铁磁材料的结构与性能.docxVIP

铁磁材料的结构与性能 一、 u3000磁介质的分类 在磁体中硬化稳定后，磁场强度h和磁感应强度b之间的关系满足以下关系：b=uruoh=uh，其中ur称为相对磁导率，即无目标的磁导率。uo称真空磁导率值为4107na2，u=u70称为绝对磁导率。在相同的外磁场作用下, 不同的磁介质被磁化的程度不同, 主要表现在它们的相对磁导率上, 由此我们把介质分为三类:顺磁性物质 (ur略大于1) , 属于弱磁性物质;抗磁性物质 (ur略小于1) , 属于弱磁性物质;铁磁性物质 (ur远大与1) , 属于强磁性物质。强磁性铁磁性物质同弱磁性顺磁物质和抗磁性物质相比高磁导率是铁磁材料的一个重要特征。 二、 交变电流的产生和显著性及频率的稳定 铁磁材料 (如铁﹑镍、钴和其他铁磁合金) 具有独特的磁化性质, 为了描述铁磁材料的磁化规律, 研究其内部B与H的关系, 将铁磁材料制成圆环, 再紧密绕上原线圈 (励磁线圈) N和付线圈 (测量线圈) n, 如图1所示。给绕在待测磁环上的励磁线圈N通一交变电流, 产生一交变磁场H, 使铁磁物质 (磁环) 往复磁化。 在实验室观察铁磁材料的磁滞回线是在示波器上进行的。先要将原线圈的磁场H和付线圈磁感应强度B转化为对应的电压信号, 在示波器的X偏转板输入正比于样品的励磁磁场H的电压, 同时在Y偏转板输入正比于样品中磁感应强度B的电压, 结果在屏上就得到样品的B～H回线, 如图2所示。那么磁场H和磁感应强度B是如何转化为对应的电压信号呢? 当原线圈N中通过磁化电流I1时, 此电流在圆环内产生磁场。根据安培环路定律HL=NI1磁场强度的大小为 其中L为圆环的平均周长 (磁环中轴线周长) 。如果将电阻R1上的电压降U1=I1R1(注意:I1和U1是交变的) , 取出来加在示波器X偏转板上, 则电子束在水平方向的偏移跟磁化电流I1成正比, 即: 它表明, 在交变磁场下, 在任一瞬间t, 如果将电压U1接到示波器X轴输入端, 则电子束在水平方向偏转正比于励磁场强度H。 () 为了获得跟样品中磁感应强度瞬时值B成正比的电压U2, 采用电阻R2和电容C组成的积分电路, 并将电容C两端的电压U2接到示波器Y轴输入端。因交变的磁场H在样品中产生交变的磁感应强度B, 结果在副线圈n内产生感应电动势, 其大小为: 式中n为副线圈匝数, S为待测铁磁质圆环的截面积。忽略自感电动势后, 对于副线圈回路有 为了如实地绘出磁滞回线, 要求: (1) 积分电路的时间常数R2C应比 (其中f为交流电频率) 大100倍以上, 即要求R2比1/ (2πfC) (电容C的阻抗) 大100倍以上 (例如, 当C取为10微法时, R2应取3 0 K欧以上) 。这样, U2与I2R2相比可忽略 (由此带来的误差小于1%) , 于是 (4) 式简化为 但R2比1/ (2πf C) 不能过大, 过大了使U2值过小, 显示也就困难了。 (2) 在满足上述条件下, U2的振幅很小, 如将它直接加在Y偏转板上, 则不能绘出大小适当需要的磁滞回线, 为此, 需将U2经过Y轴放大器增幅后输出至Y偏转板。这就要求在实验磁场的频率范围内, 示波器的放大器的放大系数必须稳定, 不然会带来放大的相位畸变和频率畸变。而出现磁滞回线“打结”现象, 而无法进行定量测量, 此时适当调节R2阻值有可能得到最佳磁滞回线图形。 利用 (5) 式的结果, 电容C两端的电压表示为 这样, 在磁化电流变化的一周期内, 电子束的径迹描出一条完整的磁滞回线, 以后每个过程重复此过程。可逐渐调节输入交流电压, 使磁滞回线由小到大扩展方法, 把逐次在坐标纸记录的磁滞回线顶点的位置联成一条曲线, 这条曲线就是样品的基本磁化曲线。 三、 磁滞回线与剩余磁的关系 铁磁材料 (铁、镍、钴等) 除了具有高的磁导率外, 另一重要的特点就是磁滞效应。磁滞现象是铁磁材料磁化时, 材料内部的磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关, 而且与以前的磁化状态有关。图3表示铁磁质的这种性质, 假设铁芯在开始时处于未被磁化状态 (对应于图中o点) , 随着磁场H由零逐渐增加, B将沿o a增加, 曲线o a叫做起始磁化曲线, 该曲线为非线性, 从而说明铁磁材料的磁导率u=B/H不是常数, 与外磁场H有关, 当H增大到某一值时, B几乎不变。若将磁化场H减小, 则B并不沿原来的磁化曲线减小, 而是沿图中ab曲线下降, 具有一定的滞后性 (磁滞效应) , 最为突出表现为H降到零 (图中的b点) 时, B≠0, B的值仍接近饱和值, 与b点对应的B值, 称为剩余磁感应强度Br (剩磁) 。当加反向磁化场H时, B随之减小, 当反向磁化场达到某一值 (如图中c电) 时, B=0, 与o c相当的磁场强度Hc称为矫顽磁力。当反向场继续增加时