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1、会计学1物质物质(wzh)的磁性磁导率和磁化率的磁性磁导率和磁化率第一页，共84页。本章主要内容本章主要内容 磁学理论磁学理论 物质的磁性、磁性的基本物理量物质的磁性、磁性的基本物理量 磁性材料磁性材料(c xn ci lio)(c xn ci lio)分类分类 软磁材料、永磁材料、半硬磁软磁材料、永磁材料、半硬磁 材料材料 磁性材料磁性材料(c xn ci lio)(c xn ci lio)的基本性能与应用的基本性能与应用第三章第三章 磁性磁性(cxng)(cxng)功能材功能材料料第2页/共84页第二页，共84页。3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wzh)(wzh)的的磁性磁性(一
2、一)物质的磁性物质的磁性将一个面积为（将一个面积为（A)、通有电流（、通有电流（Is)的环型导体放入磁场中，该环型导体将会在磁场（的环型导体放入磁场中，该环型导体将会在磁场（H)的作用下发生偏转，即环型导体受到力矩的作用。力矩（的作用下发生偏转，即环型导体受到力矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示的大小可由下式表示(biosh)：M Is x A x H 定义定义Pm=Is x A为通过电流为为通过电流为 Is、面积为、面积为 A的环型导体的磁矩。的环型导体的磁矩。IsI第3页/共84页第三页，共84页。原子内的电子做循轨运动(yndng)和自旋运动(yndng)，所以必然产生磁矩。前者称为
3、轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。电子的循轨磁矩 Pl=电子的自旋磁矩 Ps=e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量子数；s:自旋量子数。原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质的物质的磁性磁性第4页/共84页第四页，共84页。物质(wzh)磁性具有普遍性3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质物质的磁性的磁性电子(dinz)的循轨磁矩电子的自旋磁矩原子磁矩物质磁性原子磁矩物质表现何种磁性原子磁矩间相互作用外加磁场的作用第5页/共84页第五页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)
4、(jch)物质的物质的磁性磁性细菌(xjn)细胞中的磁力线200nm的Co粒子(lz)中的磁力线第6页/共84页第六页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质物质的磁性的磁性磁场强度：电流强度为 I 的电流在一个每米有N匝线圈的无限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度 H 为：H=N x I A/m（安/米）距离(jl)永磁体r处的磁场强度 H 为：H=km1r0/r2 H/m（亨利/米）m1为磁极的磁极强度，单位为Wb(韦伯)；r0是r的矢量单位；磁化强度(M):单位体积磁性材料内各磁畴磁矩的矢量和，单位为A/m。磁感应强度(B):物质在外磁场作用下，其内部原子磁矩的有
5、序排列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部外加磁场与附加磁场的和,单位为T（特斯拉）。（二）基本磁性（二）基本磁性(cxng)参量参量B=H+M第7页/共84页第七页，共84页。3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wzh)(wzh)的磁性的磁性磁导率和磁化率磁导率和磁化率在真空中磁感应强度在真空中磁感应强度B B与磁场强度与磁场强度H H间的关系为：间的关系为：B=0H B=0H 在磁性材料中：在磁性材料中：B=0 B=0（H+MH+M）在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和：在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和：B=0 B=0（H+MH+M）磁性材料的磁导率定义为磁感应强
6、度与磁场强度之比：磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度之比：=B/H =B/H 0:0:真空磁导率真空磁导率;:;:绝对绝对(judu)(judu)磁导率，单位为磁导率，单位为 H/m H/m，r:r:相对磁导率相对磁导率 r=/0 r=/0 磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：=M/H =M/H 第8页/共84页第八页，共84页。(三）物质三）物质(wzh)(wzh)磁性的分类磁性的分类3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质物质的磁性的磁性物质磁性(cxng)分类顺磁性被磁化后，磁化场方向与外场方向相同，：1 104 铁磁性被磁化后
