《现代功能材料》课件：003.pptx

1、主要内容：主要内容：l软磁材料l硬磁材料l磁记录材料 基本参数基本参数第三章磁性材料11000rHM0()BHMH磁导率磁导率 真空磁导率真空磁导率 0相对磁导率相对磁导率 r磁化率磁化率 磁化强度磁化强度M磁场强度磁场强度H磁感强度磁感强度B起始磁导率起始磁导率 i涡流损耗涡流损耗Pe基本参数基本参数磁晶各向异性常数磁晶各向异性常数K1第三章磁性材料基本参数基本参数饱和磁致伸缩系数饱和磁致伸缩系数s第三章磁性材料在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁材料引起尺寸或体积微小的变化，称为磁致伸缩。焦耳发现磁致伸缩效应Villari发现逆磁致伸缩效应立方和六方对称的磁致伸缩模式立方和六方对称的磁致伸

2、缩模式1.线磁致伸缩当磁体磁化时，伴有晶格的自发变形，即沿磁化方向伸长或缩短，称为线磁致伸缩。变化的数量级为10-510-6。体积几乎不发生变化。2.体积磁致伸缩磁体磁化状态改变时体积发生膨胀或收缩的现象。l在磁化未达到饱和状态时，主要是线磁致伸缩l饱和磁化以后，主要产生体积磁致伸缩l体积磁致伸缩很小，实际用途也很少，在测量和研究中很少考虑，所以一般磁致伸缩均指线磁致伸缩。磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数表示。在磁化过程中，磁体沿磁化方向单位长度上发生的长度变化称为线磁致伸缩系数，以表示。式中，l和l是磁体的原始长度及磁化后长度的改变。而在磁化过程中，磁体单位体积上发生的体积变化则称为体积磁致

3、伸缩系数，以表示。式中， v和v是磁体的原始体积及磁化后体积的改变。llvv因为磁致伸缩量极小，可由应变张量S的分量表示如i表示三个互相垂直方向的线磁致伸缩，则由于一般金属及合金的体积磁致伸缩系数很小，所以现在大量研究和应用的是线磁致伸缩系数，亦被称为磁致伸缩系数。112233SSSi 沿不同方向测量出的不同。一般情况下， 是指沿磁场方向的测量值。通常有纵向磁致伸缩系数（用表示）和横向磁致伸缩系数（用表示）。=(dl/l)(沿磁场方向测量值)=(dl/l)(垂直磁场方向测量值)是磁场和温度的函数。在一定温度下，随磁场强度增加而增大，达到饱和磁化时，达到一稳定的饱和值，称为饱和磁致伸缩系数，以s

4、表示，可正、可负。s正：铁磁化时，随磁化强度M的增加至饱和磁化强度Ms，沿磁化方向发生伸长。s负：镍磁化时，随磁化强度M的增加至饱和磁化强度Ms，沿磁化方向发生缩短。一般资料中的值即是指s。l对单晶体而言， s是一个各向异性的物理量。不同晶向的s值用100、 110、 111等表示。l材料的磁致伸缩系数不仅与化学成分有关，而且与材料的热处理状态有密切关系。这主要是因为磁畴分布、磁化过程与热处理有密切关系。l某些多晶体的-H曲线关系与M-H曲线关系类似。l铁的情况较复杂， 在某磁场强度值时会发生变号，也是磁致伸缩的各向异性所致。铁在弱及中等强度的磁场中时，100晶向的起主要作用，而在强磁场中，1

5、11晶向的起主要作用。磁致伸缩也有磁滞现象。当磁场由正到负循环变化一周时，可得到一条磁致伸缩系数回线。几种铁磁体磁致伸缩系数随磁场的变化几种铁磁体磁致伸缩系数随磁场的变化软磁材料软磁材料磁性材料磁性材料磁记录材料磁记录材料硬磁材料硬磁材料 磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金及铁氧体化合物材料。及铁氧体化合物材料。 磁性材料的基本参量：磁性材料的基本参量： 起始磁导率起始磁导率 i 、最大磁导率、最大磁导率 m、矫顽力、矫顽力H

6、 Hc、剩余磁感应强、剩余磁感应强度度B Br、最大磁能积、最大磁能积( (BHBH ) )m m等。等。 磁性材料的类别：磁性材料的类别：第三章磁性材料第一节软磁材料第一节软磁材料 软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料。软磁材料是电力和电子工业中的重要磁性材料。 一、软磁材料的特性一、软磁材料的特性 矫顽力低矫顽力低 一般为一般为H Hc c 0.8kA/m 0.8kA/m。 易磁化易磁化 在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小。在磁场中容易显示磁性，即使磁场强度较小。 易退磁易退磁 施加外磁场即显示磁性，去掉外磁场，则获得的磁性便会全部或施加外磁场即显示磁性，去掉外磁场，则获得的磁性便

