磁性材料特性

磁性材料基本特性1、磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场 H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线（M〜H或B〜H曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M〜H曲线或B〜H曲线上的某一点，该点常称为工作点。2、软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。矩形比：Br/Bs矫顽力Hc:是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。磁导率M:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。初始磁导率pi、最大磁导率pm、微分磁导率p血振幅磁导率pa、有效磁导率pe、脉冲磁导率pp。居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe-f2t2/，p降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率p。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（mW）/表面积（cm2）3、软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压〜电流特性。器件的电压〜电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。 设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。一,磁钢透磁率M大于1的金属称为顺磁材料，顺磁材料中值特别大者称为铁磁材料；透磁率M小于1的金属称为逆磁材料.铭,锰,铁，竦，钻等金属属于顺磁材料，其中铁，竦钻为铁磁材料，铜，铅，锌，锡等金属属于逆磁材料.磁感应强度B和磁场强度H之间的关系曲线,称为磁化曲线，如图4—8所示.不同的磁性材料所测得的磁化曲线是不相同的；不同的磁化曲线，旧有不同的磁滞损失.工程上磁滞损失的大小将词性材料分为两大类，此致损失大的称为硬磁材料，此致损失小的称为软瓷材料.图4—9是硬磁材料的磁化曲线，该曲线的主要特征是娇顽力大，磁滞损失也大.这说明硬磁材料磁化和退磁均要加较大的磁场强度，磁化和退磁依次消耗的能量较多.从图中可知，磁感应强度B达到饱和值后，若将磁场强度H减到零，磁感应值并不为零而保留着一定的数值,这种保留的磁感应值B,叫做剩磁.如果要使剩磁Br部消失,必须改变磁场强度的方向，即从相反的方向加上一个磁场强度Hc,另加的磁场强度称为娇顽力.若相反方向的磁场强度继续增加，又可以得到负的饱和磁感应强度.这样循环一周，所得到的封闭曲线叫磁化曲线.磁化曲线所保卫的面积,称为磁滞损失，即表示往复磁化依次所消耗的能量.图4—10是软磁材料的磁化曲线，该曲线的主样特征是娇顽力小，磁滞损失也小.这说明软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较小.（二）软磁材料软磁材料常用的有两种，一是Fe—Si合金硅钢片,另一是Fe—Ni合金，也称坡姆合金.1,硅钢片硅钢片是各种电机，变压器和测量仪表的铁芯材料.这中刚含碳量很低（〈0.1%〉,而含硅量较高(1.0%——4.5%).含碳量低可减少磁滞损失；含硅量正家饱和磁感应强度B和娇顽力就降低，但含硅量会增加刚的脆性，若超过4.5%后脆性就大了,会造成加工成型的困难.在电机中一般使用含硅量较低的热轧或冷轧硅钢片，厚度伪0.5mm左右;在变压器中一般使用冷轧的硅钢片和热轧高硅钢片,厚度为0.35mm左右.2.Fe—Ni合金在自动化仪表，无线电通讯及电器测量技术中，常用的软磁材料是Fe—Ni合金,也称为坡姆合金.这种软磁材料，磁滞损失和娇顽力Hc比硅钢片更小，导磁率更高.其中以含Ni量为78.5%Fe—Ni合金性为最好，在弱磁场中他的导磁率比硅钢片高10〜20倍.(三)硬磁材料硬磁材料的应具有高的娇顽力和高的剩余磁感应强度，而且这些参数能久不变.常有的硬刺材料可分为马氏体型磁钢和弥散型硬化型磁钢及磁合金.马氏体型磁钢含碳1%〜1.5%的碳钢是人类最早是使用的一种硬磁材料，因其不稳定，因而加入了钨等金属.制得钨钢.这些合金钢硬磁材料均是淬火后使用，经过热处理后的组织是马氏体,残留奥氏体和弥散的碳化物，统称为马氏体型磁钢.钨使钢的稳定性有所提高，作为硬磁钢的钨钢含碳量0.7%时性能最好.钨易与碳形成弥散分布的碳化物，钨能降低碳在奥氏体中的溶解度,有利于提高钢中的Hc和Br.铭在钢中的作用与钨类似.钻是扩大奥氏体区的合金元素，不与碳形成碳化物，但能有效的提高刚的磁感应强度.为了达到用弥散碳化物来提高娇顽力Hc,通常在钻钢中加入3%〜8%的钨和3%〜5%的铭，以形成碳化物铝钢是马氏体型钢中性能较好的一种.不合铭，竦，价格低廉.铝钢一般含8%Al及2%C,铝不与碳形成碳化物，但能形成Fe3Al金属间化合物，因而使钢的剩磁感应强度Br和矫顽力Hc均有所提高.弥散硬化型磁钢工业上常用的弥散硬化型磁钢有Fe-Ni-Al,Fe-Co-Mo,Fe-Co-