussen magnetische en mechanische energie, met voortdurende ontwikkelingen om bereik, efficiëntie en betrouwbaarheid te verbeteren.