7、会全部或大部分丧失。大部分丧失。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料软磁材料的软磁材料的磁滞回线磁滞回线BrO-HcHc-BrBHBs-Bs二、软磁材料的基本性能要求二、软磁材料的基本性能要求 贮能高：贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高。要求单位体积贮存的磁能量高。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Bs s或或B Br r。 灵敏度高：灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的 i i和和 mm。 效率高：效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗 和涡流损耗。和

8、涡流损耗。 磁性参量的要求：低的磁性参量的要求：低的H Hc c，高的，高的 。 回线矩形比高：回线矩形比高：保证噪音小，信号不失真等。保证噪音小，信号不失真等。 磁性参量的要求：高的磁性参量的要求：高的B Br r / / B Bs s 比值。比值。 稳定性好：稳定性好：要求磁性不随外界条件变化而改变，要求磁性不随外界条件变化而改变， 其变化率越小则稳定性越好。其变化率越小则稳定性越好。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料三、软磁材料的种类三、软磁材料的种类l 电工用纯铁电工用纯铁 含碳量含碳量w wc c 0.04%0.04%的铁碳合金，纯度在的铁碳合金，纯度在99.5%99.

9、5%以上。以上。 1 1、电工用纯铁的性能、电工用纯铁的性能（1 1）磁性能）磁性能 高的饱和磁感应强度，高的磁导率，低的矫顽力。高的饱和磁感应强度，高的磁导率，低的矫顽力。 i i300300500500 0 0， mm600060001200012000 0 0， H Hc c0.03980.03980.0955kA/m0.0955kA/m，B Bs s=2.16T=2.16T。（2 2）电性能）电性能电阻率很低，铁损很大。电阻率很低，铁损很大。 101010108 8 mm。（3 3）力学性能）力学性能 强度、硬度很低，塑性好。强度、硬度很低，塑性好。 b b27kgf/mm27kgf/

10、mm2 2，HBHB131131， 25%25%， 60%60%。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料电工用纯铁的磁性电工用纯铁的磁性磁性磁性等级等级牌号牌号Hc /Am-1不大于不大于 m /10-3Hm-1不小于不小于磁感应强度磁感应强度 /T，不小于，不小于B5B10B25B50B100普级普级高级高级特级特级超级超级DT3, DT4, DT5, DT6DT3A, DT4A, DT5A, DT6ADT4E, DT6EDT4C, DT6C967248327.508.7511.3015.001.401.501.621.711.80B B5 5、B B1010、B B2525、B

11、B5050和和B B100100分别表示分别表示H H 为为500500、10001000、25002500、50005000和和10000A/m10000A/m时时的磁感应强度值。的磁感应强度值。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法（1 1）杂质的影响）杂质的影响 杂质种类：杂质种类：C C、N N、O O、H H、S S、P P、MnMn、SiSi、AlAl、CuCu等。等。 其中其中C C的影响最为突出，使的影响最为突出，使MMs s降低，磁滞损耗增加，磁化困难。降低，磁滞损耗增加，磁

12、化困难。 改善方法：改善方法：严格控制冶炼与轧制过程，严格控制冶炼与轧制过程， 去除气体含量和有害杂质。去除气体含量和有害杂质。（2 2）晶粒大小的影响）晶粒大小的影响 晶粒大，有利于提高磁导率晶粒大，有利于提高磁导率 ，降低矫顽力，降低矫顽力H Hc c。 （3 3）塑性变形（冷加工）的影响）塑性变形（冷加工）的影响 冷加工使矫顽力冷加工使矫顽力H Hc c 增加，磁导率增加，磁导率 下降，使磁性能恶化。下降，使磁性能恶化。3 3、主要用途、主要用途 直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软

13、磁材料l 电工用硅钢片电工用硅钢片 在纯铁中加入在纯铁中加入1.01.0 4.0%Si4.0%Si的铁碳硅的铁碳硅合金。合金。 Si Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。 1 1、电工用硅钢片的种类、电工用硅钢片的种类 硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：热轧非织构（无取向）硅钢片热轧非织构（无取向）硅钢片电工用硅钢片电工用硅钢片冷轧非织构（无取向）硅钢片冷轧非织构（无取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧高斯织构（单取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片冷轧立方织构（双取向）硅钢片第三章