7、，磁化场方向与外场方向相同，：10-3-10-6被磁化后，磁化场方向与外场方向相反，：（10-5 10-6）抗磁性与外加磁场的关系第9页/共84页第九页，共84页。顺磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场。顺磁性是一种弱磁性。顺磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的应用(yngyng)极少。顺磁金属主要有Mo，Al，Pt，Sn等。3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wzh)(wzh)的的磁性磁性抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动，获得(hud)附加的角速度和微观环形电流，从而产生与外磁场方向相反
8、的感生磁矩。原子磁矩叠加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。由于属于此类的物质有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。第10页/共84页第十页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质物质的磁性的磁性HmmDmkkDkDkDm产生产生(chnshng)抗磁性的原理抗磁性的原理m：磁矩Dm：附加(fji)磁矩Dk：附加向心力k：向心力抗磁性具有普遍性物质是否表现出抗磁性要看物质的抗磁场是否大于其顺磁场第11页/共84页第十一页，共84页。物质(wzh)内部原子磁矩的排列a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性 3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wz
9、h)(wzh)的磁的磁性性由于原子间的交换(jiohun)作用使原子磁矩发生有序的排列，产生自发磁化，铁磁质中原子磁矩都平行排列（在绝对零度时)第12页/共84页第十二页，共84页。3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wzh)(wzh)的的磁性磁性铁磁质：磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏，温度达到居里温度（铁磁质：磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏，温度达到居里温度（TcTc）以上时有序全部被破坏，磁质由铁磁性转为顺磁性。）以上时有序全部被破坏，磁质由铁磁性转为顺磁性。Tc Tc是材料是材料(cilio)(cilio)的的M-TM-T曲线上曲线上MS20MS20对应的温度。对应的温度。
10、顺磁质：朗之万（顺磁质：朗之万（LangevinLangevin）顺磁性：）顺磁性：磁化率服从居里磁化率服从居里(Curie)(Curie)定律，即：定律，即：=c/T=c/T。泡利（。泡利（PauliPauli）顺磁性：）顺磁性：服从居里服从居里-外斯（外斯（Curie-WeissCurie-Weiss）定律，即：）定律，即：=C/(T-Tc)=C/(T-Tc)。（四）温度（四）温度(wnd)对物质磁性的影响对物质磁性的影响Tc第13页/共84页第十三页，共84页。3.1 3.1 磁学基础物质磁学基础物质(wzh)(wzh)的磁性的磁性(四）磁各向异性 磁性材料在不同方向上具有(jyu)不同
11、磁性能的特性。包括：磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向异性和应力各向异性等。单晶体的易磁化(chu)和难磁化(chu)方向 第14页/共84页第十四页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)物质物质的磁性的磁性（五）磁致伸缩（五）磁致伸缩磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向(fngxing)(fngxing)伸长伸长(或缩短或缩短)，在垂直磁化方向，在垂直磁化方向(fngxing)(fngxing)上缩短上缩短(或伸长或伸长)的现象，叫做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致伸缩的相对大小用磁致伸缩系数的现象，叫做磁致伸缩。它是一种可逆
