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磁性材料的基本特征和分類

磁性材料,通常所說的磁性材料是指強磁性物質,是古老而用途十分廣泛的功能材料,而物質的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用,例如中國古代用天然磁鐵作為指南針。現代磁性材料已經廣泛的用在我們的生活之中,例如将永磁材料用作馬達,應用于變壓器中的鐵心材料,作為存儲器使用的磁光盤,計算機用磁記錄軟盤等。磁性材料與信息化、自動化、機電磁鐵廠一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關。而通常認為,磁性材料是指由過度元素鐵、钴、鎳及其合金等能夠直接或間接産生磁性的物質。磁性材料按磁化後去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化後容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料,不容易去磁的物質叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小,硬磁性材料剩磁較大。

實驗表明,任何物質在外磁場中都能夠或多或少地被磁化,隻是磁化的程度不同。根據物質在外磁場中表現出的特性,物質可分為五類:順磁性物質,抗磁性物質,鐵磁性物質,亞鐵磁性物質,反磁性物質。

根據分子電流假說,物質在磁場中應該表現出大體相似的特性,但在此告訴我們物質在外磁場中的特性差别很大。這反映了分子電流假說的局限性。實際上,各種物質的微觀結構是有差異的,這種物質結構的差異性是物質磁性差異的原因。

我們把順磁性物質和抗磁性物質稱為弱磁性物質,把鐵磁性物質稱為強磁性物質。

通常所說的磁性材料是指強磁性物質。磁性材料按磁化後去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化後容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料,不容易去磁的物質叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小,硬磁性材料剩磁較大。

基本特征

1、磁性材料的磁化曲線

磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的,在外加磁場H 作用下,必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B,它們随磁場強度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:磁飽和現象及磁滞現象。即當磁場強度H足夠大時,磁化強度M達到一個确定的飽和值Ms,繼續增大H,Ms保持不變;以及當材料的M值達到飽和後,外磁場H降低為零時,M并不恢複為零,而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀态相當于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

飽和磁感應強度Bs:其大小取決于材料的成分,它所對應的物理狀态是材料内部的磁化矢量整齊排列。

剩餘磁感應強度Br:是磁滞回線上的特征參數,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、應力等)。

磁導率μ:是磁滞回線上任何點所對應的B與H的比值,與器件工作狀态密切相關。

初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。

居裡溫度Tc:鐵磁物質的磁化強度随溫度升高而下降,達到某一溫度時,自發磁化消失,轉變為順磁性,該臨界溫度為居裡溫度。它确定了磁性器件工作的上限溫度。

損耗P:磁滞損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 降低,降低磁滞損耗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系為:總功率耗散(mW)/表面積(cm2)

3.軟磁材料的磁性參數與器件的電氣參數之間的轉換

在設計軟磁器件時,首先要根據電路的要求确定器件的電壓~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态密切相關。設計者必須熟悉材料的磁化過程并掌握材料的磁性參數與器件電氣參數的轉換關系。設計軟磁器件通常包括三個步驟:正确選用磁性材料;合理确定磁芯的幾何形狀及尺寸;根據磁性參數要求,模拟磁芯的工作狀态得到相應的電氣參數。

分類

磁性材料具有磁有序的強磁性物質,廣義還包括可應用其磁性和磁效應的弱磁性及反鐵磁性物質。磁性是物質的一種基本屬性。物質按照其内部結構及其在外磁場中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質。鐵磁性和亞鐵磁性物質為強磁性物質,抗磁性和順磁性物質為弱磁性物質。磁性材料按性質分為金屬和非金屬兩類,前者主要有電工鋼、鎳基合金和稀土合金等,後者主要是鐵氧體材料。按使用又分為軟磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁緻伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁泡材料、磁光材料,旋磁材料以及磁性薄膜材料等,反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲線、磁滞回線和磁損耗等。




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