14、磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、SiSi对硅钢片性能的影响对硅钢片性能的影响 随随Si%Si%的增大：的增大： 磁化越容易磁化越容易 磁导率磁导率 增大增大 矫顽力矫顽力H Hc c 减小减小 电阻率电阻率 增大增大 磁各向异性减小磁各向异性减小 磁致伸缩效应降低磁致伸缩效应降低 脆性增大，加工性能差脆性增大，加工性能差 综合考虑： Si% 4%小提示：小提示：磁致伸缩磁致伸缩是当铁磁体是当铁磁体磁化时，伴有晶格的自磁化时，伴有晶格的自发变形，即沿磁化方向发变形，即沿磁化方向长度伸长或缩短。长度伸长或缩短。磁滞损耗降低磁滞损耗降低涡流损耗降低涡流损耗降低第三章 磁性材料3.1

15、 3.1 软磁材料软磁材料 3 3、高斯织构硅钢片、高斯织构硅钢片 结构特点：结构特点： 易磁化方向易磁化方向001001与轧制方向平行与轧制方向平行 难磁化方向难磁化方向111111与轧制方向成与轧制方向成5555 角角 中等磁化方向中等磁化方向110110与轧制方向成与轧制方向成9090 角角 高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿(轧制方向轧制方向) )磁性能最佳。磁性能最佳。 4 4、立方织构硅钢片、立方织构硅钢片 结构特点：结构特点： (100)(100)面与轧制面平行面与轧制面平行 易磁化方向易磁化方向001001、010010，100100分别分别 平行

16、和垂直轧制方向平行和垂直轧制方向 中等磁化方向中等磁化方向011011与轧制方向成与轧制方向成4545 角角 难磁化方向难磁化方向111111偏离磁化平面偏离磁化平面 立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性。立方织构硅钢片沿轧向和垂直轧向均具有良好的磁性。轧制方向轧制方向001111110横向横向55 轧制方向轧制方向00111101145 （100）轧制面轧制面010100第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构高斯织构立方织构立方织构轧制方向轧制方向垂直轧制方向垂直轧制方向轧制方向轧制方向垂直轧制方向垂

17、直轧制方向 m / 0Hc /79.6A/mBr /10-4TBm /10-4TP1.5 /W/kg550000.089500163000.8880000.271750110002.241160000.0712200166000.85650000.0811500160001.0铁损铁损P P 下标代表磁感应强度的下标代表磁感应强度的kTkT数，如数，如P P1.5 1.5 就代表就代表B B1.5kT1.5kT时单位重量的铁损。时单位重量的铁损。 第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料5 5、主要用途、主要用途 电力工业中的铁芯材料电力工业中的铁芯材料 各种电动机、发电机、变压器的铁

18、芯。可采用无取向的硅钢片。各种电动机、发电机、变压器的铁芯。可采用无取向的硅钢片。 电讯工业中的铁芯材料电讯工业中的铁芯材料一般在较高频率的弱磁场中使用。一般在较高频率的弱磁场中使用。 仪器仪表工业中的电磁元件仪器仪表工业中的电磁元件扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件。扼流圈、电磁机构、继电器、测量仪表中的电磁元件。主要应用：主要应用： 电动机、发电机、变压器的铁芯。电动机、发电机、变压器的铁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁镍合金（坡莫合金，铁镍合金（坡莫合金，PermalloyPermalloy ) 含镍含镍3030 90%90%的铁镍的铁镍合金。合金。

19、 合金牌号的表示方法方法： 1 J 举例：1 J 79 1 1、铁镍合金的特点、铁镍合金的特点 在中、弱磁场下具有高的在中、弱磁场下具有高的 、低的、低的B Bs s 、很低的、很低的H Hc c 和低的损耗。和低的损耗。 随随NiNi含量的升高，磁导率含量的升高，磁导率( ( ) )增大。增大。 磁滞磁滞回线的矩形比回线的矩形比( (B Br r/ /B Bs s) )高。高。 塑性和加工性能良好。塑性和加工性能良好。 工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定。工艺参数变动对磁性能影响较大，产品性能不够稳定。软磁软磁合金代号的序号，表示合金中的镍含量合金代号的序号，表示合金中的镍含量第

