第三章 金属磁性材料(软磁).ppt

第三章 金属磁性材料(软磁) 上节内容回顾 本节主要内容 知识点 作业 上节内容回顾 1.1 原子的磁性 1.2 大块材料的磁性 1.3 交换作用与强磁性 1.4 强磁性形成条件及磁性的分类 1.5 磁性材料中的磁畴结构 1.6 多畴结构的成因 1.7 影响磁畴结构的因素 1.8 磁化过程 1.9 磁化过程的阻滞 本节主要内容 3.1 金属软磁材料 3.1.1 软磁材料的重要指标 3.1.2 纯铁和低碳钢 3.1.3 铁硅合金 3.1.4 镍铁合金 3.1.5 非晶态软磁合金 3.1.6 软磁合金应用举例 概 述 软磁材-soft?magnetic?material???具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等??。 软磁材料分类 ?①纯铁和低碳钢 ?②铁硅系合金 ③铁铝系合金? ④铁硅铝系合金 ⑤镍铁系合金 ⑥铁钴系合金 ⑦软磁铁氧体 ⑧非晶态软磁合金 ⑨超微晶软磁合金 金属磁性材料 金属和合金组成的金属磁性材料 金属氧化物组成的铁氧体磁性材料 金属磁性的内部原子结构包括:晶态和非晶态 金属磁性材料分为:软磁合金,硬磁合金,矩磁合金和压磁合金. 把矫顽力小于0.8kA/m的材料称为软磁合金，而把矫顽力大于0.8kA/m的材料称为硬磁合金。 3.1.1 软磁材料的重要指标 磁性材料的性能可以采用两类不同的参量来描述： 结构不灵敏量：饱和磁化强度Ms，居里温度Tc，饱和磁致伸缩系数λs，磁晶各向异性常数K1，K2，电阻率ρ，―材料的基本常数―由材料的成分所决定. 结构灵敏量：磁导率μ，矫顽力Hc，铁芯功率损耗P―由掺杂、晶粒取向、晶粒尺寸等“外部”因素决定. 3.1.1 软磁材料的重要指标 静态应用： 磁化曲线 饱和磁感应强度 磁导率（初始磁导率和最大磁导率） 动态应用： 高的饱和磁感应强度 磁导率 较低的能量损耗 交流应用中的能量损耗 磁滞损耗-软磁材料在交流下磁化时,每周期所损耗的部分能量可用磁滞回线的面积来衡量.P=K·A·f; P=C·f·Bm1.6. 涡流损耗-软磁材料在交流下磁化时,由于电阻率很低而产生的强大涡电流,最后以焦耳热的形式散失的能量损耗. 降低涡流损耗的途径 将软磁合金扎制成薄片,薄片之间保持良好的绝缘,,做成叠层铁心. 趋肤效应-铁片的厚度不能超过趋肤深度. 反常损耗-磁导率的变化,磁畴结构的变化导致局部磁通的变化, 而形成微观涡流损耗. 交流应用中的能量损耗 冷轧晶粒取向 硅钢在Bm=1.6T 时沿轧向的铁芯 损失随外加交变 场频率的变化 提高软磁合金磁性能的基本途径 提高初始磁导率 1.提高饱和磁化强度-Ms 2.降低各向异性常数K1及磁致伸缩系数λ-Keff 3.降低杂质或空泡含量-β、d 4.降低内应力-σ 5.增大晶粒尺寸-L 降低能量损耗 1.采用叠片铁芯使叠片与叠片之间有良好的绝缘性 2.提高材料本身的电阻率-ρ 3.减小叠片厚度 4.改善晶体取向 提高初始磁导率的表达式 提高饱和磁化强度Ms Ms主要由材料的成分决定，而所有软磁材料都含有铁，要想在很大程度上提高饱和磁化强度是不可能的。提高Ms不能作为改善磁性能的主要途径。 例如： 含镍量为79%左右的镍铁合金经特殊的热处理后，初始磁导率和最大磁导率可以比铁-硅合金高几倍至几百倍，但其Ms却只有后者的一半左右。 2、有效方法，使K1→0，λs→0 控制成分，使K1→0，λs→0，甚至同时为零。使磁导率大大提高。 控制有序相和无序相的比例。 控制配方 控制冷速 3、高温退火 将磁性材料加热到一定温度，保温一定时间，随后缓慢冷却到室温，得到接近平衡组织的热处理过程。 作用： 消除应力，改善金属和合金的内部组织结构。 退火过程中，材料结构变化分为两个阶段：恢复和再结晶 恢复——原子在晶粒范围内活动，晶格恢复完整，晶粒大小不变。 再结晶——在高温下，晶粒长大，材料应力进一步下降。 4、真空热处理 在真空气氛（乇以下）保护下进行高温退火，可消除材料的应力，并去除部分杂质，比普通退火好。 作用： 防止材料在热处理中氧化 防止在材料热处理中渗入杂质 在热处理中帮助去除杂质，特别是气态杂质 消除应力 缺点： 在真空气氛下，合金某些成分易挥发，使成分偏离 工艺复杂，成本高 5、氢气热处理 在H2气氛保护下进行高温退火 作用： 防止材料在热处理中氧化 防止在材料在热处理中渗入杂质 在热处理中去除杂质 消除应力 缺点： 要求氢气纯高，成本高 温度和氢气流量较难控制 3.1.2 纯铁和低碳钢 纯铁－纯度在99.8wt％以上的铁。 C、N、O和S杂质对纯铁影响最大，它们占据体心立方中铁原子间的