12、的弹性变形。材料磁致伸缩的相对大小用磁致伸缩系数表示，即表示，即 ：=l/l =l/l 式中，式中，l l和和l l分别表示磁场方向分别表示磁场方向(fngxing)(fngxing)的绝对伸长与原长。在发生缩短的情况下，的绝对伸长与原长。在发生缩短的情况下，l l为负值，因而为负值，因而也为负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时，磁致伸缩系数也为负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时，磁致伸缩系数称为饱和磁致伸缩系数，用称为饱和磁致伸缩系数，用ss表示。表示。对于对于3d3d金属及合金金属及合金:s:s约为约为 10-510-6 10-510-6。第15页/共84页第十五页，共84页
13、。3.1 3.1 磁学基础磁化过程与技术磁学基础磁化过程与技术(jsh)(jsh)磁参量磁参量 (一一)磁畴结构磁畴结构在铁磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交换作用能最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了体系的退磁能，因而使一定区域内的原子磁矩取反平行排列，出现了两个取向在铁磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交换作用能最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了体系的退磁能，因而使一定区域内的原子磁矩取反平行排列，出现了两个取向(q xin)相反的自发磁化区域，降低退磁能，直至形成封闭畴。每一个磁矩取向相反的自发磁化区域，降低退磁能，直至形成封闭畴。每一个磁矩取向(q xin)一致的自发磁化区域就叫做
14、一个磁畴。一致的自发磁化区域就叫做一个磁畴。立方(lfng)结构单晶铁磁材料的磁畴结构示意图第16页/共84页第十六页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化过程磁学基础磁化过程(guchng)(guchng)与技术与技术 磁参量磁参量 Co中的磁畴结构(jigu)第17页/共84页第十七页，共84页。磁畴结构包括磁畴和畴壁两部分。磁畴的体积(tj)为10-110-6cm3。畴壁是指磁畴交界处原子磁矩方向逐渐转变的过渡层3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)磁化过程与磁化过程与技术技术 磁参量磁参量 畴壁布洛赫(Bloch)磁畴壁畴壁两侧的原子磁矩的旋转平面与畴壁平面平行，两个(
15、lin)畴的磁化方向相差 180 奈耳（Neel）磁畴壁畴壁内原子磁矩的旋转平面与两磁畴的磁矩在同一平面平行于界面第18页/共84页第十八页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化磁学基础磁化(chu)(chu)过过程与技术程与技术 磁参量磁参量 布洛赫奈尔壁第19页/共84页第十九页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化过程磁学基础磁化过程(guchng)(guchng)与技术与技术 磁参量磁参量 磁化(chu)过程：磁性材料在外磁场作用下由宏观的无磁状态转变为有磁状态的过程。磁化(chu)是通过磁畴的运动来实现。（二）磁畴移动与磁化（二）磁畴移动与磁化(chu)过程过程受外磁场作用时，畴
16、内整齐排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏离易磁化方向而向外磁场方向转动。外场愈强，材料的磁各向异性愈弱，则磁矩就愈偏向外场方向。运动方式转动移动各磁畴内部的磁矩平行或反平行于外加磁场，不受这一磁场的力矩。而畴壁附近的磁矩方向发生改变，使畴壁产生横向移动。第20页/共84页第二十页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化磁学基础磁化(chu)(chu)过过程与技术程与技术 磁参量磁参量 畴壁的移动(ydng)第21页/共84页第二十一页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)磁化过磁化过程与技术程与技术 磁参量磁参量 （三）磁化（三）磁化(chu)(chu)曲线曲线 磁化
17、过程(guchng)四阶段：（1）M随H呈线性地缓慢增长，可逆畴壁移动过程。（2）M随H急剧增长，不可逆畴壁移动过程，的巴克豪森（Barkhausen）跳跃。（3）M的增长趋于缓慢。磁畴的磁化矢量已转到最接近H方向，M的增长主要靠可逆转动过程来实现。（4）磁化曲线极平缓地趋近于水平线而达到饱和状态。第22页/共84页第二十二页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化过程磁学基础磁化过程(guchng)(guchng)与技术与技术 磁参量磁参量 (四）磁性材料的技术四）磁性材料的技术(jsh)(jsh)磁参量磁参量技术技术(jsh)(jsh)磁参量磁参量内禀磁参量:MS、Tc外禀磁参量:Hc、M