20、三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、铁镍合金的种类及应用、铁镍合金的种类及应用（1 1）1J501J50类类特点：特点：含镍量含镍量363650%50%。具有较低的磁导率、较高的饱和磁感应强。具有较低的磁导率、较高的饱和磁感应强度、较大的矫顽力。热处理时适当提高温度，延长时间，可降低矫顽度、较大的矫顽力。热处理时适当提高温度，延长时间，可降低矫顽力，提高磁导率。力，提高磁导率。 牌号：牌号：1J461J46、1J501J50、1J541J54应用：应用：中等强度磁场下工作的磁性器件，如中小功率变压器、微电中等强度磁场下工作的磁性器件，如中小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈

21、的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等。机、继电器、扼流圈的铁芯、屏蔽罩、话筒振动片等。（2 2）1J511J51类类特点：特点：含镍含镍343450%50%。磁滞回线矩形比高，在中等磁场下有较高的。磁滞回线矩形比高，在中等磁场下有较高的磁导率和饱和磁感应强度。经过纵向磁场热处理可使材料沿磁路方向磁导率和饱和磁感应强度。经过纵向磁场热处理可使材料沿磁路方向的最大磁导率的最大磁导率 m m及矩形比及矩形比B Br r/ /B Bs s增加，矫顽力降低。增加，矫顽力降低。牌号：牌号：1J511J51、1J521J52、1J341J34应用：应用：中小功率磁放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件。中小功率磁

22、放大器、磁调制器、脉冲变压器，计算机元件。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料（3 3）1J651J65类类特点：特点：含镍量含镍量65%65%。具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回。具有高的最大磁导率、低的矫顽力、磁滞回线矩形比高线矩形比高( (B Br r/ /B Bs s达达0.98)0.98)。经纵向磁场热处理可以改善磁性能。经纵向磁场热处理可以改善磁性能。牌号：牌号：1J651J65、1J671J67应用：应用：中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等。中等功率磁放大器、扼流圈、继电器的铁芯等。（4 4）1J791J79类类特点：特点：含含79%Ni79%Ni、4%Mo

23、4%Mo及少量及少量MnMn。在弱磁场下具有极高的最大磁导。在弱磁场下具有极高的最大磁导率，低的饱和磁感应强度。率，低的饱和磁感应强度。牌号：牌号：1J761J76、1J791J79、1J801J80、1J831J83应用：应用：弱磁场下的高灵敏度小型功率变压器、小功率磁放大器、继弱磁场下的高灵敏度小型功率变压器、小功率磁放大器、继电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等。电器的铁芯，录音磁头和磁屏蔽等。（5 5）1J851J85类类特点：特点：含镍含镍797981%81%。具有最高的起始磁导率、很高的最大磁导率、。具有最高的起始磁导率、很高的最大磁导率、极低的矫顽力。对微弱信号反应极灵敏。极低的矫顽力

24、。对微弱信号反应极灵敏。牌号：牌号：1J851J85、1J861J86、1J871J87应用：应用：弱磁场下的扼流圈、音频变压器、高精度电桥变压器、互感弱磁场下的扼流圈、音频变压器、高精度电桥变压器、互感器、录音机磁头的铁芯等。器、录音机磁头的铁芯等。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料铁镍合金的类别、特性及主要用途铁镍合金的类别、特性及主要用途类别类别典型牌号典型牌号特性特性主要用途主要用途高矩形系数高矩形系数1J511J521J53矩形系数高，矩形系数高，Bs较高，较高， m较高较高中、小功率的脉冲变压中、小功率的脉冲变压器和记忆元件器和记忆元件高磁感应强度高磁感应强度1J50

25、1J461J54非取向材料，具有较高的非取向材料，具有较高的Bs和和Hc值值中、小功率变压器，扼中、小功率变压器，扼流圈，继电器以及控制流圈，继电器以及控制微电机铁芯微电机铁芯高磁导率高磁导率1J791J801J831J76较高的较高的 i和和 m值值，较低的较低的Bs和和Hc值值弱磁场下的各类小功率弱磁场下的各类小功率变压器，继电器，扼流变压器，继电器，扼流圈的铁芯，磁头和磁屏圈的铁芯，磁头和磁屏蔽等蔽等高直流磁导率高直流磁导率1J651J67具有最高的直流磁导率和具有最高的直流磁导率和矩形磁滞回线矩形磁滞回线扼流圈和计算机元件，扼流圈和计算机元件，因电阻率低，不宜用于因电阻率低，不宜用于高

