第二节 铁磁材料的磁性能和分类
铁磁材料的磁化曲线及其分类
本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述 明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分 “重计 算”及“重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的 递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续 课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文 印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时 数。适用于应用型本科及高职高专电力类、自动化类、 机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专 业。
i 这时B 随H（随 ）迅速增长；
在磁路进入磁饱和以后，绝大部分磁畴已经转向，再
i 增加H（增加 ），磁畴贡献的附加磁场B′不再增加，此
时增加的B仅为电流本身产生，曲线2上升的斜率几乎与曲 线1相同，导致µ值下降。
进入磁饱和的铁磁材料其特性与非磁性材料 相近，丧失了高导磁性能，所以通常要求铁磁材 料工作在磁化曲线的b点附近。
此闭合曲线称为磁滞回线。当线圈处于交变电流作用时， 铁心将沿磁滞回线反复磁化→退磁→反向磁化→反向退磁。
8.2.3基本磁化曲线
一组磁滞回线正顶点的连Байду номын сангаас称为基本磁化曲线。 基本磁化曲线是磁路设计、计算的依据 。
8.2.4 铁磁材料的分类
软磁材料——硅钢、坡莫合金、铸铁、铸钢、纯铁等， 其磁滞回线狭长，矫顽力、剩磁和磁滞损耗较小，是变压 器、电机铁心的材料，其基本磁化曲线与磁滞回线近似程 度较好。
oa 段 B 随 H 缓慢上升， 较小。 ab 段 B 随 H 迅速增长，反映铁磁材料的高导磁性， 较大。 bc 段 B 的增长又趋缓慢，c点称为曲线的磁饱和点， 下降。 cd 段则进入较深磁饱和，这时 B 随 H 仅略有增加。 更小。
B
H
“磁饱和”的含义是“磁路进入磁饱和后，增加励磁电流，
磁粉检测技术：铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
当H= 0时，B =Br 叫剩
磁.
当H反向=Hc时，B =0.
Br
Hc叫矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力.
磁滞回线：铁磁质在交变磁场内反复磁
化的过程中，其磁化曲线是一个具有方 向性的闭合曲线.
P
4
B Bm
2 Q• 3•0 6
• Q
5
Hc
1P
+ Hm H
B—H曲线形成一个闭合曲线， α-反映铁磁性材料被磁化的难易程度.
B-H曲线和μ-H曲 线
B
a O
Q b
ms
B f (H) μFe f (H )
H
一、铁磁性材料磁化机制
B-H曲线和μ-H曲 线
连续法磁化时，磁场值必须大于Hμm·
标准磁化规范在“bQ”段(H1~H2) ，又叫近饱和 区严格磁化规范在“Qm”段(H2~H3) ，又叫基本饱和 区。
一、铁磁性材料磁化机制
磁粉检测
铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
一、铁磁性材料磁化机制
铁磁质的磁化机制 磁畴: 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域（磁畴宽度 10-3cm）。
磁化机制：无外场时，各磁畴排列无序，对外不显磁性 有外场时，各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列。
一、铁磁性材料磁化机制
磁畴的变化可用金相显微镜观测
H =0 H
软磁材料
硬磁材料
矩磁材料
二、磁场中的物质
磁介质的分类 磁介质——能与磁场产生相互作用的物 质 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
B Bo B 附加磁场
Bo-电流在真空中激发的磁感应强度
B'-附加磁感应强 度 （1）顺磁质 B B0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铁磁材料的磁化与磁化曲线
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
磁性材料的磁性能
磁性材料的磁性能1、高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即m r 1 ( 如坡莫合金，其m r 可达2 ′10 5 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。
在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
2、磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。
当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。
如图B - H 磁化曲线的特征：O a 段：B 与H 几乎成正比地增加；ab 段：B 的增加缓慢下来；b 点以后：B 增加很少，达到饱和。
