磁性功能材料课件.ppt

3. 2 软磁材料－非晶态、微晶与纳米 晶软磁合金 3. 1 磁学基础－磁性材料分类 主要磁性材料分类 3. 2 软磁材料 用途：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。 3. 2 软磁材料－铁芯材料 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、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导体；电话机的振动膜；电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。 3. 2 软磁材料－非晶态、微晶与纳米 晶软磁合金 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860～930℃，保温4小时后随炉冷却。 去除杂质处理：纯铁中的杂质（ C，Mn，Si，P，S，N等）会显著降低材料的磁导率和矫顽力。通过去杂质退火处理来降低材料中杂质的含量。在纯干燥氢气或真空(10-2帕以下)中，于1200～1300℃温度保温5～10小时。 3. 2 软磁材料－铁芯材料 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 3. 2 软磁材料－铁芯材料 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100小时的人工时效处理。或选择低时效敏感性的材料。 纯铁的自然磁时效现象：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。 3. 2 软磁材料－铁芯材料 （二）电工硅钢片（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、磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数含Si量的增大会使材料变脆。 电工硅钢片中Si的含量在0.5～4.8%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50～400Hz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； 3. 2 软磁材料－铁芯材料 与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至0.02～0.05mm。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 3. 2 软磁材料－铁芯材料 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，晶体的(110)面与轧制平面平行，易磁化的[001]轴在轧制方向上。垂直于轧制方向的是难磁化的[110]轴。最难磁化的[111]轴与轧制方向成54.79角。 冷轧单取向硅钢的晶粒取向 3. 2 软磁材料－铁芯材料 单取向硅钢的优点：磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有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。 织构取向度的影响：取向度<7o 加微量Al等、形成AlN,可使范围减小，取向度<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（800～850℃，保温5～15min），恢复材料磁性 3. 2 软磁材料－铁芯材料 纯铁中加入钴后，Bs明显提高，含钴35%的铁钴合金的Bs达2.45