26、频高频高起始磁导率高起始磁导率1J851J861J77很高的很高的 i和和 m，极低的，极低的Hc和和损耗损耗扼流圈，音频变压器的扼流圈，音频变压器的铁芯，磁头等铁芯，磁头等第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁铝合金铁铝合金 以铁和铝（约以铁和铝（约6 616%16%）为主要元素组成的软磁合金。）为主要元素组成的软磁合金。1 1、铁铝合金的特点、铁铝合金的特点 电阻率较高，因此高频磁特性较好。电阻率较高，因此高频磁特性较好。 例如例如1J161J16的电阻率是目前所有软磁金属材料中最高的一种，达到的电阻率是目前所有软磁金属材料中最高的一种，达到150150cmcm，为，为1J

27、791J79铁镍合金的铁镍合金的2 23 3倍。倍。 硬度、强度和耐磨性较高。硬度、强度和耐磨性较高。 例如例如1J161J16的硬度和耐磨性比的硬度和耐磨性比1J791J79合金高，适用于磁头等磁性器件。合金高，适用于磁头等磁性器件。 密度较低。密度较低。 可以减轻磁性元件的铁芯质量。可以减轻磁性元件的铁芯质量。 对应力敏感性小。对应力敏感性小。 适于在冲击、振动等环境下工作。适于在冲击、振动等环境下工作。 合金的时效性良好。合金的时效性良好。 随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁

28、材料 2 2、铁铝合金的主要应用、铁铝合金的主要应用铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似，铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似，同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途牌号牌号铝含量铝含量 /%特点特点主要用途主要用途1J65.56.0在铁铝合金中在铁铝合金中Bs最高，磁性能不最高，磁性能不如硅钢片，但有较好的耐蚀性如硅钢

29、片，但有较好的耐蚀性微电机的铁芯等微电机的铁芯等1J1211.612.4 和和Bs值介于值介于1J6和和1J16之间，与之间，与1J50属同类型合金，具有高电阻属同类型合金，具有高电阻率、抗应力、耐辐射等特性率、抗应力、耐辐射等特性控制微电机、中功率音频控制微电机、中功率音频变压器，脉冲变压器，继变压器，脉冲变压器，继电器等铁芯电器等铁芯1J1312.814.0与纯镍相比，与纯镍相比，Bs高，高，Hc小，但抗小，但抗蚀性稍差蚀性稍差水声器件和超声器件水声器件和超声器件1J1615.516.3在铁铝合金中，在铁铝合金中， 最大，最大，Hc最小，最小，但但Bs值不高值不高弱磁场下工作的小功率变弱磁

30、场下工作的小功率变压器，互感器，磁屏蔽压器，互感器，磁屏蔽第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 铁钴合金铁钴合金 牌号为牌号为1J221J22的铁钴合金（含钴的铁钴合金（含钴50%50%，含钒，含钒1.41.41.8%1.8%，余为铁），又，余为铁），又称为坡明德（称为坡明德（PremendurPremendur）合金。）合金。 1J221J22铁钴合金的特点及用途铁钴合金的特点及用途 饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料。饱和磁感应强度最高，超过目前任何已知的软磁材料。 适合制做重量轻、体积小的空间技术器件适合制做重量轻、体积小的空间技术器件( (如微电机、电磁铁、继

31、如微电机、电磁铁、继电器等电器等) )。 很高的居里温度（很高的居里温度（980980 C C）。 在其他软磁材料已完全热退磁的温度下，仍能保持良好的磁稳定在其他软磁材料已完全热退磁的温度下，仍能保持良好的磁稳定性，适于高温环境工作。性，适于高温环境工作。 很高的饱和磁致伸缩系数。很高的饱和磁致伸缩系数。 1J221J22制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量。制造的磁致伸缩换能器能够输出高的能量。 电阻率电阻率(0.4(0.4m m ) )低，加工性差，容易氧化，价格昂贵。低，加工性差，容易氧化，价格昂贵。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 软磁铁氧体软磁铁氧体铁氧体是将铁的氧

32、化物铁氧体是将铁的氧化物( (如如FeFe2 2O O3 3) )与其他某些金属氧化物用特殊工艺与其他某些金属氧化物用特殊工艺制成的复合氧化物，呈亚铁磁性。制成的复合氧化物，呈亚铁磁性。 最典型的软磁铁氧体：最典型的软磁铁氧体：以三价铁为基本组成的复合氧化物系列。以三价铁为基本组成的复合氧化物系列。举例：举例：MFeMFe2 2O O4 4、M M3 3FeFe2 2O O5 5、MFeOMFeO3 3、MFeMFe1212O O1919( (分子式中分子式中M M为某些金属离子为某些金属离子) ) 1 1、软磁铁氧体的特点、软磁铁氧体的特点（与金属软磁材料相比）（与金属软磁材料相比） 磁导率

