磁性材料特性

磁性材料基本特性1、磁性材料的磁化曲線磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場 H作用下，必有相應(yīng)的磁化強度M或磁感應(yīng)強度B，它們隨磁場強度H的變化曲線稱為磁化曲線（M?H或B?H曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當材料的M值達到飽和后，外磁場H降低為零時，M并不恢復(fù)為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于M?H曲線或B?H曲線上的某一點，該點常稱為工作點。2、軟磁材料的常用磁性能參數(shù)飽和磁感應(yīng)強度Bs:其大小取決于材料的成分，它所對應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應(yīng)強度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時的B值。矩形比：Br/Bs矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。磁導(dǎo)率M:是磁滯回線上任何點所對應(yīng)的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。初始磁導(dǎo)率pi、最大磁導(dǎo)率pm、微分磁導(dǎo)率p血振幅磁導(dǎo)率pa、有效磁導(dǎo)率pe、脈沖磁導(dǎo)率pp。居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。損耗P:磁滯損耗Ph及渦流損耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe-f2t2/，p降低，磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe的方法是減薄磁性材料的厚度t及提高材料的電阻率p。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為：總功率耗散（mW）/表面積（cm2）3、軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換在設(shè)計軟磁器件時，首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓?電流特性。器件的電壓?電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設(shè)計者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 設(shè)計軟磁器件通常包括三個步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據(jù)磁性參數(shù)要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應(yīng)的電氣參數(shù)。一,磁鋼透磁率M大于1的金屬稱為順磁材料，順磁材料中值特別大者稱為鐵磁材料；透磁率M小于1的金屬稱為逆磁材料.銘,錳,鐵，竦，鉆等金屬屬于順磁材料，其中鐵，竦鉆為鐵磁材料，銅，鉛，鋅，錫等金屬屬于逆磁材料.磁感應(yīng)強度B和磁場強度H之間的關(guān)系曲線,稱為磁化曲線，如圖4—8所示.不同的磁性材料所測得的磁化曲線是不相同的；不同的磁化曲線，舊有不同的磁滯損失.工程上磁滯損失的大小將詞性材料分為兩大類，此致?lián)p失大的稱為硬磁材料，此致?lián)p失小的稱為軟瓷材料.圖4—9是硬磁材料的磁化曲線，該曲線的主要特征是嬌頑力大，磁滯損失也大.這說明硬磁材料磁化和退磁均要加較大的磁場強度，磁化和退磁依次消耗的能量較多.從圖中可知，磁感應(yīng)強度B達到飽和值后，若將磁場強度H減到零，磁感應(yīng)值并不為零而保留著一定的數(shù)值,這種保留的磁感應(yīng)值B,叫做剩磁.如果要使剩磁Br部消失,必須改變磁場強度的方向，即從相反的方向加上一個磁場強度Hc,另加的磁場強度稱為嬌頑力.若相反方向的磁場強度繼續(xù)增加，又可以得到負的飽和磁感應(yīng)強度.這樣循環(huán)一周，所得到的封閉曲線叫磁化曲線.磁化曲線所保衛(wèi)的面積,稱為磁滯損失，即表示往復(fù)磁化依次所消耗的能量.圖4—10是軟磁材料的磁化曲線，該曲線的主樣特征是嬌頑力小，磁滯損失也小.這說明軟磁材料既易于被磁化,也易于被退磁，磁化和退磁依次所消耗的能量較小.（二）軟磁材料軟磁材料常用的有兩種，一是Fe—Si合金硅鋼片,另一是Fe—Ni合金，也稱坡姆合金.1,硅鋼片硅鋼片是各種電機，變壓器和測量儀表的鐵芯材料.這中剛含碳量很低（〈0.1%〉,而含硅量較高(1.0%——4.5%).含碳量低可減少磁滯損失；含硅量正家飽和磁感應(yīng)強度B和嬌頑力就降低，但含硅量會增加剛的脆性，若超過4.5%后脆性就大了,會造成加工成型的困難.在電機中一般使用含硅量較低的熱軋或冷軋硅鋼片，厚度偽0.5mm左右;在變壓器中一般使用冷軋的硅鋼片和熱軋高硅鋼片,厚度為0.35mm左右.2.Fe—Ni合金在自動化儀表，無線電通訊及電器測量技術(shù)中，常用的軟磁材料是Fe—Ni合金,也稱為坡姆合金.這種軟磁材料，磁滯損失和嬌頑力Hc比硅鋼片更小，導(dǎo)磁率更高.其中以含Ni量為78.5%Fe—Ni合金性為最好，在弱磁場中他的導(dǎo)磁率比硅鋼片高10?20倍.(三)硬磁材料硬磁材料的應(yīng)具有高的嬌頑力和高的剩余磁感應(yīng)強度，而且這些參數(shù)能久不變.常有的硬刺材料可分為馬氏體型磁鋼和彌散型硬化型磁鋼及磁合金.馬氏體型磁鋼含碳1%?1.5%的碳鋼是人類最早是使用的一種硬磁材料，因其不穩(wěn)定，因而加入了鎢等金屬.制得鎢鋼.這些合金鋼硬磁材料均是淬火后使用，經(jīng)過熱處理后的組織是馬氏體,殘留奧氏體和彌散的碳化物，統(tǒng)稱為馬氏體型磁鋼.鎢使鋼的穩(wěn)定性有所提高，作為硬磁鋼的鎢鋼含碳量0.7%時性能最好.鎢易與碳形成彌散分布的碳化物，鎢能降低碳在奧氏體中的溶解度,有利于提高鋼中的Hc和Br.銘在鋼中的作用與鎢類似.鉆是擴大奧氏體區(qū)的合金元素，不與碳形成碳化物，但能有效的提高剛的磁感應(yīng)強度.為了達到用彌散碳化物來提高嬌頑力Hc,通常在鉆鋼中加入3%?8%的鎢和3%?5%的銘，以形成碳化物鋁鋼是馬氏體型鋼中性能較好的一種.不合銘，竦，價格低廉.鋁鋼一般含8%Al及2%C,鋁不與碳形成碳化物，但能形成Fe3Al金屬間化合物，因而使鋼的剩磁感應(yīng)強度Br和矯頑力Hc均有所提高.彌散硬化型磁鋼工業(yè)上常用的彌散硬化型磁鋼有Fe-Ni-Al,Fe-Co-Mo,Fe-Co-