18、r或Br、磁导率、损耗、磁能积MS:饱和磁化强度Hc：矫顽力Mr或Br：剩磁主要取决于材料的化学成分对材料结构（如晶粒尺寸、晶体缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通过适当的工艺改变第23页/共84页第二十三页，共84页。损耗：软磁材料磁化一周(y zhu)总的能量损耗 W，由涡流损耗，磁滞损耗 Wh和剩余损耗 Wr三部分组成，通常以每公斤材料损耗的功率表示，即:W=We+Wh+Wr We：在交变磁化条件下，材料垂直于磁场的平面内产生的涡流引起发热产生的损耗。循环磁化一周(y zhu)的涡流损耗与材料的电阻率、厚度 D、磁感变化幅度 Bm关系如下:WeD2Bm2/Wh：在循环磁化条件下，材料每循环磁化
19、一周(y zhu)所消耗的能量，它也以热的形式表现出来，其大小与磁滞回线的面积呈正比。Wr：从总损耗中扣除涡流损耗和磁滞损耗所剩的部分3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)磁化过磁化过程与技术程与技术 磁参量磁参量 第24页/共84页第二十四页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)磁化过磁化过程与技术程与技术 磁参量磁参量 磁能积（BH）：磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度。永磁体均在开路状态下使用，作为磁场源或动作(dngzu)源。主要作用是在磁铁的两磁极空间(或称空气隙)产生磁场Hg。Hg=(BmHmVm/0Vg)1/2 式中Vm、Bm和Hm分别是磁铁
20、的体积、磁感强度和磁场强度，Vg、Hg是气隙的体积和磁场强度。磁场强度（Hg）除与磁体的体积及气隙体积有关外，主要取决于磁体的磁能积（BH）。最大磁能积（BH）max：退磁曲线上磁能积最大的一点，工程应用中通常将(BH)max称为磁能积。第25页/共84页第二十五页，共84页。对通常的永磁体的应用而言，Hg越大越好。因此、在设计磁铁时，应使其工作(gngzu)点在图中的D点附近。同时、(BH)max越大，Hg也越大。(BH)max越高，所需要的磁体体积就越小(BH)max的大小取决于磁感矫顽力Hc、剩磁Br和隆起系数，即:(BH)max=BrHCB 3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(
21、jch)磁化过程磁化过程与技术与技术 磁参量磁参量 永磁材料(cilio)的退磁曲线与磁能积(密度)曲线 第26页/共84页第二十六页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁化磁学基础磁化(chu)(chu)过程与过程与技术技术 磁参量磁参量 磁滞回线族 第27页/共84页第二十七页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁学基础(jch)(jch)磁化过程与磁化过程与技术技术 磁参量磁参量 （五）磁性材料（五）磁性材料(c xn ci lio)的稳定性的稳定性衡量磁性材料的磁参量随外界因素作用产生的变化，主要考虑Br和Hc。（1）温度稳定性：磁性能随温度的变化。（2）时间稳定性：在某一特定工作(g
22、ngzu)环境下长期工作过程中磁性随时间的变化。（3）化学稳定性：在腐蚀介质的环境中磁性随时间的变化。显微组织变化引起的组织时效性能不稳定的原因磁畴结构变化引起的磁时效可逆，再次充磁时材料能恢复原来的磁性不可逆 第28页/共84页第二十八页，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁性材料磁学基础磁性材料(c xn(c xn ci lio)ci lio)分类分类按矫顽力分类(fn li)软磁材料(cilio)半硬磁材料硬（永）磁材料Hc1000A/m(12.5Oe)按用途分类铁芯材料磁记录材料磁头材料磁致伸缩材料磁屏蔽材料变压器、继电器录音机通讯仪器、电器磁带、磁盘传感器第29页/共84页第二十九页
23、，共84页。3.1 3.1 磁学基础磁性材料磁学基础磁性材料(c(c xn ci lio)xn ci lio)分类分类主要磁性材料(c xn ci lio)分类第30页/共84页第三十页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)用途(yngt)：发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。要求：高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的居里温度和低的损耗。分类：高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料，矩磁材料，恒磁导率材料，磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。第31页/共84页第三十一页
