磁性材料的分类以及特点
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磁性材料的分类,性能特点和用途
磁性材料的分类,性能特点和用途
磁性材料的分类,性能特点和用途
1铁氧体磁性材料,一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。
他们大多具有亚铁磁性。
特点:电阻率远比金属高,约为1-10(12次方)欧/厘米,因此涡损和趋肤效应小,适于高频使用。
饱和磁化强度低,不适合高磁密度场合使用。
居里温度比较低。
2 铁磁性材料:指具有铁磁性的材料。
例如铁镍钴及其合金,某些稀土元素的合金。
在居里温度以下,加外磁时材料具有较大的磁化强度。
3 亚铁磁性材料:指具有亚铁磁性的材料,例如各种铁氧体,在奈尔温度以下,加外磁时材料具有较大的磁化强度。
4 永磁材料:磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性,特点是矫顽力高和磁能积大。
可分为三类,金属永磁,例,铝镍钴,稀土钴,铷铁硼等。
铁氧体永磁,例,钡铁氧体,锶铁氧体,其他永磁,如塑料等。
5软磁材料:容易磁化和退磁的材料。
锰锌铁氧体软磁材料,其工作频率在1K-10M之间。
镍锌铁氧体软磁材料,工作频率一般在1-300MHZ
6金属软磁材料:同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力,例如工程纯铁,铁铝合金,铁钴合金,铁镍合金等,常用于变压器等。
磁性材料分类磁性材料是一类具有磁性的材料,广泛应用于电子、通讯、医疗、汽车等领域。
根据其磁性特性和应用范围的不同,磁性材料可以被分为多个不同的类别。
本文将对磁性材料的分类进行介绍,希望能够帮助读者更好地了解这一领域。
1. 永磁材料。
永磁材料是一类能够在外加磁场的作用下产生持久磁化的材料。
根据其磁性能的不同,永磁材料又可以分为软磁材料和硬磁材料两大类。
软磁材料具有较低的矫顽力和高的磁导率,主要用于变压器、电感器等电磁器件中。
而硬磁材料则具有较高的矫顽力和矫顽力产品,主要用于制造永磁体。
2. 铁磁材料。
铁磁材料是一类在外加磁场下会产生明显磁化的材料。
铁磁材料主要包括铁、镍、钴等金属及其合金,以及铁氧体、钡铁氧体等无机化合物。
这类材料在电机、变压器、传感器等领域有着广泛的应用。
3. 软磁材料。
软磁材料是一类在外加磁场下磁化容易且磁化强度随外场变化不明显的材料。
软磁材料主要包括硅钢片、镍铁合金、铁氧体等。
它们具有低磁滞、低涡流损耗等特点,适用于高频电磁器件和变压器等领域。
4. 硬磁材料。
硬磁材料是一类在外加磁场下难以磁化的材料,主要用于制造永磁体。
典型的硬磁材料包括钕铁硼磁体、钴磁体、铁氧体等。
它们具有较高的矫顽力和矫顽力产品,能够长期保持其磁性能,广泛应用于电机、传感器、声学器件等领域。
5. 多层磁性材料。
多层磁性材料是一类由多层磁性薄膜组成的材料,具有独特的磁性和磁电耦合效应。
多层磁性材料在磁存储、传感器、自旋电子学等领域有着重要的应用价值。
6. 纳米磁性材料。
纳米磁性材料是一类具有纳米尺度结构的磁性材料,具有特殊的磁性和磁致伸缩效应。
纳米磁性材料在磁记录、生物医学、磁致伸缩传感器等领域有着广泛的应用前景。
总结。
磁性材料是一类具有重要应用价值的材料,在现代工业和科学技术中发挥着重要的作用。
通过对磁性材料的分类和特性进行了解,可以更好地选择和应用合适的磁性材料,推动相关领域的发展和创新。
希望本文对磁性材料的分类有所帮助,也希望读者能够对磁性材料有更深入的了解。
磁性材料有哪些
磁性材料是一类可以产生磁场并对外界磁场作出响应的材料,广泛应用于电子、通讯、医疗、能源等领域。
磁性材料主要分为铁磁性材料、铁氧体、钕铁硼磁体和软磁材料等几大类。
下面我们将分别介绍这些磁性材料的特点和应用。
铁磁性材料是最常见的一类磁性材料,具有良好的磁导性和磁导率,主要包括铁、镍、钴及其合金。
铁磁性材料在电机、变压器、传感器等领域有着广泛的应用,其磁性能稳定,能够长时间保持磁性。
铁氧体是一类氧化铁和过渡金属氧化物组成的磁性材料,具有较高的磁导率和
电阻率,广泛应用于电磁波吸收、微波器件、电感器等领域。
铁氧体材料在电磁兼容性方面表现出色,能够有效抑制电磁干扰,保障电子设备的正常工作。
钕铁硼磁体是一种稀土永磁材料,具有极高的磁能积和矫顽力,被广泛应用于
电机、传感器、声学器件等领域。
钕铁硼磁体在小型化、轻量化设备中有着重要的地位,其磁性能稳定,能够长时间保持高磁感应强度。
软磁材料是一类低矫顽力、低磁能损耗的磁性材料,主要包括硅钢片、镍铁合
金等。
软磁材料在变压器、电感器、传感器等领域有着重要的应用,其磁化特性稳定,能够有效降低铁芯损耗,提高电能转换效率。
总的来说,磁性材料在现代工业和科技领域中有着重要的地位,不同类型的磁