33、与磁化率之比很大，电阻率高（达磁导率与磁化率之比很大，电阻率高（达10102 210101212 m m） 涡流损耗小，介质损耗小。涡流损耗小，介质损耗小。 起始磁导率和磁感应强度较低。起始磁导率和磁感应强度较低。 饱和磁感应强度只有纯铁的饱和磁感应强度只有纯铁的1/51/51/31/3，单位体积储能较低。，单位体积储能较低。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料 2 2、常用软磁铁氧体材料及应用、常用软磁铁氧体材料及应用（1 1）锰锌铁氧体（）锰锌铁氧体（MnOZnOFeMnOZnOFe2 2O O3 3） 特点：特点：尖晶石型结构，晶粒粗大，结构紧密，常呈黑色。尖晶石型结构，晶粒

34、粗大，结构紧密，常呈黑色。 i值较大值较大。 随随ZnZn2+2+含量增加，含量增加，M Ms s增大，增大，K K1 1、 s s值减小，居里温度（值减小，居里温度（T Tc c）下降。）下降。 增加增加FeFe2 2O O3 3含量，使含量，使B Bs s值增大，值增大，T Tc c升高。升高。 应用：应用：制作制作1MHz1MHz以下的磁性元件，如滤波器、中频变压器、偏转线圈、以下的磁性元件，如滤波器、中频变压器、偏转线圈、中波磁性天线等的磁芯。中波磁性天线等的磁芯。 （2 2）镍锌铁氧体（）镍锌铁氧体（NiOZnOFeNiOZnOFe2 2O O3 3） 特点：特点：晶粒细小，常呈棕色

35、。价格高。晶粒细小，常呈棕色。价格高。 i值较低，低频下损耗大；值较低，低频下损耗大； m m值较大，高频时损耗小，为优良的高频值较大，高频时损耗小，为优良的高频软磁铁氧体材料。软磁铁氧体材料。 应用：应用：调频器磁芯，高、中频电感线圈、滤波线圈，脉冲变压器、磁调频器磁芯，高、中频电感线圈、滤波线圈，脉冲变压器、磁放大器、高频天线中的磁芯。放大器、高频天线中的磁芯。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料尖晶石型结构l通式AB2O4型，是离子晶体中的一个大类。等轴晶系。A为二价阳离子，如Mg2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+，Zn2+，Cd2+等；B为三价阳离子，如Al3+，

36、Fe3+，Co3+，Cr3+，Ga3+等。结构中O2-离子作立方紧密堆积，其中A离子填充在四面体空隙中，B离子在八面体空隙中，即A2+离子为4配位，而B3+为6配位。（3 3）镁锌铁氧体）镁锌铁氧体 特点：特点：饱和磁矩低，高频特性不如镍锌铁氧体，低频特性不如锰锌铁饱和磁矩低，高频特性不如镍锌铁氧体，低频特性不如锰锌铁氧体。但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单。氧体。但原料中不有贵重金属，价格便宜，工艺制造简单。 应用：应用：适用于适用于25MHz25MHz以下的范围内使用的高频磁性器件。以下的范围内使用的高频磁性器件。（4 4）锂锌铁氧体）锂锌铁氧体 特点：特点：损耗较大，居里温度高

37、，磁导率较高，价格便宜。但锂在高温损耗较大，居里温度高，磁导率较高，价格便宜。但锂在高温下挥发严重，因此工艺稳定性差。下挥发严重，因此工艺稳定性差。 应用：应用：适用于适用于1010100 MHz100 MHz高频范围内的磁性器件。高频范围内的磁性器件。（5 5）甚高频软磁铁氧体）甚高频软磁铁氧体 特点：特点：具有较大的单轴各向异性和较高的自振频率，磁特性比镍锌铁具有较大的单轴各向异性和较高的自振频率，磁特性比镍锌铁氧体好。一般化学式为氧体好。一般化学式为nMOMOmBaOBaOpFeFe2 2O O3 3( (其中其中M M代表代表CoCo2+2+、NiNi2+2+、MgMg2+2+、ZnZ

