第十章磁性材料详解.ppt

第十章 磁性材料;10.1 材料的磁性;分类——按磁化率的大小和方向：抗磁性材料、顺磁性材料、强磁性材料 顺磁性材料 在具有未成对电子的原子、分子或离子中，由于存在未成对电子的轨道运动和自旋运动而具有磁矩，这种性质称为顺磁性，具有顺磁性的物质称为顺磁体。 顺磁体的主要特征是：不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。 顺磁体宏观无磁性，在外磁场作用下，磁矩可以规则取向，物质显示极弱的磁性。顺磁体的磁化强度为正，且M严格与外磁场H成正比。 顺磁体的磁化率小，一般为10-5。含有奇数个电子的原子或电子未填满壳层的原子或离子，如过渡族元素、稀土元素及铝铂等金属，都属于顺磁性物质。;分类——按磁化率的大小和方向：抗磁性材料、顺磁性材料、强磁性材料(铁磁性、亚铁磁性) 铁磁性 即使无外加磁场，磁矩也按同一方向整齐排列，这种???质称为铁磁性，具有铁磁性的物质称为铁磁体。 铁磁体在室温下磁化率可达103数量级，属于强磁性物质，如铁、钴、镍等。 即使在较弱的磁场内，铁磁体也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。;分类——按磁化率的大小和方向：抗磁性材料、顺磁性材料、强磁性材料(铁磁性、亚铁磁性) 反铁磁性 磁矩的排列并不只在一个方向发生，如果在一个晶面上的排列方向与其在相邻的另一晶面上的排列方向完全相反，这种物质称为反铁磁体。 在反铁磁体中，由于磁矩相互抵消，所以不产生自发磁化，也不产生吸引力。 在反铁磁体的磁矩排列中，如磁矩的大小不相同没有完全抵消时，磁矩不为零，这种物质称为亚铁磁性，即通常所说的磁铁矿、铁氧体等。;铁磁性材料;磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中受的力越大。; ?r=?/?0为介质的相对磁导率； ?=?r-1定义为介质的磁化率，反映材料磁化的能力，无量纲，可正可负，取决于材料的不同磁性类别。;磁化曲线 磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁化强度将达到饱和值。;磁滞回线 磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁性物质的滞回曲线。 矫顽场Hc大的物质，由于消磁困难，称为硬磁材料， Hc＞10KA/m 矫顽场小的物质，称为软磁材料， Hc＜1KA/m，能够在小的磁场中进行磁化或消磁。 软磁材料经常用于变压器的铁芯或发电机的转子等高频电流机电设备中，这是由于交流发电情况下，磁场方向频繁改变，因此需要能量损失尽可能小，即需要选择磁滞回线包围面积小的材料。;矩磁材料：其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。;磁滞回线 磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁性物质的滞回曲线。 矫顽场Hc大的物质，由于消磁困难，称为硬磁材料， Hc＞10KA/m 矫顽场小的物质，称为软磁材料， Hc＜1KA/m，能够在小的磁场中进行磁化或消磁。 软磁材料经常用于变压器的铁芯或发电机的转子等高频电流机电设备中，这是由于交流发电情况下，磁场方向频繁改变，因此需要能量损失尽可能小，即需要选择磁滞回线包围面积小的材料。;永磁材料 2000年产值：65亿美元，占磁性材料70% 应用领域：电机50%，电声20%，测量与控制20%，其余10% 目前水平： NdFeB： (BH）m =446KJ/m3（55.8MGOe） 铁氧体（FB6N）：(BH）m =38.5 446KJ/m3 Br=440mT Hc=258.8kA/m;10.2 软磁材料;软磁材料的特性 起始磁导率?i—— 交变磁场下， ??储能特性，??表征能量损耗 起始磁导率即为 材料的?i越高，则在相同电感量要求下，器件体积可以越小，线圈匝数也可减小，并且起始磁导率?i越高，越有利于减小漏磁。;软磁材料的特性 磁损耗 tan?—— 处于交变磁场中的软磁材料由于存在不可逆磁化，使得磁感应强度B滞后于外加交变磁场H ，滞后角为? ，从而导致软磁材料在储存能量的同时也会损耗能量，我们用tan?占来表征这种磁损耗。 对于软磁材料，比损耗系数（低频弱场下，?i≈??） ;软磁材料的特性 温度稳定性??——单位为℃-1 式中，??为温度为?下的磁导率， ?ref为温度为? ref下的磁导率 对于软磁材料，比温度系数?? / ??;软磁材料的特性 减落—— 软磁材料尤其是铁氧体软磁材料在受到外加的电、磁、光、热和机械等冲击后，畴壁易于移动，表现出较高的磁导率；当冲击停止后一段时间内，离子或空位在自发磁化的影响下将逐渐向低能态的稳定状态迁移，从而导致磁导率下降，这种磁导率随时间的减落是一种可逆变化，它是材料的不稳定性之一。 减落D：定义为在磁正常状态化之后，恒定温度下经过一定的时间间隔(t1~t2) ，材料磁导率的相对减小 ： 减