性材料在不同领域具有各自独特的应用优势。
随着科技的不断发展,磁性材料的研究和应用将会更加广泛和深入,为人类社会的进步和发展提供更多可能性。
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Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,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。
磁性材料分类
磁性材料是指具有一定磁性的物质,根据其磁性特性的不同,磁性材料主要可以分为三类:铁磁材料、铁氧体材料和非铁磁材料。
1. 铁磁材料:铁磁材料是指能够持续保持较强磁性的材料,它们在外部磁场作用下,可以产生自发磁化,且除去磁场作用后,能够保持一定程度的剩磁。
典型的铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金,如铁氧体、钐铁氧体等。
这类材料在电磁机械、电磁传感器、磁记录介质等领域有广泛应用。
2. 铁氧体材料:铁氧体材料以含铁氧化物为主要成分,由铁氧体晶粒与其他成分组成的复合材料。
铁氧体材料具有优良的磁特性、高温稳定性、低价格等优点,广泛应用于电力电子、电子通信、电子计算机等领域。
根据铁氧体的晶粒结构不同,铁氧体材料又可以分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。
软磁铁氧体具有高导磁率和低磁滞损耗等特点,适用于高频的电感元件、变压器等;硬磁铁氧体则具有高矫顽力和高剩磁等特点,适用于永磁体、电机等领域。
3. 非铁磁材料:非铁磁材料是指在外加磁场下,几乎不发生自发磁化的材料。
常见的非铁磁材料包括铜、铝、木材、玻璃等。
这些材料的磁导率接近于1,磁化率极小,几乎不受磁场影响。
非铁磁材料在电子设备、通信设备、建筑装饰等领域有广泛应用。
总结起来,磁性材料主要分为铁磁材料、铁氧体材料和非铁磁
材料三类。
铁磁材料具有较强磁性和剩磁特性,适用于电磁机械等领域;铁氧体材料具有高温稳定性和优良的磁特性,广泛应用于电力电子领域;非铁磁材料几乎不受磁场影响,适用于电子设备和建筑装饰等领域。
磁性材料分类磁性材料是一类具有磁性的材料,广泛应用于电子、通讯、医疗、汽车等领域。
根据其磁性特性和组成成分的不同,磁性材料可以分为多种类型。
本文将对磁性材料的分类进行介绍,以便读者更好地了解和应用这一类材料。
1. 永磁材料。
永磁材料是一种具有永久磁性的材料,能够在外加磁场的作用下保持一定的磁性。
永磁材料按其组成和性能可分为金属永磁材料和非金属永磁材料两大类。
金属永磁材料主要包括铁氧体、钕铁硼、钴磁体等;非金属永磁材料主要包括铁氮合金、铁碳合金等。
永磁材料具有高矫顽力、高矫顽温度、良好的抗腐蚀性能等特点,被广泛应用于电机、传感器、磁性存储等领域。
2. 软磁材料。
软磁材料是一种在外加磁场下能够快速磁化和去磁化的材料,主要用于电力变压器、电感线圈、电子设备等场合。
软磁材料按其磁性能可分为高导磁材料和低导磁材料两大类。
高导磁材料主要包括硅钢片、镍铁合金等;低导磁材料主要包括铁氧体、铁硅铝合金等。
软磁材料具有低磁滞、低涡流损耗、高饱和磁感应强度等特点,能够有效地控制和利用磁场能量。
3. 硬磁材料。
硬磁材料是一种在外加磁场下能够保持较强磁性的材料,主要用于制造永磁体、磁记录材料等。
硬磁材料按其磁性能可分为高矫顽力材料和高矫顽温度材料两大类。
高矫顽力材料主要包括钴磁体、钕铁硼等;高矫顽温度材料主要包括铝镍钴、钴铁等。
硬磁材料具有良好的矫顽力、矫顽温度和磁能积,能够保持稳定的磁性能,被广泛应用于电机、传感器、磁记录等领域。
4. 磁性功能材料。
磁性功能材料是一种具有特定磁性功能的材料,主要用于磁传感器、磁存储器、磁耦合器等领域。
磁性功能材料按其功能可分为磁敏材料、磁光材料、磁阻变材料等。
磁性功能材料具有响应速度快、灵敏度高、能耗低等特点,能够满足不同领域对磁性功能的需求。
总结。
磁性材料是一类具有重要应用价值的材料,其分类主要基于磁性特性和组成成分。
不同类型的磁性材料具有不同的特点和应用领域,能够满足各种工程和科学需求。
磁性材料的特点和分类磁性材料主要分为永磁材料与软磁材料。
永磁材料又称硬磁材料,磁体经过外加磁场以后能长期保留其强磁性,特点是矫顽力(Hc)高。
一般其矫顽力Hc≥10A4/m。
磁能积(BH)max大。
软材料是加磁场后即容易磁化,也容易退磁的磁性材料,特点是矫顽力小,一般其矫顽力Hc≤10A3/m。
永磁材料四种主要磁特性(1)高的最大的磁能积最大磁能积(BH)max是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度。
(2)高的矫顽力矫顽力(Hc)是永磁材料磁和非磁的干扰而保持其永磁性的量度。
