تيرفينول-د

تيرفينول-دي ، سبيكة صيغتها Tb _x Dy _{1− x} Fe ₂ ( حيث x  ≈ 0.3)، مادة مغناطيسية انفعالية . طُوّرت في البداية في سبعينيات القرن الماضي من قِبل مختبر الذخائر البحرية في الولايات المتحدة. وطُوّرت تقنية تصنيعها بكفاءة في ثمانينيات القرن الماضي في مختبر أميس ضمن برنامج ممول من البحرية الأمريكية. ^{[ 1 ]} سُمّيت نسبةً إلى التيربيوم والحديد ( Fe ) ومختبر الذخائر البحرية (NOL)، بينما يُشتق الحرف D من الديسبروسيوم .

تتميز هذه السبيكة بأعلى قيمة للانفعال المغناطيسي بين جميع السبائك ، حيث تصل إلى 0.002  متر/متر عند التشبع؛ فهي تتمدد وتنكمش في المجال المغناطيسي. تتمتع سبيكة تيرفينول-دي بقوة انفعال مغناطيسي كبيرة، وكثافة طاقة عالية ، وسرعة صوت منخفضة، ومعامل يونغ منخفض . في أنقى صورها، تتميز أيضًا بانخفاض الليونة ومقاومة الكسر. تيرفينول-دي سبيكة رمادية اللون، وتختلف نسب مكوناتها العنصرية، والتي تتبع دائمًا الصيغة Tb _x Dy _{1− x} Fe _2. وقد سهّلت إضافة الديسبروزيوم تحفيز الاستجابات الانفعالية المغناطيسية، حيث قللت من حاجة السبيكة إلى المجالات المغناطيسية. عند زيادة نسبة التيربيوم إلى الديسبروزيوم، تعمل الخصائص الانفعالية المغناطيسية للسبيكة الناتجة عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -200 درجة مئوية، وعند تقليلها، قد تعمل عند درجة حرارة قصوى تبلغ 200 درجة مئوية. يُتيح تركيب مادة تيرفينول-دي لها امتلاك خاصية الانفعال المغناطيسي العالية والتدفق المغناطيسي الكبير عند تطبيق مجال مغناطيسي عليها. وتستمر هذه الخاصية ضمن نطاق واسع من إجهادات الضغط ، مع وجود اتجاه تنازلي للانفعال المغناطيسي مع ازدياد إجهاد الضغط. وقد أظهرت دراسات (غير منشورة) أن مقاومة الانضغاط عالية جدًا في ظل ظروف معينة. ^{[ 2 ]} كما توجد علاقة بين التدفق المغناطيسي والضغط، حيث يتغير التدفق المغناطيسي بشكل أقل حدة مع ازدياد إجهاد الضغط. ^{[ 3 ]} يُستخدم تيرفينول-دي في الغالب لخصائصه الانفعالية المغناطيسية، حيث يتغير شكله عند تعرضه لمجالات مغناطيسية في عملية تُسمى التمغنط . وقد أظهرت المعالجة الحرارية المغناطيسية تحسينًا لخصائص الانفعال المغناطيسي لتيرفينول-دي عند إجهادات ضغط منخفضة لنسب معينة من التيربيوم والديسبروسيوم. ^{[ 4 ]}  

بفضل خصائصه المادية، يُعدّ تيرفينول-دي خيارًا ممتازًا لتصنيع أجهزة الصوت تحت الماء منخفضة التردد وعالية الطاقة . وقد استُخدم في البداية في أنظمة السونار البحرية . ويُستخدم حاليًا في أجهزة الاستشعار المغناطيسية الميكانيكية، والمحركات ، ومحولات الطاقة الصوتية وفوق الصوتية نظرًا لكثافة طاقته العالية ونطاق تردده الواسع، كما في جهاز ساوندباغ (أول تطبيق تجاري له من قِبل شركة فيونيك ). كما أن إجهاده أكبر من إجهاد مادة أخرى شائعة الاستخدام ( PZT8 )، مما يسمح لمحولات طاقة تيرفينول-دي بالوصول إلى أعماق أكبر في استكشافات المحيطات مقارنةً بالمحولات السابقة. ^{[ 5 ]} ويُسبب معامل يونغ المنخفض بعض التعقيدات نتيجةً للانضغاط عند الأعماق الكبيرة، والتي يتم التغلب عليها في تصميمات محولات الطاقة التي قد تصل إلى عمق 1000 قدم مع فقدان طفيف في الدقة لا يتجاوز 1 ديسيبل. ^{[ 6 ]} نظرًا لنطاق درجة حرارته العالي، يُعدّ تيرفينول-دي مفيدًا أيضًا في محولات الطاقة الصوتية للثقوب العميقة، حيث قد تصل درجة الحرارة والضغط إلى مستويات عالية، كما هو الحال في ثقوب الزيت. ويمكن استخدامه أيضًا في مشغلات الصمامات الهيدروليكية نظرًا لخصائصه العالية في تحمل الإجهاد والقوة. ^{[ 6 ]} وبالمثل، تمّ النظر في استخدام المشغلات المغناطيسية الانفعالية في حاقنات وقود محركات الديزل نظرًا للإجهادات العالية التي يمكن توليدها. ^{[ 7 ]} يجمع تيرفينول-دي بشكل فريد بين خصائص رئيسية تُمكّن من حقن وقود الديزل المتقدم. أولًا، يعني الأصل الكمومي للمغناطيسية الانفعالية أن هذا التأثير لا يتدهور، مما يمنحه متانة وقوة تحمل. ثانيًا، يستفيد بشكل جيد من الضغط الناتج عن وقود الديزل. أخيرًا، يميل تمدده الميكانيكي إلى أن يكون متناسبًا مع المجال المغناطيسي المُسلط، مما يجعل موضع إبرة الحاقن قابلًا للتحكم المستمر. يمكن أن تتمتع إبرة الحاقن التي يتم تشغيلها مباشرةً بواسطة تيرفينول-دي بمتانة تدوم مدى الحياة على رأس أسطوانة المحرك، مع تمكين تحكم غير مسبوق في كل عملية حقن طوال مدتها. يمكن استخدام هذه الخصائص لمعالجة الكفاءة والانبعاثات والضوضاء داخل الأسطوانة مع تمكين مرونة الوقود. ^{[ 8 ]}  

