硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金.pdfVIP

硅钢⽚铁芯、坡莫合⾦、⾮晶及纳⽶晶软磁合⾦

硅钢⽚铁芯、坡莫合⾦、⾮晶及纳⽶晶软磁合⾦

磁性材料

⼀.磁性材料的基本特性

1.磁性材料的磁化曲线

磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作⽤下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化

曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线⼀般来说是⾮线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H⾜够⼤

时，磁化强度M达到⼀个确定的饱和值Ms，继续增⼤H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为

零，⽽是沿MsMr曲线变化。材料的⼯作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某⼀点，该点常称为⼯作点。

2.软磁材料的常⽤磁性能参数

饱和磁感应强度Bs：其⼤⼩取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化⽮量整齐排列。

剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。

矩形⽐：Br⁄Bs

矫顽⼒Hc：是表⽰材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应⼒等）。

磁导率µ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的⽐值，与器件⼯作状态密切相关。

初始磁导率µi、最⼤磁导率µm、微分磁导率µd、振幅磁导率µa、有效磁导率µe、脉冲磁导率µp。

居⾥温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升⾼⽽下降，达到某⼀温度时，⾃发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居⾥温度。它确定了

磁性器件⼯作的上限温度。

损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe∝f2t2/，ρ降低，

磁滞损耗Ph的⽅法是降低矫顽⼒Hc；降低涡流损耗Pe的⽅法是减薄磁性材料的厚度t及提⾼材料的电阻率ρ。在⾃由静⽌空⽓中磁芯的损耗

与磁芯的温升关系为：

总功率耗散（mW）/表⾯积（cm2）

3.软磁材料的磁性参数与器件的电⽓参数之间的转换

在设计软磁器件时，⾸先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的⼏何形状及磁化状态密切相关。设

计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电⽓参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选⽤磁性材料；合

理确定磁芯的⼏何形状及尺⼨；根据磁性参数要求，模拟磁芯的⼯作状态得到相应的电⽓参数。

⼆、软磁材料的发展及种类

1.软磁材料的发展

软磁材料在⼯业中的应⽤始于19世纪末。随着电⼒⼯及电讯技术的兴起，开始使⽤低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁

芯中使⽤了细⼩的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢⽚代替低碳钢，提⾼了变压器的效率，降低了损耗。直⾄现在硅钢

⽚在电⼒⼯业⽤软磁材料中仍居⾸位。到20年代，⽆线电技术的兴起，促进了⾼导磁材料的发展，出现了坡莫合⾦及坡莫合⾦磁粉芯等。从

40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视⼴播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更⾼，⽣产出了软磁合⾦薄带及

软磁铁氧体材料。进⼊70年代，随着电讯、⾃动控制、计算机等⾏业的发展，研制出了磁头⽤软磁合⾦，除了传统的晶态软磁合⾦外，⼜兴

起了另⼀类材料—⾮晶态软磁合⾦。

2.常⽤软磁磁芯的种类

铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。

按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类：

(1)粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、⾼磁通量粉芯（HighFlux）、坡莫合⾦粉芯（MPP）、铁氧体磁芯

(2)带绕铁芯：硅钢⽚、坡莫合⾦、⾮晶及纳⽶晶合⾦

三常⽤软磁磁芯的特点及应⽤

(⼀)粉芯类

1.磁粉芯

磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制⽽成的⼀种软磁材料。由于铁磁性颗粒很⼩（⾼频下使⽤的为0.5～5微⽶），⼜被⾮磁性电绝缘

膜物质隔开，因此，⼀⽅⾯可以隔绝涡流，材料适⽤于较⾼频率；另⼀⽅⾯由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特

性；⼜由于颗粒尺⼨⼩，基本上不发⽣集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要⽤于⾼频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉

粒材料的导磁率、粉粒的⼤⼩和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压⼒及热处理⼯艺等。

常⽤的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合⾦粉芯及铁硅铝粉芯三种。

磁芯的有效磁导率µe及电感的计算公式为：µe=DL/4N2S×109

其中：D为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N为绕线匝数，S为磁芯有效截⾯积（cm2）。

(1)铁粉芯

常⽤铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