(3)高的剩余磁通密度(Br)和高的剩余磁化强度(Mr)它们是具有空气隙中磁场强度的量度。
(4)高的稳定性即对外加干扰磁场和温度、振动等环境因素的变化的高稳定性。
永磁材料的主要分类(1)金属永磁材料:这是一种发展和应用都比较早的以铁和铁元素(如镍、钴等)为重要元素组成的合金永磁材料,主要有稀土永磁(如钕铁硼稀土合金永磁),铝镍钴(AINiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系三大永磁合金。
(2)铁氧体永磁材料:这是以Fe2O3为主要元素组成的复合氧化物的强磁材料,其特点是电阻率高,特别有利于在搞频和微波使用。
如钡铁氧体永磁材料,锶铁氧体永磁材料等。
(3)其它永磁材料:如微粉永磁材料,纳米永磁材料,胶塑永磁材料等。
软磁材料的主要特点(1)低的矫顽力Hc:显示磁性材料即容易外加磁场磁化,又容易受到加磁场或其他因素退磁,而且磁损耗也低。
(2)高的饱和磁通密度Bs和高的饱和磁化强度Ms:这样荣故意得到高的磁导率µ和低的矫顽力Hc,也可以提高磁通密度。
(3)低的磁损耗和电损耗:这就要求低的矫顽力Hc和高的电阻率。
(4)高的稳定性:对温度、震动等环境因素的变化具有高的稳定性。
软磁材料的主要分类(1)铁氧体软磁材料:是一系列含有氧化铁的复合氧化物材料(或称为陶瓷材料),特点是饱和磁感应强度低(0.5T以下)但是磁导率比较高。
磁性材料的分类引言磁性材料是指在外加磁场下表现出磁性行为的材料,广泛应用于电子、电力、通信等领域。
根据材料的磁性特性和组织结构,磁性材料可以被分为多个不同的类别。
本文将介绍常见的磁性材料分类及其特点。
1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场存在时呈现出强磁性的材料。
铁磁材料在磁场作用下会自发地形成磁畴结构,并具有磁滞回线特性。
常见的铁磁材料包括铁、钴、镍及其合金。
铁磁材料可以分为软磁材料和硬磁材料两类。
软磁材料的磁滞损耗小,能迅速反转磁化方向,常用于变压器、电感器、电动机等磁性元件中。
硬磁材料的磁滞损耗大,难以磁化和消磁,常用于制作永磁体、磁头、磁场传感器等。
2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类重要的功能性陶瓷材料,具有良好的磁性和电性能。
铁氧体材料主要由Fe2O3(氧化铁)和一些过渡金属氧化物组成。
根据结构和性能的不同,铁氧体材料可分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。
软磁铁氧体具有低磁滞损耗和高导磁率的特点,常用于制作变压器、电感器和高频电磁元件。
硬磁铁氧体具有高矫顽力和高剩磁感应强度,可用于制作永磁马达、声音器件等。
软磁导体材料是一类具有高导磁率和低电阻率的材料。
软磁导体材料在低频磁场下具有良好的磁导特性,并且具有较低的涡流损耗。
软磁导体材料主要包括铁氟龙、钴铁合金等。
软磁导体材料广泛应用于电力领域,如制造电力变压器、电抗器等电磁元器件。
由于具有低损耗和高导磁性能,软磁导体材料在节能减排、提高变压器效率等方面起着重要作用。
4. 自旋电子材料自旋电子材料是指通过自旋-轨道耦合作用,实现在外加磁场下表现出强磁性的材料。
自旋电子材料的磁性不仅仅由电子的自由度决定,还受到晶格结构和化学成分的影响。
自旋电子材料在信息存储、能源转换和传感器等领域具有重要应用。
其中,铁磁半导体材料由于具有同时存在铁磁性和半导体性质的特点,成为发展磁性电子学和自旋电子学的重要基础材料。
5. 超导磁体材料超导磁体材料是指在低温下具有无电阻和完全抗磁性的材料。
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Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,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。
常用磁性材料分类及特点
一、软磁性材料
1、主要特点:软磁性材料经外加磁场后容易磁化,也容易退磁的磁性材料,其主要特点是:矫顽力小、容易磁化、容易退磁。
2、常用材料:铁氧体、工业纯铁、硅钢片等
二、硬磁性材料
1、主要特点:硬磁性材料又称为永磁材料,磁体经外加磁场后可长期保留强磁性。
主要特点是矫顽力高、磁能积大,磁性基本稳定。
2、常用材料:铁氧体永磁材料、金属永磁材料(如钕铁硼、钐钴、铝镍钴等)。
力矩电机特点
力矩电动机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机,具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点。
力矩电动机能在一般较宽的转速范围内使转矩基本恒定。