24、，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)用途：变压器、电机与继电器的铁(磁)心。要求：低的矫顽力、高的磁导率和低的铁损。主要(zhyo)材料：高磁饱和材料(Bs为2T左右)，如工业纯铁、电工硅钢片、非晶态软磁合金和铁钴合金；中磁饱和中导磁材料；高导磁材料如坡莫合金等；恒磁导率材料；以及铁粉心型材料与氧化物粉心材料等（一）工业纯铁资源丰富(fngf)、价格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年热轧纯铁就用于制造电机和变压器铁芯。是直流技术中非常重要的高磁饱和材料，主要用于制造电磁铁的铁心、极头与极靴；继电器和扬声器的磁
25、导体；电话机的振动膜；电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。第32页/共84页第三十二页，共84页。3.2 3.2 软磁材料非晶态、微晶软磁材料非晶态、微晶(wi(wi jn)jn)与纳米与纳米 晶软磁合金晶软磁合金 第33页/共84页第三十三页，共84页。最常见的是电磁纯铁，名称为电铁(代号DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs达2.15T，其供应(gngyng)状态包括锻材、管材、圆棒、薄片或薄带等。去应力退火：消除加工应力。保护条件下860930，保温4小时后随炉冷却。去除杂质(zzh)处理：纯铁中的杂质(zzh)（C，Mn，Si，P，S，N等）会显著降低材料的磁导率和矫顽力。通过去杂质
26、(zzh)退火处理来降低材料中杂质(zzh)的含量。在纯干燥氢气或真空(10-2帕以下)中，于12001300温度保温510小时。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)工业纯铁的热处理：纯铁材在加工成元件后必须经过热处理才能获得好的软磁性能第34页/共84页第三十四页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)人工时效处理：克服纯铁严重的自然磁时效现象，为保持纯铁元件的磁稳定性，须在热处理后进行100，保温(bown)100小时的人工时效处理。或选择低时效敏
27、感性的材料。纯铁的自然(zrn)磁时效现象：即随着时间的增长，材料的矫顽力上升，磁导率下降。纯铁的时效在130附近特别明显。引起时效的原因是由于在Fe中含有N，逐渐形成铁的氮化物所致。纯铁的缺点：电阻率低，使用时产生很大的涡流损耗，不适于制作在交变场中工作的铁心。第35页/共84页第三十五页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)（二）电工(dingng)硅钢片（Fe-Si软磁合金）铁中加Si的作用：可提高铁的最大磁导率，增大电阻率，还可显著改善磁性时效。但Si加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里温度、磁晶各向异性常
28、数K1、磁致伸缩(shn su)系数含Si量的增大会使材料变脆。电工硅钢片中Si的含量在0.54.8%Si。1903 年开始投入实际生产，用量极大。主要用于制造大电流、频率50400Hz的中、强磁场条件下的电动机、发电机、变压器等；中、弱磁场和较高频率(达10KHz)条件下的音频变压器、高频变压器、电视机与雷达中的大功率变压器、大功率磁变压器、以及各种继电器、电感线圈、脉冲变压器和电磁式仪表等；第36页/共84页第三十六页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的 Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高
29、、表面光滑平整，从而提高了填充(tinchng)系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至0.020.05mm。冷轧硅钢的含硅量不超过 3.5%，否则的材料冷轧十分困难。近年来，用快速凝固技术可制备出含硅6.5%的硅钢薄带。电工(dingng)硅钢片热轧硅钢片（DR）冷轧无取向硅钢片（DW）冷轧单取向硅钢片（DQ）电讯用冷轧单取向硅钢片（DG）中国2002 年底停止生产第37页/共84页第三十七页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)在冷轧单取向硅钢带中，晶粒整齐一致地排列成高斯(GOSS)织构，如图3-16示意，晶体
30、的(110)面与轧制平面平行，易磁化(chu)的001轴在轧制方向上。垂直于轧制方向的是难磁化(chu)的110轴。最难磁化(chu)的111轴与轧制方向成54.79角。冷轧单取向(q xin)硅钢的晶粒取向(q xin)第38页/共84页第三十八页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)单取向硅钢的优点：磁性具有(jyu)强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有(jyu)优越的高导磁与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率比约为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。织构取向(q