38、n2+2+、CuCu2+2+等离子等离子) )。 应用：应用：适用于适用于1001002000 MHz2000 MHz范围的超高频和甚高频下工作的器件。范围的超高频和甚高频下工作的器件。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料l 非晶态软磁合金非晶态软磁合金非晶态软磁合金的矫顽力和饱和磁化强度与铁镍合金基本相同，而非晶态软磁合金的矫顽力和饱和磁化强度与铁镍合金基本相同，而比电阻高，交流损耗很小，制造工艺简单，成本较低，同时具有高强度，比电阻高，交流损耗很小，制造工艺简单，成本较低，同时具有高强度，耐腐蚀等优点。耐腐蚀等优点。1 1、非晶态软磁合金的成分特点及主要种类、非晶态软磁合金的成

39、分特点及主要种类（1 1）铁基非晶态软磁合金）铁基非晶态软磁合金 B Bs s较高，损耗值较取向硅钢片低很多，适用于功率变压器等。较高，损耗值较取向硅钢片低很多，适用于功率变压器等。 用于变压器铁芯，有望获得可观的节电效益，但由于目前制造成本高，用于变压器铁芯，有望获得可观的节电效益，但由于目前制造成本高，使用上受到限制。使用上受到限制。（2 2）钴基非晶态软磁合金）钴基非晶态软磁合金 B Bs s较低，较低， i 很高，很高，H Hc c很小，交流损耗低。适用于传递小功率能量及传很小，交流损耗低。适用于传递小功率能量及传递电压信号的磁性元件。递电压信号的磁性元件。 具有零磁致伸缩特性，适合于

40、制做磁头。具有零磁致伸缩特性，适合于制做磁头。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料（3 3）铁镍基非晶态软磁合金）铁镍基非晶态软磁合金 B Bs s和和 i 介于铁基和钴基非晶态合金之间，可用于传递中等功率及中等介于铁基和钴基非晶态合金之间，可用于传递中等功率及中等强度电压信号的变压器中。强度电压信号的变压器中。 2 2、非晶态软磁合金的应用、非晶态软磁合金的应用 高磁感合金用作功率器件高磁感合金用作功率器件 电子工业中的配电变压器、高频开关电源等。电子工业中的配电变压器、高频开关电源等。 零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功率器件。零磁致伸缩高磁导合金用作信息敏感器件或小功

41、率器件。 无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等。无线电工业和仪器仪表工业中的磁头、磁屏蔽和漏电保护器等。 高梯度磁分离技术中的磁介质，磁弹簧和磁弹传感器，微电机、高梯度磁分离技术中的磁介质，磁弹簧和磁弹传感器，微电机、磁放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等。磁放大器、磁调制器、脉冲变压器铁芯，超声延迟线等。第三章 磁性材料3.1 3.1 软磁材料软磁材料HBBr-HcO硬磁材料的退磁曲线硬磁材料的退磁曲线第二节硬磁材料第二节硬磁材料 硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持较强磁性的一类

42、铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料。较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料。一、硬磁材料的基本性能要求一、硬磁材料的基本性能要求 最大磁能积最大磁能积( (BHBH ) )m m大大 可在给定的空间产生足够大的磁场可在给定的空间产生足够大的磁场H。 决定决定( (BHBH ) )m m大小的两个因素：大小的两个因素： H Hc c和和B Br r： H Hc c和和B Br r越大，越大， ( (BH BH ) )mm则越大。则越大。 退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显 著，著， ( (BH BH ) )mm则越大。则越大。 磁稳定性好磁稳定性好 要求磁

43、铁产生的磁场不随时间、应力、温要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或变化很小。变化很小。 第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料二、硬磁材料的种类及应用二、硬磁材料的种类及应用 l 铝镍钴永磁合金铝镍钴永磁合金1 1、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点、铝镍钴永磁合金的成分和性能特点 主成分主成分FeFe、NiNi、AlAl，辅成分，辅成分CoCo、CuCu、TiTi FeFe、AlAl、NiNi构成合金主体，构成合金主体，CoCo、CuCu、TiTi进一步提升合金性能。进一步提升合金性能。 高的磁能积，高的剩磁，

44、较高的矫顽力高的磁能积，高的剩磁，较高的矫顽力 ( (BH BH ) )mm 404070kJ/m70kJ/m3 3；B Br r0.70.71.35T1.35T；H Hc c404060kA/m60kA/m。 硬而脆，难于加工硬而脆，难于加工 成型方法：铸造、粉末烧结。成型方法：铸造、粉末烧结。 2 2、铝镍钴永磁合金的主要合金系列、铝镍钴永磁合金的主要合金系列铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列。铝镍型、铝镍钴型、铝镍钴钛型等三个系列。 典型牌号：典型牌号：AlNiCoAlNiCo5 5 3 3、铝镍钴永磁合金的主要应用、铝镍钴永磁合金的主要应用在对稳定性有高要求的应用中，铝镍钴系永磁合

