PDF《第四节 磁性材料及其应用》

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第四节 磁性材料及其应用 磁学基本问题的探讨,是为了很好地开发和应用磁性材料.

今天,磁性材料已在电 力和电子设备中广泛应用,成为现代工业中不可缺少的一员.在发达国家,平均一 个家庭拥有50多个与磁性材料有关的设备,其中至少有10个是用在家用轿车上的. 磁性材料在制造和医疗设备、信息产业方面的应用也正在日益扩大 磁性是物质的基本性质,磁性材料是古老而年轻的功能材料 磁性材料发展的总趋势:将由3d过渡族合金、化合物向3d-(4f,4d,5d,5f…)多元 合金、化合物方向发展,由三维向低维方向发展,纳米磁性材料将成为重要的磁性 功能材料

2 磁性材料按矫顽力HC的大小分为两类:矫顽力很小的软磁材料(HC≈1A/m或10-2 Oe)和矫顽力很大的硬磁材料(HC≈104~106A/m或102~104Oe) 软磁材料总的特性:有较高的磁导率(μ

0、μm),较小的矫顽力(HC)和较低的 磁滞损耗(ΔW).在磁场作用下,这类材料非常容易磁化,而取消磁场后又很容 易去磁,即磁滞回线很窄

一、软磁材料 H B (M) 硬磁 软磁 高的磁导率和小的矫顽力要求材料的结构尽 量均匀,没有缺陷,在磁学上各向同性 若要在交变磁场中用作软磁材料,铁磁体应 有较大的电阻率,这可以通过材料的合金化 来做到,如铁-硅合金、铁-镍合金等 软磁材料主要用于动力工程、高性能电子学、 通信技术、航空及空间技术等,来制造磁导 体,增加磁路的磁通量,降低磁阻

3 最常见的软磁材料有:工业纯铁、硅钢、铁-镍合金、铁-钴合金、铁氧体软磁材 料、具有特殊性能的软磁材料(如热磁合金、高饱和磁化强度的软磁材料、高磁 致伸缩材料)、合金粉末铁芯材料、软磁薄膜等,可根据对使用材料的要求和经 济价值而选用 部分软磁材料的典型磁性能和电阻率 软磁材料 化学组成 wt % 起始磁导率 μ0 饱和磁通密度 BS[T (Gs)] 磁滞损耗 ΔW ( J/m3 ) 电阻率 ρ ( Ω・m ) 工业纯铁 99.95Fe

150 2.14 (21400)

270 1.0*10-7 方向性硅钢 97Fe-3Si

1400 2.01 (20100)

40 4.7*10-7

45 坡莫合金 55Fe-45Ni

2500 1.60 (16000)

120 4.5*10-7 超透磁合金 79Ni-15Fe- 5Mo-0.5Mn

75000 0.80 (8000) ? 6.0*10-7 铁氧体 A 48MnFe2O4, 52ZnFe2O4

1400 0.33 (3300) ?40

2000 铁氧体 B 36MnFe2O4, 64ZnFe2O4

650 0.36 (3600) ?35

107 4 硬磁材料:又称永磁材料,是用于制造各种永久磁铁的磁性材料 永磁材料性能指标的特征: 在磁铁环上开一个空气隙,在磁铁上就出现了两极,并在此空气隙中建立了磁场. 但有了磁极,就产生了退磁.降低了剩余磁感应强度Br的数值.这种退磁关系是按 照退磁曲线变化的

二、硬磁材料 N S H Hd

5 B Bd d HC Hd H BH ( BH )max

0 退磁曲线(左)和磁能积曲线(右) 由电磁学可知,磁场的能量密度为BH/2(J/m3),所以永磁体在退磁曲线上稳定下 来的一点B和H的乘积是永磁体磁场能量密度的2倍,它代表永磁体能量的大小,称 为磁能积.把退磁曲线上每一点的磁能积BH值对B作图,就得到磁能积曲线.由图 可知,在某一特定的Hd、Bd的条件下,磁能为最大.把HdBd称之为最大磁能积,简 写为(BH)max,它表明此种材料单位体积中所能产生的最大磁能 最大磁能积是永磁材料的重要性能指标 之一,通常用来表征永磁体性能的优劣: 材料的(BH)max大,则在相同空气隙条件 下,可以得到高的磁场 由于各种硬磁材料Br相差不大,即Bd相 差不大,因此起主要作用的是矫顽力 HC,所以制造永磁体要选用HC大的材料 永磁材料要求必须具有高矫顽力HC、高 剩磁Br、大的最大磁能积(BH)max