31、 xin)度的影响：取向(q xin)度7o加微量Al等、形成 AlN,可使范围减小，取向(q xin)度3o去应力退火处理：用硅钢片制成的电磁元件成型之后，应消除应力（800850，保温515min），恢复材料磁性 第39页/共84页第三十九页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)纯铁中加入钴后，Bs明显提高，含钴35%的铁钴合金的Bs达2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。国外牌号为Permendur。在合金中加入少量的V和Cr可显著提高其电阻率。实际(shj)应用的铁钴合金主要有Fe64Co35V1(或Fe64
32、Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的国内牌号为1J22，国外牌号为V-Permendur。铁钴合金具有高的磁导和的Bs，适用于小型化、轻型化以及有较高要求的飞行器及仪器仪表元件的制备，制造(zhzo)电磁铁极头和高级耳膜震动片等。但电阻率偏低，不适于高频场合的应用。但价格昂贵。（三）铁钴合金第40页/共84页第四十页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)随Ni含量的增加，Fe-Ni合金的m增加、Bs下降。当Ni量接近80%时，Fe-Ni合金的K1和同时变为
33、零，能获得高的磁导率。含w(Ni)3580%的Fe-Ni合金称为坡莫合金。根据Ni含量对合金磁性能的影响，Fe-Ni合金分为高导磁、恒导磁率、中磁饱和(boh)中磁导率材料等。（四）Fe-Ni合金(hjn)(坡莫合金(hjn)，Permalloy)第41页/共84页第四十一页，共84页。使用过程中应避免(bmin)冲击、振动及其它力的作用。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)坡莫合金的坡莫合金的 热处理热处理避免超结构(jigu)相Ni3Fe形成NiFe在600以下的冷却过程中发生有序化转变形成Ni3Fe；不利于磁性能。解决办
34、法：600后急冷易变形对应力敏感加工后须退火1200 1300，保温3h并缓冷至600第42页/共84页第四十二页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)主要是高镍含量的铁镍合金。我国的高镍高导磁合金有六个牌号:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，镍含量76%86%。其基本(jbn)性能：m 125-187mH/m,Hc 1.4-3.2A/m,Bs 0.6-0.75T,55-6210-8m高导磁合金在弱场下具有很高的初始磁导率和最大磁导率，有较高的电阻率，因而适合在交流弱磁场中使用，如各种音频(
35、ynpn)变压器、互感器、磁放大器、音频(ynpn)磁头、精密电表中的动片与静片等。主要用于收音机、电视机和通讯器材等。第43页/共84页第四十三页，共84页。恒导磁率的获得(hud)：冷轧后于1000下进行再结晶退火，可以得到(001)100织构。再将其以50%的轧制率进行冷轧，可以生成单轴轧制型磁各向异性。对合金进行横向磁场热处理(外加磁场方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范围内保持恒定不变。恒导磁率合金(hjn)3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)成分范围：含Ni5575%的铁镍合金，国产恒导磁率合金牌号为
36、1J66(Fe-w(Ni)65%)，主要用途：恒电感器，也可用于单极脉冲变压器。第44页/共84页第四十四页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯铁芯材料材料(cilio)(cilio)Bs（约1T）、磁导率和矫顽力介于高磁饱和材料和高导磁材料之间，电阻率较高。适用于较高的频率，中、弱磁场范围。1J46和1J50合金主要用于制作小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈和电磁离合器的铁心(ti xn)，以及磁屏蔽罩、话筒震动膜等。1J54合金具有更高的电阻率与低的矫顽力，主要用于脉冲变压器、音频和高频通讯仪器等。低镍的Fe-Ni36%合金的Bs和电阻率介于1J5