力矩电机包括:直流力矩电机、交流力矩电机,广泛应用于机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中,以及阻力矩大的拖动系统和频繁正、反转的装置或其他类似动作的各种机械上。
1、直流力矩电机:是一种特殊形式的直流伺服电动机,大多采用永磁励磁,其基本要求与直流伺服电动机相似。
为了获得大的输出转矩和低的转速,直流力矩电机采用大内孔扁平结构,有利于电机直接套在负载轴上,提高系统的耦合刚度,使系统反应迅速,频带展宽,稳定工作,满足动态性能要求。
2、交流力矩电机:其基本要求和交流伺服电动机相同。
其在结构上是采用电阻率较高的材料(例如黄铜、康铜等)作转子的导条及端环,通过增加转子电阻获得宽广的调速范围和较软的机械特性。
原理与一般鼠笼式异步电动机完全相同,但与一般同机座号异步电动机相比,交流力矩电动机输出功率要小好几倍,堵转转矩大,堵转电流小得多。
磁性材料的分类以及特点一、带绕铁芯硅钢片是一种合金,在纯铁中加入少量的硅(一般在4.5%以下)形成的铁硅系合金称为硅钢该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为12000高斯; 由于它们具有较好的磁电性能,又易于大批生产,价格便宜,机械应力影响小等优点,在电力电子行业中获得极为广泛的应用,如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。
是软磁材料中产量和使用量最大的材料。
也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。
特别是在低频、大功率下最为适用。
常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ,适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯,这类合金韧性好,可以冲片、切割等加工,铁芯有叠片式及卷绕式。
但高频下损耗急剧增加,一般使用频率不超过400Hz。
从应用角度看,对硅钢的选择要考虑两方面的因素:磁性和成本。
对小型电机、电抗器和继电器,可选纯铁或低硅钢片;对于大型电机,可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片;对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。
在工频下使用时,常用带材的厚度为0.2~0.35 毫米;在400Hz 下使用时,常选0.1 毫米厚度为宜。
厚度越薄,价格越高。
2、坡莫合金坡莫合金常指铁镍系合金,镍含量在30~90%范围内。
是应用非常广泛的软磁合金。
通过适当的工艺,可以有效地控制磁性能,比如超过十万的初始磁导率、超过一百万的最大磁导率、低到千分之二奥斯特的矫顽力、接近1 或接近零的矩形系数,具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性,可以加工成1 微米的超薄带及各种使用形态。
常用的合金有1J50、1J79、1J85等。
1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些,但磁导率比硅钢高几十倍,铁损也比硅钢低2~3倍。
做成较高频率(400~8000Hz)的变压器,空载电流小,适合制作100 瓦以下小型较高频率变压器。
1J79 具有好的综合性能,适用于高频低电压变压器,漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。
1J85 的初始磁导率可达十万以上,适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等。
其优点:磁导率很高,损耗很低,高频性能好,缺点是成本很高。
3、非晶及纳米晶软磁合金(Amorphous and Nanocrystalline alloys)硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料,原子在三维空间做规则排列,形成周期性的点阵结构,存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷,对软磁性能不利。
从磁性物理学上来说,原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。
非晶态金属与合金是70 年代问世的一个新型材料领域。
它的制备技术完全不同于传统的方法,而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术,从钢液到薄带成品一次成型,比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序,这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。
