软磁材料的分类
软磁材料分类
软磁材料分类软磁材料是一类在外加磁场下表现出较高磁导率和低磁滞的材料，通常用于电子设备中的电感器、变压器、传感器等领域。
根据其性能和应用特点，软磁材料可以被分为不同的分类。
本文将对软磁材料的分类进行介绍和解析。
首先，软磁材料可以根据其化学成分来进行分类。
常见的软磁材料包括硅钢片、镍铁合金、铁氧体等。
硅钢片是一种铁基合金，其主要成分为铁和硅，具有较高的导磁率和低的磁滞损耗，被广泛应用于电力变压器和电机中。
镍铁合金是由镍和铁组成的合金材料，具有优异的软磁性能和热稳定性，常用于高频变压器和传感器中。
铁氧体是一类氧化铁化合物，具有良好的磁导率和较低的磁滞损耗，常用于微波器件和磁存储器件中。
其次，软磁材料还可以根据其晶体结构来进行分类。
根据晶体结构的不同，软磁材料可以分为多晶材料和非晶材料两大类。
多晶材料是指晶粒尺寸在微米级别的材料，具有较高的饱和磁感应强度和低的磁滞损耗，适用于高频变压器和电感器件。
非晶材料是指晶粒尺寸在纳米级别的材料，具有优异的软磁性能和较低的润滑损耗，适用于高频电感器和传感器件。
此外，软磁材料还可以根据其制备工艺来进行分类。
根据制备工艺的不同，软磁材料可以分为烧结材料和沉淀材料两大类。
烧结材料是指通过粉末冶金工艺将原料粉末烧结成块状材料，具有较高的饱和磁感应强度和优异的磁导率，适用于高功率电感器和变压器。
沉淀材料是指通过化学沉淀法将原料溶液沉淀成薄膜或纳米颗粒，具有良好的软磁性能和较低的润滑损耗，适用于微型传感器和存储器件。
综上所述，软磁材料的分类主要包括化学成分、晶体结构和制备工艺三个方面。
不同类型的软磁材料具有不同的性能和应用特点，可以根据具体的工程需求选择合适的材料。
随着科学技术的不断进步，软磁材料的分类和应用将会得到进一步的拓展和深化，为电子设备的发展提供更多的可能性和选择空间。
铁心材料的种类与使用
铁心材料又称为软磁材料，软磁材料可以大致分为两类：①金属软磁材料；②以氧化铁为主原料的铁氧体软磁材料。
这些软磁材料的饱和磁通密度BS 和频率为IkHz 时Bm=0.1T 的铁损Wl/lk 的关系如所示。
主要软磁材料的饱和磁通密度BS 和铁损Wl/lk ,可以看到，频率IkHz 时，高BS 方面，波明德合金有优势；低铁损方面，则纳米晶软磁合金和PC 型坡莫合金(高磁导率材料)比较有优势。
(2)主要的电机铁心材料A.无取向电工钢电机铁心材料用得最多的是无取向电工钢，其在铁元素中添加质量分数为1%~3%的硅元素，表面施加绝缘涂层。
特征：①超过2T 的饱和磁通密度；②比较好的磁特性；③加工容易；④价(8W 至)--︑_* ≡^0.5恒和磁通悔度Λ√T格低。
是最广泛使用的电机铁心材料。
无取向电工钢的全世界年产量超越一干万吨，作为电机用铁心材料具有压倒性的市场份额。
B.6.5%硅元素无取向电工钢在铁中添加质量分数为6.5%硅元素的无取向电工钢（记为6.5%Si-Fe）,其表面为绝缘涂层。
它的磁致伸缩系数几乎为零，以铁损为代表的磁特性得到了大幅改善，加工中的磁特性劣化程度较小。
6.5%Si-Fe与通常的无取向电工钢不同，它不能进行压延加工。
因此，无取向电工钢通常是使用化学气相沉积法（CVD）使硅元素扩散至6.5%来制造的。
供应商目前全球只有一家（JFE钢铁）,其年供应量以千吨计。
此外，在质量相当的情况下，6.5%Si-Fe的价格通常是无取向电工钢的10倍左右，价格较高。
C.PB型坡莫合金一般使用的PB型坡莫合金是质量分数为40%~50%的擦和铁的合金，板厚为0.05~2.0mm,最大宽度可达40Omm。
与无取向电工钢相比，它的铁损更小，容易加工。
PB型坡莫合金由于使用了价格较高的镖，因此在质量相当的情况下其价格通常是无取向电工钢的几十倍，价格更高。
D.波明德合金一般使用的波明德合金是质量分数为49%的钻、质量分数为2%的钢和铁的合金，板厚为095~2.0mm,最大宽度可达200mmβ不仅加工困难，而且由于饱和磁致伸缩系数极大（达到70X10-6）,加工应力将导致其磁特性大大劣化。
软磁材料
需求量最大及对性能改进要求最为迫切的材料是高频低功率损耗铁氧体材料和高磁导率铁氧体材料。高频低 功率损耗铁氧体材料主要用于各种高频小型化的开关电源及显示器、变压器等。高磁导率铁氧体材料则主要用于 宽带变压器、脉冲变压器用抗电磁波干扰器件等。
新软磁体
软磁铁氧体
软磁铁氧体的特点是：饱和磁通密度低，磁导率低，居里温度低，中高频损耗低，成本低。前三个低是它的 缺点，限制了它的使用范围，现在(21世纪初)正在努力改进。后两个低是它的优点，有利于进入高频市场，现在 (21世纪初)正在努力扩展。
