什么是軟磁材料,軟磁材料是什么意思?
軟磁材料是指剩磁和矯頑力均很小的鐵磁材料,如硅鋼片、純鐵等。特點(diǎn)是易磁化、易去磁且磁滯回線較窄。軟磁材料常用來制作電機(jī)、變壓器、電磁鐵等電器的鐵心。
軟磁材料易于磁化,也易于退磁,廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。應(yīng)用*多的軟磁材料是鐵硅合金(硅鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等。軟磁材料種類繁多,通常按成分分為:
①純鐵和低碳鋼。含碳量低于0.04%,包括電磁純鐵、電解鐵和羰基鐵。其特點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度高,價(jià)格低廉,加工性能好;但其電阻率低、在交變磁場下渦流損耗大,只適于靜態(tài)下使用,如制造電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚(yáng)聲器磁導(dǎo)體、磁屏蔽罩等。
②鐵硅系合金。含硅量 0.5% ~4.8%,一般制成薄板使用,俗稱硅鋼片。在純鐵中加入硅后,可消除磁性材料的磁性隨使用時(shí)間而變化的現(xiàn)象。隨著硅含量增加,熱導(dǎo)率降低,脆性增加,飽和磁化強(qiáng)度下降,但其電阻率和磁導(dǎo)率高,矯頑力和渦流損耗減小,從而可應(yīng)用到交流領(lǐng)域,制造電機(jī)、變壓器、繼電器、互感器等的鐵芯。
③鐵鋁系合金。含鋁6%~16%,具有較好的軟磁性能,磁導(dǎo)率和電阻率高,硬度高、耐磨性好,但性脆,主要用于制造小型變壓器、磁放大器、繼電器等的鐵芯和磁頭、超聲換能器等。
④鐵硅鋁系合金。在二元鐵鋁合金中加入硅獲得。其硬度、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和電阻率都較高。缺點(diǎn)是磁性能對成分起伏敏感,脆性大,加工性能差。主要用于音頻和視頻磁頭。
⑤鎳鐵系合金。鎳含量30%~90%,又稱坡莫合金,通過合金化元素配比和適當(dāng)工藝,可控制磁性能,獲得高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁、矩磁等軟磁材料。其塑性高,對應(yīng)力較敏感,可用作脈沖變壓器材料、電感鐵芯和功能磁性材料。
⑥鐵鈷系合金。鈷含量27%~50%。具有較高的飽和磁化強(qiáng)度,電阻率低。適于制造極靴、電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、小型變壓器鐵芯等。
⑦軟磁鐵氧體。非金屬亞鐵磁性軟磁材料。電阻率高(10-2~1010Ω·m),飽和磁化強(qiáng)度比金屬低,價(jià)格低廉,廣泛用作電感元件和變壓器元件(見鐵氧體)。
⑧非晶態(tài)軟磁合金。一種無長程有序、無晶粒合金,又稱金屬玻璃,或稱非晶金屬。其磁導(dǎo)率和電阻率高,矯頑力小,對應(yīng)力不敏感,不存在由晶體結(jié)構(gòu)引起的磁晶各向異性,具有耐蝕和高強(qiáng)度等特點(diǎn)。此外,其居里點(diǎn)比晶態(tài)軟磁材料低得多,電能損耗大為降低,是一種正在開發(fā)利用的新型軟磁材料。
⑨超微晶軟磁合金。20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種軟磁材料。由小于50納米左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成,具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合性能,不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低、鐵損耗小,且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好?,F(xiàn)主要研究的是鐵基超微晶合金。
軟磁材料的常用磁性能參數(shù)
飽和磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù),H回到0時(shí)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μ:是磁滯回線上任何點(diǎn)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μi、*大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp。
居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降,達(dá)到某一溫度時(shí),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+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 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ρ。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)
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(jì)軟磁器件時(shí),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(jì)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(jì)軟磁器件通常包括三個(gè)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)。
磁性材料是一種重要的電子材料。早期的磁性材料主要采用金屬及合金系統(tǒng),隨著生產(chǎn)的發(fā)展,在電力工業(yè)、電訊工程及高頻無線電技術(shù)等方面,迫切要求提供一種具有很高電阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁鐵礦及其他具有磁性的氧化物的基礎(chǔ)上,研制出了一種新型磁性材料——鐵氧體。鐵氧體屬于氧化物系統(tǒng)的磁性材料,是以氧化鐵和其他鐵族元素或稀土元素氧化物為主要成分的復(fù)合氧化物,可用于制造能量轉(zhuǎn)換、傳輸和信息存儲(chǔ)的各種功能器件。
鐵氧體磁性材料按其晶體結(jié)構(gòu)可分為:尖晶石型(MFe2O4);石榴石型(R3Fe5O12);磁鉛石型(MFe12O19);鈣鈦礦型(MFeO3)。其中M指離子半徑與Fe2+相近的二價(jià)金屬離子,R為稀土元素。按鐵氧體的用途不同,又可分為軟磁、硬磁、矩磁和壓磁等幾類。
軟磁材料是指在較弱的磁場下,易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料。有實(shí)用價(jià)值的軟磁鐵氧體主要是錳鋅鐵氧體Mn-ZnFe2O4和鎳鋅鐵氧體Ni-ZnFeO4。軟磁鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)一般都是立方晶系尖晶石型,這是目前各種鐵氧體中用途較廣,數(shù)量較大,品種較多,產(chǎn)值較高的一種材料。主要用作各種電感元件,如濾波器、變壓器及天線的磁性和磁帶錄音、錄像的磁頭。