由于超急冷凝固,合金凝固时原子来不及有序排列结晶,得到的固态合金是长程无序结构,没有晶态合金的晶粒、晶界存在,称之为非晶合金,被称为是冶金材料学的一项革命。
这种非晶合金具有许多独特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性,高的电阻率和机电耦合性能等。
由于它的性能优异、工艺简单,从80 年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。
目前美、日、德国已具有完善的生产规模,并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。
我国自从70 年代开始了非晶态合金的研究及开发工作,经过“ 六五”、“ 七五”、“ 八五”期间的重大科技攻关项目的完成,共取得科研成果134 项,国家发明奖2 项,获专利16 项,已有近百个合金品种。
钢铁研究总院现具有4 条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线。
生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯,适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件,年产值近2000 万元。
“ 九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线,进入国际先进水平行列。
常用的非晶合金的种类有:铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。
(1). 铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)铁基非晶合金是由80%Fe 及20%Si,B 类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度(1.54T),铁基非晶合金与硅钢的损耗比较其磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点,特别是铁损低(为取向硅钢片的1/3-1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60-70%。
铁基非晶合金的带材厚度为0.03 毫米左右,广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用/forum/uploadImages/200342514463165692.gif (2).铁镍基钴基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe 及20%类金属元素所构成,它具有中等饱和磁,感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。
在中、低频率下具有低的铁损。
空气中热处理不发生氧化,经磁场退火后可得到很好的矩形回线。
价格比1J79 便宜30-50%。
铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越;代替1J79,广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。
铁镍基非晶合金是国内开发最早,也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种,年产量近200 吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金( 1K503 )获得国家发明专利和美国专利权。
(3). 铁基纳米晶合金(Nanocrystalline alloy)铁基纳米晶合金是由铁元素为主,加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料,这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10-20 纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上,被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料. 纳米晶材料具有优异的综合磁性能: 高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8 万)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低(P0.5T /20kHz=30 W/kg),电阻率为80 微欧厘米,比坡莫合金(50-60 微欧厘米)高, 经纵向或横向磁场处理,可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs). 