材料性能与测试第十章材料的磁性能详解.ppt

大多数铁磁材料(包括亚铁磁体)都是在磁路中起传导磁通的作用，即作为通常所说的“铁芯”或“磁芯”。例如，电机和电力变压器使用的铁芯材料在工频范围工作，是一个交流磁化过程。磁性材料在交变磁场，甚至脉冲磁场作用下的性能统称磁性材料的动态特性。这种材料用量大，又常工作在高磁通密度的条件下，因此工程上必须考虑节能指标，而消耗的电能一大部分是铁芯的损耗，称为“铁耗”。能量损耗会引起磁芯品质因子Q值的降低。因此，在高频条件下工作的磁芯材料也必须考虑磁芯的高频损耗问题 制造低频大功率水声发射换能器(声纳)的关键材料是稀土超磁致伸缩材料。 和压电陶瓷材料PZT相比，稀土超磁致伸缩材料优点：磁致伸缩应变λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 N i和 Ni－Co合金高400~800倍，比PZT材料高14~30倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－Fe的棒材，伸缩产生约200公斤的推力：能量转换效率高达70％，而 Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40~60％；响应时间百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在低频率（几十至1000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。 5、复合材料 磁粉＋基体；基体是聚合物如橡胶、树脂或者低熔点金属合金，树脂粘结型占主导，比烧结磁体发展快，加工好，尺度精度高，韧性好，成本低；表面包覆处理提高磁粉的抗氧化性； 粘结Nd-Fe-B 特磁材料：利用磁效应的一类材料。 磁效应：物质的磁性和磁场会影响到物质其他物理性质的变化，同时，物质其他性质的变化也会引起物质磁性的变化； 磁力效应：磁致伸缩效应magnetostriction 磁电效应：磁致电阻，无磁高阻 磁热效应：巨磁熵变材料掺Fe的Gd5（Si2Ge2），在室温区具有巨大的磁热效应，超过金属Gd。MnFeAsP、NiMnGa等等。磁制冷 磁光效应：磁场下改变光波偏振态; 6、特磁材料 磁 阻 磁存储 磁致伸缩 日常使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105℃的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。 其它应用 * §10.4 材料的动态磁性能 § 10.4.1 交流磁化过程 b、一定频率下，交流副值磁场强度减少时，交流回线逐渐趋于椭圆形状； c、当频率升高时，椭圆回线的范围扩大，且矩形比升高 静态过程只关心材料在稳恒状态下的磁感应强度B对磁场H的关系，交流磁化下，由于外加磁场周期性变化，所以磁感应强度也跟着周期性变化，变化一周构成一曲线称为交流磁滞回线； 有以下特点：首先，材料在静磁场中的磁导率是一常数，但在交变磁场中存在磁滞效应、涡流效应、磁后效应和畴壁共振等，使材料在交变磁场中的磁感应强度落后于外加磁场一个相位角．因而交变（动态）磁化时的磁导率为一复数。其次，各向同性的铁磁材料在交变磁场(尤其是高频场）中，往往处于交变磁场和交变电场的同时作用下，而铁磁材料往往又是电介质(如铁氧体)，因而处在交变电磁场中的铁磁材料常常同时显示其铁磁性和介电性。 a、回线形状除与H有关外，和磁场变化频率f和波形有关； 在交流磁化过程中，不同的交流幅值磁场强度Hm，可有不同的交流回线，各交流回线顶点的轨迹，称为交流磁化曲线或简称Bm-Hm曲线，Bm称为幅值磁感应强度。交流幅值磁场强度达到饱和磁场强度Hs时，Bm不再随Hm明显变化，Bm-Hm关系呈现为一条趋于平直的可逆曲线，交流回线的面积不再随Hm变化，这时的回线，称为极限交流回线。由极限交流回线，可确定材料的饱和磁感应强度Bs，交流剩余磁感应强度Ｂra，交流饱和矫顽力Hcs。 § 10.4.2 交变磁场下能量损耗 铁芯在不可逆交变磁场中所消耗的能量叫铁芯损耗，简称铁损；包括磁滞损耗W1、涡流损耗W2、剩余损耗W3; 一、涡流损耗和趋肤效应(W2) 交变磁化时会产生感应电动势，产生涡电流，大小和材料的电阻率成反比；eddy-current loss；因此金属的涡流比铁氧体严重，磁畴壁出现微观的涡流，电流流动产生与外磁场磁通方向相反的磁通，越到材料内部这种反向越明显，使得磁感应强度和磁场强度沿样品界面严重不均匀；好像材料内部的磁感应强度被排斥到表面，趋肤效应；因此金属软磁材料一般轧成薄带，减少涡流趋肤效应； 当外磁场的振幅不大(磁化基本上为可逆)时，得到在原点附近具有正负对称变化的磁滞