45、金是最佳选择。在对稳定性有高要求的应用中，铝镍钴系永磁合金是最佳选择。电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体。电机器件：发电机、电动机、继电器等中的磁体。电子器件：扬声器、电话机等中的磁体。电子器件：扬声器、电话机等中的磁体。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料l 稀土永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料的主要成分是由稀土元素与稀土永磁材料的主要成分是由稀土元素与FeFe、CoCo、CuCu、ZnZn等过渡金等过渡金属或属或B B、C C、N N等非金属元素组成的金属间化合物。其等非金属元素组成的金属间化合物。其( (BHBH) )maxmax最高。最高。 稀土永磁材料的发展：稀土

46、永磁材料的发展：自自2020世纪世纪6060年代起至今，稀土永磁材料历经四个阶段的发展，前三年代起至今，稀土永磁材料历经四个阶段的发展，前三个时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段。个时期研究和开发的材料已得到广泛应用，当前研究处于第四阶段。第一代材料：第一代材料：RCoRCo5 5型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为1:51:5 典型材料：典型材料：SmCoSmCo5 5，(Sm, Pr) Co(Sm, Pr) Co5 5第二代材料：第二代材料：R R2 2CoCo1717型：型：金属化合物的组成为金属化合物的组成为2:172:17 典型材料：典型材料：SmSm2

47、2CoCo1717，SmSm2 2(Co,Cu,Fe,Zr)(Co,Cu,Fe,Zr)1717第三代材料：第三代材料：Nd-Fe-BNd-Fe-B系系 典型材料：典型材料：NdNd2 2FeFe1414B B第四代材料：第四代材料：R-Fe-NR-Fe-N系、系、R-Fe-CR-Fe-C系系 典型材料：典型材料：SmSm2 2FeFe1717NN3 3第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料 1 1、稀土钴系永磁合金、稀土钴系永磁合金（1 1）RCoRCo5 5型合金型合金合金种类：合金种类：SmCoSmCo5 5、PrCoPrCo5 5、(SmPr)Co(SmPr)Co5 5。 典型

48、牌号：典型牌号：SmCoSmCo5 5。CaCuCaCu5 5型六方结构。型六方结构。磁性能特点：磁性能特点：适中的饱和磁化强度（适中的饱和磁化强度（M Ms s0.97T0.97T），），极高的磁晶各向异性（极高的磁晶各向异性（K K1 117.2MJ/m17.2MJ/m3 3）。）。其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：其他磁性参量（经高场取向和等静压处理）：B Br r1.01.01.07T1.07T，( (BH BH ) )maxmax1.991.992.332.3310103 3kJ/mkJ/m3 3，B BH Hc c0.780.780.850.8510106 6A/mA/m（B

49、 B0 0，即矫顽力），即矫顽力），M MH Hc c1.271.271.591.5910106 6A/mA/m（M M0 0，内禀矫顽力、本质矫顽力）。，内禀矫顽力、本质矫顽力）。缺点：缺点：SmSm、PrPr、CoCo昂贵，导致合金高的价格。昂贵，导致合金高的价格。改进措施：改进措施：元素取代。以廉价的混合稀土（元素取代。以廉价的混合稀土（MmMm）全部或部分取代）全部或部分取代SmSm、 PrPr；以；以FeFe、CrCr、MnMn、CuCu等部分取代等部分取代CoCo。 例如：例如：MmCoMmCo5 5、(CeSm)(Cu,Fe,Co)(CeSm)(Cu,Fe,Co)5 5、SmSm

50、0.50.5MmMm0.50.5CoCo5 5。第三章 磁性材料3.2 3.2 硬磁材料硬磁材料使磁体的剩余磁化强度使磁体的剩余磁化强度MrMr降为零所需施加的反降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。内禀矫向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度表示材料中的磁化强度M M退到零的矫顽力。区别退到零的矫顽力。区别于矫顽力，当反向磁场于矫顽力，当反向磁场H= H= BcBc时，虽然磁体的磁时，虽然磁体的磁感应强度感应强度B B为为0 0，磁体对外不显示磁通，但磁体，磁体对外不显示磁通，