是目前市场上综合性能最好的材料; 适用频率范围:50Hz-100kHz,最佳频率范围:20kHz-50kHz. 广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.二、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 × 10e9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。
在粉芯中价格最低。
饱和磁感应强度值在1.4T 左右;磁导率范围从22~100; 初始磁导率μi 随频率的变化稳定性好;直流电流叠加性能好;但高频下损耗高。
铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化,铁粉芯初始磁导率随频率的变化2、坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。
MPP 是由81%Ni, 2%Mo, 及Fe 粉构成。
主要特点是: 饱和磁感应强度值在7500Gs 左右;磁导率范围大,从14~550; 在粉末磁芯中具有最低的损耗;温度稳定性极佳,广泛用于太空设备、露天设备等;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生。
主要应用于300KHz 以下的高品质因素Q 滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC 电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC 电路中常用, 粉芯中价格最贵。
高磁通粉芯HF 是由50%Ni, 50%Fe 粉构成。
主要特点是: 饱和磁感应强度值在15000Gs 左右;磁导率范围从14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度,最高的直流偏压能力;磁芯体积小。
主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在DC 电路中常用,高DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。
价格低于MPP。
3、铁硅铝粉芯(Kool Mμ Cores)铁硅铝粉芯由9%Al, 5%Si, 85%Fe 粉构成。
主要是替代铁粉芯,损耗比铁粉芯低80%,可在8KHz 以上频率下使用;饱和磁感在1.05T 左右;导磁率从26~125;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生;比MPP 有更高的DC 偏压能力;具有最佳的性能价格比。
主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。
有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。
4、软磁铁氧体(Ferrites)软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物,采用粉末冶金方法生产。
有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn 等几类,其中Mn-Zn 铁氧体的产量和用量最大,Mn-Zn 铁氧体的电阻率低,为1~10 欧姆-米,多适于10K-500KHz频率,较低功率的应用。
Cu-Zn、Ni-Zn 铁氧体的电阻率为102~104 欧姆-米,在100kHz~10 兆赫的无线电频段的损耗小,多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。
磁芯形状种类丰富,有E、I、U、EC、ETD 形、方形(RM、EP、PQ)、罐形(PC、RS、DS)及圆形等。
在应用上很方便。
由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率,粉末冶金方法又适宜于大批量生产,因此成本低,又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感,在应用上很方便。
而且磁导率随频率的变化特性稳定,在150kHz 以下基本保持不变。
随着软磁铁氧体的出现,磁粉芯的生产大大减少了,很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。