《软磁材料介绍》ppt课件

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1、第二章软磁材料定义：能够迅速响应外磁场的变化，且能低损耗地获得高磁感应强度的材料。特点：既容易受外加磁场磁化，又容易退磁。*对软磁材料的基本要求有：（1）初始磁导率i和最大磁导率max要高；（2）矫顽力Hc要小；（3）饱和磁感应强度MS要高；（4）功率损耗P要低;（5）高的稳定性。*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、

2、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。（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、起始磁导率主要因素：基本上不随加

3、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。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

4、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。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

5、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

6、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i4、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

7、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。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化元素。*制备方法：平炉冶炼时，首先用氧化渣除去碳、硅、锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，并在出钢时在钢包中添加脱氧剂获得。经过退火热处理i（300~500）,max（6000~12000）,HC（39.8~95.5）*含碳量是影响磁性能的主要因素。除碳方法：高温用H2处理除碳，以消除铁中碳对畴壁移动的阻碍作用。*电工纯铁存在时效现象原因：高温时

8、铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速冷却到室温时，溶解度减小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。消除方法：保温后，采用缓慢冷