文档介绍：概述
软磁材料理论基础
金属软磁材料
纳米晶软磁材料
铁氧体软磁材料
第二章软磁材料
概述
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。
软磁材料分类及特性要求
软磁材料的磁滞回线窄而长,起始磁导率μi高,矫顽力Hc小,既容易获得也容易失去磁性,是极其重要的一类磁性材料。
按电阻率的不同,软磁材料可分为金属软磁材料和铁氧体软磁材料两大类,金属软磁材料由于其电阻率较低而主要应用于频率较低的场合,铁氧体软磁材料则在频率较高的场合被广泛采用。
衡量软磁材料性能优劣的主要参数:
起始磁导率(μi)、
磁损耗(tgδ)、
温度稳定性(α)、
减落(D)、
磁老化(Ia)
截止频率(fr)。
起始磁导率(μi)
处于交变磁场中的软磁材料,其磁导率成为复数,其中μ表征储能特性,而μ″表征能量损耗特征。对于环形软磁样品,可等效为串联电路,则电感量Lx及表征磁损耗的等效电阻Rx可分别写为:
式中 l:磁芯有效长度,N:线圈匝数,A:磁芯有效截面积,ω:工作角频率
有效磁导率μe、最大磁导率μm及增量磁导率μΔ等。一般情况下,μi高的材料,其μe、μm、μΔ也较高。因此,通常把μi作为软磁材料的基本特性参数之一,它是一个没有量纲的系数。
磁损耗
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δ,从而导致软磁材料在储存能量的同时也会损耗能量,用tgδ来表征这种磁损耗
温度稳定性
软磁材料的温度稳定性用温度系数表示,定义为由于温度的改变而引起的被测量的相对变化与温度变化之比,最常用的是磁导率的温度系数µ
式中μθ:温度为θ时的磁导率;μref:温度为θref时的磁导率
在实际应用中,也常用比温度系数µ/μi来表征软磁材料的温度特性,因为对于某种软磁材料而言,比温度系数u/μi与形状和尺寸无关,是一个常数,希望这个常数越小越好。
磁导率的减落
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,可以用下面三个参数来表示材料的减落特征:
(1) 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。式中 1、2分别为给定时间间隔开始(t1)和结束(t2)时的磁导 率值。
(2) 减落系数d:定义为在磁正常状态化之后出现的减 落除以两次测量时间之比的对数
(3) 减落因子DF:定义为减落系数与开始测量时间(t1)测 得的磁导率之比
磁老化
软磁材料的磁性能随时间增长而不断下降,其原因除减落之外,还可能出现由于材料结构变化而引起的不可逆变化,称为磁老化,用老化系数Ia表示。式中1、2分别为老化前后测得的磁导率。
老化系数的大小与材料值和制造工艺有关,一般地说高材料的老化系数较大,而如果采用高温淬火工艺制造的软磁材料,则由于保持了高温状态下的一些结构,故有一个向稳定状态过渡的过程,从而造成老化现象较严重。