37、0和1J54合金之间，合金价格便宜，主要用于要求高Bs，而对磁导率要求不高的条件下制备高频滤波器、脉冲变压器及灵敏断电器等。中磁饱和(boh)中磁导率合金成分：低镍和中镍的铁镍合金，1J46、1J50和1J54第45页/共84页第四十五页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材料铁芯材料(cilio)(cilio)（五）粉心材料(cilio)减少(jinsho)高频下的损耗涡流损耗还与材料厚度的平方成正比高频下的损耗磁致损耗与频率成正比涡流损耗与频率的平方成正比主要问题解决办法减小铁芯材料（Si钢片）的厚度有一定限度 100KHz。将磁性材料制成粉末，在粉
38、末颗粒之间加上绝缘物质，用压缩成型的办法制成磁心，使用频率可以提高到几百MHz。粉心型材料第46页/共84页第四十六页，共84页。铁粉心材料包括羰基铁粉、MoNiFe合金粉、FeAlSi粉等。在高温高压下，使Fe和CO发生反应，可以制成羰基铁Fe2(CO)5，然后在350使其分解，可以得到尺寸均匀的球状纯铁颗粒；混以适当的绝缘剂并压制成型，可作相对初始磁导率为520的高频低磁导率的铁心使用。在含钼坡莫合金的基础上加入百分之几的硫，使之脆化，然后用机械粉碎法制成MoNiFe合金粉末，与绝缘剂混合后压制成铁心。氧化物粉心材料主要有Mn-Zn、Ni-Zn系复合(fh)铁氧体。Mn-Zn系使用频率。粉
39、末尺寸：10 mm量级 3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)第47页/共84页第四十七页，共84页。粉芯产品(chnpn)示例3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)铁芯材铁芯材料料(cilio)(cilio)第48页/共84页第四十八页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)（一）磁记录介质(jizh)材料要求:材料具有高的剩余磁化强度、陡的B-H曲线、大的B/H值、微细的粒子(lz)尺寸、粒子(lz)磁性的一致性及合适的矫顽
40、力值。用途：磁带，磁盘等记录方式：纵向记录；垂直记录记录介质材料：磁性颗粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上发展到磁性薄膜记录介质第49页/共84页第四十九页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记录材磁记录材料料(cilio)(cilio)-Fe2O3粉末(fnm)制备方法：在400的氢气流中将-FeOOH的针状结晶脱水还原成Fe3O4，然后在250300的空气中慢慢氧化得到保持初始-FeOOH针状结晶特征的颗粒；形态特征：0.60.8微米，长短轴比为6的针状颗粒，颗粒小记录性能好基本性能：矫顽力1900028000A/m，居里点675。Co的加入提高了
41、材料的矫顽力(78000A/m)，但居里温度有所下降(520)。主要(zhyo)采用的磁记录介质第50页/共84页第五十页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)材 料剩磁（T）矫顽力（A/m）居里点（）用途和磁性层厚度-Fe2O30.0250.11800024000675磁带:512微米Co-Fe2O30.1348000520磁盘:12微米CrO20.1340000120磁带:5微米Fe60Co40粉末0.2400001000Co-Ni-P连续膜1.240000磁鼓:0.1微米第51页/共84页第五十一页，共84
42、页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记录材磁记录材料料(cilio)(cilio)第52页/共84页第五十二页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)第53页/共84页第五十三页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)第54页/共84页第五十四页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)主要磁头(ctu)材料：高镍含量的铁镍基耐磨
43、高导磁合金、铁硅铝合金和高导磁铁氧体材料。（二）磁头(ctu)材料用途：从磁记录介质中读出信号用途：高磁导率、低矫顽力和高电阻率之外，还要求高的耐磨性和低应力敏感性。A第55页/共84页第五十五页，共84页。铁镍基耐磨高导磁合金:在高镍型铁镍二元合金基础上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通过调节成分和适当的最终热处理，使合金元素在基体内形成有限固溶体和对畴壁运动无阻碍作用的极微细的(小于畴壁宽度)均匀沉淀相，从而(cng r)使合金在保持高导磁率的同时得到固溶强化和沉淀强化，制备出高硬度低应力敏感性的高导磁合金。铁镍基耐磨高导磁合金主要用于低频磁头如录音机、数字磁带机和磁卡机磁头以