有磁性物质存在时，B 与H 不成正比，磁性物质的磁导率m 不是常数，随H 而变。
有磁性物质存在时，F 与I 不成正比。
磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。
3、磁滞性磁滞性：磁性材料中磁感应强度 B 的变化总是滞后于外磁场变化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B - H 关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。
剩磁感应强度B r ( 剩磁) ：当线圈中电流减小到零( H =0) 时，铁心中的磁感应强度。
矫顽磁力H c ：使B = 0 所需的H 值。
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1) 软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。
一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。
常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。
(2) 永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。
一般用来制造永久磁铁。
常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。
(3) 矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。
在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
常用的有镁锰铁氧体等。
铁磁材料的微观结构及磁性研究
铁磁材料的微观结构及磁性研究第一章引言铁磁材料是指在外加磁场下表现出明显的磁性，且可以保持较长时间的永久磁性。
该类材料在电机、电子、通讯等领域具有广泛的应用。
因此，了解铁磁材料的微观结构和磁性的研究具有重要的理论意义和应用前景。
本文将从铁磁材料的微观结构和磁性两个方面进行研究。
第二章铁磁材料的微观结构2.1 铁磁材料中的基本单元铁磁材料中最基本的单元是磁畴，磁畴内部的磁向是均匀的，但相邻磁畴的磁向方向不同。
磁畴大小取决于材料的性质以及外界磁场的大小和方向。
2.2 磁畴的形成在没有外界磁场的情况下，铁磁材料中，磁畴的大小是随机的。
当加入外界磁场时，由于铁磁材料中存在磁各向异性，即材料中磁性取向的方向并非各向同性，会导致磁畴在特定方向上逐渐扩大，最终整个材料成为一整个磁畴。
2.3 磁畴壁由不同方向的磁畴构成的磁畴壁，是铁磁材料中具有影响力的微观结构之一。
在磁畴壁中，磁向有较大的弯曲，形成一定的磁场梯度。
磁畴壁中的这种磁场梯度不仅可以影响磁畴的运动，还能影响材料的磁学性质。
第三章铁磁材料的磁性研究3.1 铁磁材料的永磁铁磁材料中的永磁性能主要是由微观结构中的磁畴和磁畴壁组成，其永久磁矩的产生与材料的磁各向异性强相关。
磁各向异性用于描述不同磁向的能量差异。
通过材料的光学及电学性质等方面变化研究研究不同磁向能量差异、磁各向异性的变化及分布，进而分析材料磁性能的产生。
3.2 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线是描述铁磁材料磁化与反磁化过程中磁场强度和材料磁化强度之间关系的重要指标，磁滞回线是由材料磁滞效应引起。
磁滞回线特征的分析可以更深层次的研究铁磁材料的磁性质，并且可以预测铁磁材料在不同条件下磁性的表现。
3.3 铁磁材料的超顺磁性当外界磁场作用于铁磁材料中微小的磁颗粒时，当磁颗粒的大小越小时，其磁矩越容易随热运动的引动而产生快速磁翻转现象，使磁颗粒不再具有永久磁性。
这时，铁磁材料的磁性质就表现出超顺磁性。
第二节常用的铁磁材料及其特性
第二节常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料有：铁、钢和铁氧体等。
它们具有铁磁性，即在外加磁场作用下会发生磁化现象，且具有磁滞回线的特性。
铁是最常见的铁磁材料之一，其主要成分是铁元素。
铁的晶体结构为面心立方结构，其电子自旋排列的原因以及自旋向上和向下的不平衡导致了其铁磁性。
铁磁材料的磁性取决于晶体的晶粒大小、形状和组织状态等因素。
通常情况下，铁具有较高的磁导率，可以作为电感、电机、发电机等电磁设备中的磁心材料。
钢是铁磁材料中最重要的一种。
它是由铁和碳组成的合金，其中碳的含量通常在0.2%~2.1%之间。
钢的铁磁性主要取决于晶体结构、碳含量和加工工艺等因素。
钢具有高的磁导率、高磁强度和低的磁滞损耗，可以作为电机、变压器、电磁铁等电磁设备的核心材料。
铁氧体是一种由氧化铁（Fe3O4）组成的复合材料，它是一种陶瓷材料。
铁氧体的铁磁性主要是由其中的铁离子和氧离子之间的磁性耦合作用所导致的。
铁氧体具有良好的耐磁性、高的饱和磁感应强度和较低的磁滞损耗，可以作为励磁线圈、磁记录和磁芯等应用于电子器件和通信设备中的磁性材料。
这些铁磁材料在应用中具有一些共同特性。
首先，它们都具有较高的饱和磁感应强度，即在外加磁场强度达到一定值后，材料的磁化强度将不再增加。
