磁性材料

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1、拓展视野磁性材料1.磁性材料的主要特性磁性材料广泛应用为变压器、电机、继电器等电磁设备的铁心。磁性材料的主要性能有高导磁性、磁饱和性、磁滞性等。（1）高导磁性磁性材料具有强的磁化特性。在铁磁材料内部分成许多小区域，每个区域内的分子间相互作用使其分子磁铁整齐排列，显示出磁性，这些小区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外不显示磁性，如图6-3（a）所示。但在外磁场（例如在铁心线圈中的电流所产生的磁场）作用下，磁畴就顺着外磁场方向转向，显示出磁性来。随着外磁场增强（线圈电流增大），磁畴逐渐转到与外磁场相同的方向上，

2、如图6-3（b）（c）所示。这样便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，使铁磁材料内的磁感应强度大大增强，所以磁性材料具有高导磁性。图6-3铁磁材料的磁化非铁磁材料的内部没有磁畴结构，所以不具有磁化的特性。（2）磁饱和性如图6-4（a）所示，将待测的尚未磁化过的铁磁材料制成截面积为S，平均周长为的环形铁心，并绕以N匝线圈，调节可变电阻使电流从零逐渐增大，同时用磁通表间接测出相应的磁感应强度，然后根据测出的电流，应用全电流定律求出，便可绘出曲线，如图6-4（b）所示。这条曲线称为铁磁材料的起始磁化曲线。从图中看出，起始磁化曲线可分为四

3、段：在oa段，因外磁场极弱，故磁畴仅微微转向，产生的附加磁场极弱；在ab段，外磁场增强，附加磁场随之增强，磁感应强度急剧上升；在bc段，H继续增大，B增加缓慢，这是因为在强磁场作用下磁畴的磁场大部分转向为与外磁场方向一致，磁路趋近于饱和；c点以后的曲线变得几乎平坦，表明磁畴已全部转向外磁场方向，即使外磁场H再增加，磁感应强度B增加的也很少，磁路达到饱和状态，c点称为饱和点。由起始磁化曲线可以看出，曲线每点比值不是常数，即不是常数。图6-4铁磁材料的起始磁化曲线（3）磁滞性铁磁材料在磁化过程中，当励磁电流增加，使外加磁场增加到某一最大值后

4、，如图6-5（a）所示中的a点，达到最大值，然后减小励磁电流，即减小，值也会随之减小，但实验表明，并不按照原来的起始磁化曲线的规律减小，而是由沿ab曲线段下降，当H减小到零时，B并未减小到零（曲线上的b点），此时的磁感应强度称为剩余磁感应强度，简称剩磁。要消除剩磁，必须改变外磁场的方向来进行反向磁化。随着反向磁场的增强，材料逐渐被退磁，直到外磁场反向增加到（曲线的点）时，=0，剩磁消除。消除剩磁所需的反向磁场强度的大小称为矫顽磁力（或称矫顽力）。继续增大反向磁场直到，也相应反向增至（曲线的点）。再使返回零（曲线的点），并又从零增至（曲线

5、的c点），再增至，即可得到如图6-5（a）中的一条对称于原点的闭合曲线。铁磁材料在反复磁化过程中，磁感应强度B的变化滞后于外磁场强度H的的变化，这一现象称为磁滞。所得到的闭合磁化曲线，称为磁滞回线。为便于计算，工程上对那些磁滞回线狭长的铁磁材料是采用基本磁化曲线替代的。在不饱和区域内对不同的值反复磁化，便可得到一系列大小不同的磁滞回线，如图6-5（b）所示。将各个不同值所对应的各条磁滞回线的顶点连接起来得到的曲线叫基本磁化曲线。基本磁化曲线与起始磁化曲线差别很小，但它所表示的磁感应强度与磁场强度的关系具有平均的意义。（a）（b）图6-5

6、磁滞回线（a）磁滞回线（b）基本磁化曲线磁性材料按其磁滞回线形状的不同，可以分为三种基本类型，即软磁性材料、硬磁性材料和矩磁性材料。1）软磁性材料软磁性材料的磁导率高，易于磁化，撤去外磁场后，磁性基本消失。反映在磁滞回线上是剩磁和矫顽力都很小，磁滞回线狭长，与基本磁化曲线十分靠近，如图6-6（a）所示。常用的软磁性材料有铸钢、铸铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。一般制造电机、变压器等电力设备中的铁心都采用硅钢片制作；收音机接收线圈的磁棒、计算机中的磁芯、磁盘及录音机中的磁带等的制造材料是铁氧体。2）硬磁性材料硬磁性材料的特点是剩磁和矫顽力都

7、较大，磁滞回线较宽，撤去外磁场后剩磁大，磁性不易消失。如图6-6（b）所示。硬磁性材料常用来制作永久磁铁，许多电工设备如磁电式仪表、喇叭、永久磁铁都是用硬磁性材料制作的。钨钢、钴钢、钡铁氧体等是常用的硬磁性材料。3）矩磁材料有的磁性材料磁滞回线的形状接近矩形，具有较大的剩磁和较小的矫顽力，如图6-6（c）所示，称为矩磁材料。因为较小的矫顽力，在很小的外磁场作用下就能使磁场正向或反向饱和磁化，即易于“反转”，去掉外磁场后，与饱和磁场方向相同的剩磁又能稳定地保持下去，即它具有记忆性。（a）（b）（c）图6-6不同材料的磁滞回线(a)软磁性材

8、料(b)硬磁性材料(c)矩磁材料故矩磁材料常用作计算机和控制系统中的记忆元件、开关元件和逻辑元件等。常见的矩磁材料有镁锰铁氧体及IJ51型铁镍合金等。