44、及微电机、变压器、传感器和磁放大器等各种电感元件铁心。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)第56页/共84页第五十六页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)铁硅铝合金:(Fe-w(Si)9.6%-w(Al)5.4%)的导磁率与高镍的Fe-Ni合金相当，Hv达500，饱和磁感应强度约1T，电阻率11010-8m。该合金制备的磁头具有高的耐磨性和优良的高频特性。是四磁头录像技术中普遍应用的磁头材料。缺点是对合金成分的变化非常敏感，又硬又脆，难加工
45、，使磁头价格昂贵。Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体：硬度Hv达600700，耐磨性高，主要用于制作录像机、数字磁带机、磁盘机和磁鼓的磁头铁心。其中应用最多最普遍的是多晶热压铁氧体，其最大缺点是磁头缝隙附近容易产生剥落，从而导致磁记录质量(zhling)的下降。采用单晶和取向铁氧体抗剥落性得到显著改善，但增加了磁头制造工艺的难度。第57页/共84页第五十七页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)磁记磁记录材料录材料(cilio)(cilio)巨磁阻硬盘磁头(ctu)第58页/共84页第五十八页，共84页。（一）磁致伸缩材料利用磁致伸缩现象，可将电震荡转变成超声波振动
46、；因此磁致伸缩材料主要用于超声波发生器的振子(铁心)。此类材料主要包括纯镍(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。(二)磁屏蔽材料在一些场合，如小型通讯机和电子仪器中，各种线圈或变压器装配位置紧密，必须进行电磁(dinc)屏蔽。常用的磁屏蔽材料有纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金，非晶态合金。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)其它其它软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)第59页/共84页第五十九页，共84页。（三）磁流体在连动系统机械中，为了控制机械部件的相互连接，通常使用
47、磁性离合器。磁流体是将羰基铁或四氧化三铁磁性粉末分散在矿物油或硅油中的一种材料。当加上磁场时，使磁性粉末磁力线方向上连续排列起来，使表观粘度(zhnd)增高，从而实现百分之百的连接。不加磁场时磁流体材料的粘度(zhnd)应很小，加上磁场时其粘度(zhnd)应明显提高；取消磁场时其剩磁要低、恢复到低粘性的初始状态。磁流体中磁粉与机油的比例一般为4:1，与硅油的比例为8:1。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)其它其它软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)第60页/共84页第六十页，共84页。3.2 3.2 软磁材料非晶态、微晶软磁材料非晶态、微晶(wi(wi jn)
48、jn)与纳米与纳米 晶软磁合金晶软磁合金 非晶态金属（金属玻璃）：当液态金属凝固的冷却速率高于一临界值时，晶体的形核与生长被抑制，形成原子排列为短程(dun chn)有序而长程无序的固态结构。（一）非晶态合金(hjn)非晶态软磁合金分类:(1)过渡金属-类金属系(TM-M)，其中Fe，Ni，Co等磁性元素一般占7084%，类金属元素B，Si，C，P占1630%；(2)稀土-过渡金属系(RE-TM)；(3)过渡金属-金属系(TM-MT)，其中Fe，Ni，Co等过渡元素含量约90%，金属元素 Zr，Hf等约10%。也可按主要成分将其分为铁基、钴基和铁镍基合金等。还可按磁性分为高饱和磁感和高磁导率两
49、类。第61页/共84页第六十一页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)非晶态、微非晶态、微晶与纳米晶与纳米 晶软磁合金晶软磁合金 第62页/共84页第六十二页，共84页。3.2 3.2 软磁材料软磁材料(cilio)(cilio)非晶态、非晶态、微晶与纳米微晶与纳米 晶软磁合金晶软磁合金 铁基非晶合金的种类：主要有Fe-B、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-Co-B-Si五个系列，以及添加Mn、Mo、Cr、Al、Nb元素合金化发展(fzhn)的新合金系列。用途：对应于硅钢和中镍含量的铁镍合金，主要用于功率器件如配电变压器、电力变压器、电动
50、机等。从使用的角度出发，性能特点：矫顽力低、磁导率高，电阻率是硅钢的三倍左右，铁损仅为取向硅钢的四分之一，为无取向硅钢的十分之一，激磁功率一般仅为取向硅钢的十分之一，对于节约能源具有相当重要的意义。不足之处在于饱和磁感应强度低于硅钢，带材较薄因而填充系数较低，存在退火脆化问题及成本偏高等。第63页/共84页第六十三页，共84页。3.2 3.2 软磁材料非晶态、微晶软磁材料非晶态、微晶(wi(wi jn)jn)与纳米与纳米 晶软磁合金晶软磁合金 钴基非晶态合金：主要包括Co-Fe、Co-Mn和Co-Fe-Ni。具有很高的磁导率、很低的矫顽力和损耗、良好的高频性能，适于制作电子变压器、磁记录头、磁