其次，它们都具有一定的磁滞回线特性，即在外加磁场强度发生变化时，材料的磁化强度也会随之变化，但在去磁场后，材料的磁化强度不会完全恢复到无磁场时的状态。
最后，这些材料都可以通过改变加工工艺或添加其他元素来调整其磁性能，以适应不同的应用需求。
总的来说，铁、钢和铁氧体等铁磁材料在电磁设备和通信设备中具有广泛的应用，它们的磁性能取决于材料的组织结构和物理性质。
随着科技的不断进步，铁磁材料的性能得到了不断提升，使得电磁设备和通信设备在功能上、性能上都得到了显著的提升。
铁磁材料的结构和性质
铁磁材料的结构和性质铁磁材料是一类具有独特性质的材料，它们具有极高的磁性，可以用于电机、电磁铁、磁盘等众多领域，是现代工业生产中不可或缺的一部分。
本文将探讨铁磁材料的结构和性质，以期让读者更深入地了解和认识这类材料。
一、铁磁材料的结构铁磁材料的结构是由铁、钴、镍等元素和其他辅助元素组成的晶粒结构。
在外界磁场的作用下，铁磁材料的结构会呈现一定的方向性，在磁化前具有无定形结构，在磁化后具有一定的晶体结构。
铁磁材料的晶体结构可以分为两大类，一类是立方晶系结构，另一类是六方晶系结构。
其中，立方晶系结构的代表材料是钻石型金刚石，六方晶系结构的代表材料是六方晶系铁磁材料。
铁磁材料的结构和成分会对其磁性产生影响，因此研究铁磁材料的结构是理解其性质的关键。
二、铁磁材料的性质铁磁材料具有极高的磁性，可以用于制造各种磁性设备，如磁盘、电机、电磁铁等。
铁磁材料的磁性主要体现在两个方面，一是饱和磁感应强度，二是磁滞回线。
饱和磁感应强度是铁磁材料磁化过程中磁场强度逐渐增大，最终达到最大值的过程。
饱和磁感应强度越大，表示铁磁材料磁化后获得的磁感应强度越高。
常用的铁磁材料饱和磁感应强度很高，达到1.6-2.4特斯拉。
磁滞回线是指铁磁材料在撤去外部磁场时，磁感应强度不随磁场变化而变化的过程。
铁磁材料的磁滞回线可以用来描述材料的磁性能和储存能力。
铁磁材料的磁滞回线形状不同会影响其应用效果。
除了磁性外，铁磁材料还具有一些其他的性质。
例如，铁磁材料具有一定的导电性和热稳定性，适用于在高温和高频环境下的使用。
此外，铁磁材料还具有可控磁性、高磁导率和高储能等特性，使其得到广泛应用。
三、铁磁材料的应用领域铁磁材料的应用领域非常广泛，例如在电机、变压器、磁盘、电磁铁等领域都有应用。
其中，电机应用场景最为广泛。
铁磁材料在电机的应用中，可以实现较高的功率密度和效率、更小的体积、更低的故障率和更长的寿命。
铁磁材料在磁盘存储领域也有着广泛的应用。
铁磁颗粒有着较高的磁性能，可以用来制造高密度数据存储设备，如硬盘等。
磁性材料的分类
四、磁性材料旳分类:
1、软磁材料： 软磁材料旳特征：
（1）高旳µi和高旳µmax （2）低旳Hc （3）高Ms和低Br （4）低旳铁损 （5）低旳磁滞伸缩系数 （6）低旳磁各向异性常数
2、硬磁材料： 硬磁材料旳特征：
（1）高旳Br和Mr （2）高旳Hc （3）高旳(BH)max （4）高旳稳定性
于TN时，它旳行为是顺磁性旳，磁化率与温度旳关系服 从居里-外斯定律。反铁磁性物质：过渡族元素旳盐类
及化合物，如MnO、CoO等。
O
H
(4) 铁磁性：磁化率是尤其大旳正数，量级101~106。在某个 临界温度TC 下列，虽然没有外加磁场，材料中也会产生自 发旳磁化强度。在高于TC 旳温度，它变成顺磁体，磁化率 服从Curie-Weiss 定律。11个纯元素晶体具有铁磁性：Fe， Co，Ni, Gd, Td, Dy, Ho, Er,Tm,面心立方Pr，和面心立方旳 Nd。
（Si，P和S等）。
(2) 顺磁性：磁化率是数值比较小旳正数， M
量级10-3~10-6。顺磁性物质：大部分金属、稀
土金属、铁族元磁性：此类材料旳磁化率是小旳正数。在温度
低于反铁磁转变温度－Néel温度TN 时，χ随温度旳降低
而下降，而且它旳磁化率同磁场旳取向有关；在温度高 M
(5)亚铁磁性：宏观磁性和铁磁性相同，量级100~103。 在温度低于TC 时旳磁化率不如铁磁体那么大，它旳自 发磁化强度也没有铁磁体旳大。经典旳亚铁磁材料是 铁氧体，如Fe3O4。
二、五种磁性物质旳磁化率-温度曲线
抗磁性
顺磁性
反铁磁性
Tp
铁磁性
Tp 亚铁磁性
1.3 磁性和磁性材料旳分类
三、五种磁性物质旳磁构造
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Ⅰ、复习引入：
1、什么是磁场？如何判断磁场方向？
2、磁场有哪些基本物理量？
本次课我们一起学习能产生磁场的铁磁材料的磁性能和分类。
Ⅱ、新课讲授：
第二节铁磁材料的磁性能和分类
一、铁磁材料的磁性能
1、高导磁性：磁导率可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中
通入较小的电流即可获得较大的磁通。
2、磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。
3、磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。
二、铁磁材料的分类：
1、软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。
2、硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。
3、矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性
仍保持，磁滞回线几乎成矩形。
下图是磁滞回线图
B。