磁性材料第二章.ppt

第一页，共三十五页，2022年，8月28日 *主要的软磁材料： （1）合金－－如硅钢（Fe-Si）、坡莫合金（Fe-Ni）、仙台斯特合金（Fe-Si-Al）； （2）软磁铁氧体－－Mn-Zn系、Ni-Zn系、Mg-Zn系等； （3）非晶态、纳米晶、薄膜等。 *发展史： （1）铁氧体问世之前，金属软磁材料垄断了电力、电子、通信各领域。优点：其MS远高于铁氧体，因此电力工业中的变压器、电机等至今仍是Fe-Si合金材料。缺点：涡流损耗限制了其在高频段的应用。 （2）20世纪40年代开始，软磁铁氧体由实验室走向工业生产。 50年代至90年代，铁氧体在软磁行业中独占鳌头。 第二页，共三十五页，2022年，8月28日 （3）1970年，Fe-Ni-B非晶态合金研制成功， 1988年，Fe-Ni-B-Nb-Cu纳米微晶软磁材料问世， 90年代后，非晶与纳米微晶金属软磁材料逐步成为软磁铁 氧体的新的竞争对手。 优点：性能上远优于铁氧体；缺点：性价比上尚处于劣势。 2.1 衡量软磁材料的重要指标 1、起始磁导率 第三页，共三十五页，2022年，8月28日 主要因素： 基本上不随加工条件和应用情况变化。 次要因素： 会随加工条件和应用情况而变化。 2、矫顽力HC 量级：10-1A/m~ 102A/m *材料内部应力起伏和杂质的含量与分布是影响HC的主要因素。 *降低HC的方法与提高?i的方法相一致。 3、饱和磁感应强度MS *高的MS ? 高的?i值；节省资源，实现器件的小型化 *提高MS的方法：选择适当的配方成分，但实际上MS值一般不可能有很大的变动。 第四页，共三十五页，2022年，8月28日 4、磁损耗 *软磁材料多用于交流磁场，因此动态磁化造成的磁损耗不可忽视。 5、稳定性 *高稳定性是指磁导率的温度稳定性要高，减落要小，随时间的老化要尽可能地小，以保证其长寿命工作于太空、海底、地下和其他恶劣环境。 *影响软磁材料稳定工作的因素： 低温、潮湿、电磁场、机械负荷、电离辐射等 第五页，共三十五页，2022年，8月28日 2.2 提高起始磁导率的途径 必要条件：提高MS并降低K1、?S的值 充分条件：降低杂质浓度，提高密度，增大晶粒尺寸，结构均匀化，消除内应力和气孔的影响。 1、提高MS *选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。 *选择配方时更要考虑K1、?S对?i的作用。 *例：CoFe2O4、Fe3O4的MS虽然较高，但其K1和?S值太大，因而不宜作为配方的基本成分。 第六页，共三十五页，2022年，8月28日 2、降低K1和?S *提高?i 的最有效方法?从配方和工艺上使K1 ? 0、?S ?0 *铁氧体软磁材料：配方时选择K1和?S很小的基本成分，如MnFe2O4、MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4等。然后再采用正负K1、?S补偿或添加非磁性金属离子冲淡磁性离子间的耦合作用。 *例：Fe-Ni合金?质量分数?Ni?81%时，?S?0；?Ni?76%时， K1?0；?Ni?78.5%Fe-Ni合金经过热处理后，?i可达104 *选择适当合金成分和热处理条件可以控制K1和?S在较低值 第七页，共三十五页，2022年，8月28日 3、改善材料的显微结构 *材料的显微结构是指结晶状态(晶粒大小、完整性、均匀性、织构等)、晶界状态、杂质和气孔的大小与分布等。 *杂质、气孔的含量与分布是影响?i的重要因素。 降低杂质、气孔的方法：原材料、烧结温度及热处理条件的选择 *平均晶粒尺寸对?i的影响很大，晶粒尺寸增大，晶界对畴壁位移的阻滞作用减小，?i升高。 例：MnZn铁氧体?尺寸5?m以下时，?i～500；尺寸在5?m以上时，?i～3000 *晶粒尺寸长大的方法：适当提高烧结温度，但温度过高，便会形成气孔，导致?i下降。 *材料的织构化，包括结晶织构和磁畴织构，都可提高?i 第八页，共三十五页，2022年，8月28日 4、降低内应力? *根据内应力的不同来源，可采用不同的方法： (1) 磁致伸缩引起的内应力，与?S成正比，可通过降低?S来 减小此应力。 (2) 烧结后冷却速度太快，会造成晶格畸变，产生内应力。可采用低温退火处理来消除应力。 (3) 气孔、杂质、晶格缺陷等因素在材料内部产生应力。可通过原材料的优选以及工艺过程的严格控制来消除。 第九页，共三十五页，2022年，8月28日 2.3 金属软磁材料 2.3.1 电工纯铁 *纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金