تطلّب ازدياد استخدام مادة تيرفينول-دي في المحولات تقنيات إنتاج جديدة لرفع معدلات الإنتاج وتحسين الجودة، نظرًا لعدم موثوقية الطرق الأصلية وصغر حجمها. تُستخدم أربع طرق لإنتاج تيرفينول-دي، وهي: الصهر بالمنطقة الحرة، وطريقة بريدجمان المُعدّلة، ومسحوق مُلبّد مضغوط، ومركبات المصفوفة البوليمرية.

تُتيح الطريقتان الأوليان، وهما صهر المنطقة الحرة (FSZM) وطريقة بريدجمان المُعدّلة (MB)، إنتاج مادة تيرفينول-دي ذات خصائص مغناطيسية عالية وكثافة طاقة عالية. مع ذلك، لا يُمكن لطريقة FSZM إنتاج قضيب يزيد  قطره عن 8 مم نظرًا لتوتر سطح مادة تيرفينول-دي، ولأن هذه الطريقة لا تحتوي على وعاء يُقيّد المادة. أما طريقة MB، فتُتيح إنتاج  قضيب بقطر لا يقل عن 10 مم، ويقتصر عيبها على تأثير الجدار في نمو البلورات . ^{[ 9 ]} تُنتج كلتا الطريقتين بلورات صلبة تتطلب عمليات تصنيع لاحقة إذا لزم شكل هندسي غير الأسطوانة القائمة الزاوية. وتتميز البلورات الصلبة المُنتجة ببنية صفائحية دقيقة . ^{[ 10 ]}

أما التقنيتان الأخريان، وهما تقنية التلبيد بالضغط المسحوقي وتقنية مركبات المصفوفة البوليمرية ، فتعتمدان على المساحيق. وتتيح هاتان التقنيتان إمكانية الحصول على أشكال هندسية معقدة وتفاصيل دقيقة. إلا أن الحجم محدود بقطر 10 مم وطول 100 مم بسبب القوالب المستخدمة. ^{[ 9 ]} وتختلف البنية المجهرية الناتجة عن هذه الطرق القائمة على المساحيق عن تلك القائمة على البلورات الصلبة، إذ تفتقر إلى البنية الصفائحية وتتميز بكثافة أقل . ومع ذلك، تتمتع جميع الطرق بخصائص مغناطيسية انفعالية متشابهة. ^{[ 10 ]}

نظراً لقيود الحجم، تُعدّ عملية التضخيم المغناطيسي (MB) أفضل طريقة لإنتاج تيرفينول-د. إلا أنها طريقة تتطلب جهداً بشرياً كبيراً. ومن العمليات الحديثة المشابهة للتضخيم المغناطيسي، عملية مُنمّي بلورات إيتريما (ECG)، التي تُنتج بلورات تيرفينول-د ذات قطر أكبر وأداء مغناطيسي انفعالي مُحسّن. كما تُعزّز عملية مُنمّي بلورات إيتريما موثوقية الخصائص المغناطيسية الانفعالية لتيرفينول-د طوال عمر المادة. ^{[ 9 ]}

يُعاني تيرفينول-د من بعض العيوب الطفيفة الناجمة عن خصائصه المادية، فهو يتميز بانخفاض مطيليته ومقاومته للكسر. وللتغلب على هذه المشكلة، أُضيف تيرفينول-د إلى البوليمرات والمعادن الأخرى لتكوين مركبات. عند إضافته إلى البوليمرات، تنخفض صلابة المركب الناتج. أما عند تكوين مركبات من تيرفينول-د مع مواد رابطة معدنية مطيلة، فإن المادة الناتجة تتميز بزيادة في الصلابة والمطيلية مع انخفاض في خصائصها المغناطيسية الانفعالية. ويمكن تشكيل هذه المركبات المعدنية عن طريق الضغط الانفجاري . في دراسة أُجريت على معالجة سبائك تيرفينول-د، أظهرت السبائك الناتجة باستخدام النحاس وتيرفينول-د زيادة في قيم القوة والصلابة، مما يدعم النظرية القائلة بأن مركبات المواد الرابطة المعدنية المطيلة مع تيرفينول-د تُنتج مادة أقوى وأكثر مطيلية. ^{[ 11 ]}

• جالفينول

• http://tdvib.com/terfenol-d/
• https://www.qcwlc.us