以100kHz，0.2T和100℃下的损耗为例，TDK公司的PC40为410mW/cm3，PC44为300mW/cm3，PC47为 250mW/cm3。TOKIN公司的BH1为250mW/cm3，损耗不断在下降。国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3。
磁导率是软磁铁氧体的弱项。现在(21世纪初)国内生产的产品一般为左右。国外TDK公司的H5C5，Philips 公司的3E9，分别达到和。
采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究，值得注意。用这种方法的试验结果表明，可以大大降低铁氧体的制 造能耗和成本。国内已有试验成功的报导。
研究进展
近年来，出现了采用电驱动装置和电子控制装置实现产品的驱动、自动控制和多功能化的趋势，关键的核心 材料之一就是软磁材料。软磁材料在各种器件中起到能量耦合传递及转换的作用。在能源日趋紧缺和环境问题日 趋严重的今天，降低软磁材料的损耗提高磁芯效率，在节约能源及控制环境污染等方面具有重大意义。
软磁材料
软磁材料基本知识一、软磁材料的发展及种类1.软磁材料的发展软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。
随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。
到二十世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。
直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。
到二十年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。
从四十年代到六十年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。
进入七十年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。
2.常用软磁磁芯的种类铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。
按(主要成分, 磁性特点, 结构特点) 制品形态分类:1). 合金类：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金2). 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）3). 铁氧体类：算是特殊的粉芯类， 包括：锰锌系、镍锌系常用软磁材料的分类及其特性(Soft Magnetic Materials)二、软磁材料的分类介绍(一). 合金类1.硅钢硅钢是一种合金，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20000 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。
关于磁性材料充磁及充磁工装的搭配
成品的磁性材料磁性能测试2－磁通量测试
在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个 平面的磁通量，简称磁通（Magnetic Flux）。标量
⚠ 磁通量的单位是Wb，1Wb=1T*m^2=1V*S，由此，1V=1Wb/s。
磁通测试法的优点
▲衡量磁体磁性用磁矩M这个物理量，就解决了一个磁体无论在哪里，用哪台磁矩计或亥姆霍兹线圈，其测 得的磁矩值是一样的，这对磁体参数的技术交流和产品贸易带来了极大的方便。
磁矩的测试方法
▲不同的亥姆霍兹线圈具有不同的线圈常数C ▲磁矩 M ＝线圈常数C × 磁通Φ； ▲磁矩测试仪：一台可以输入线圈常数C的
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成品的磁性材料磁性能测试1－表磁测试
表磁测试
▲测量磁体表面的磁感应强度B（磁通密度）用霍尔传 感器配特斯拉计测得； ▲测试范围：某个点的磁感应强度；
表磁测试法的缺点
1. 磁体表面不同位置磁感应强度不一，手工测难定位，人为因素大。 2. 因霍尔元件封装及表棒制作工艺差异，导致不同厂家生产的仪表尽管都以校准，但实际应用起来差异大。 3. 表磁的大小并不对应于：剩磁，磁矩，吸力等磁体固有的属性。
3. 常见的硬磁材料－烧结钕铁硼
3-1 烧结钕铁硼－我们接触最多，应用最广的强磁材料，一般呈各向异性，其制造流程如下：
钕 (Nd)
铁(Fe)
＋
＋
硼(B)
熔炼
铸片
制粉 ＋
钕 (Nd)
铁(Fe)
硼(B)
熔炼
铸片
制粉
铽Tb镝Dy
取向成型
真空烧结
毛胚
加工成各种成品／电镀
2
关于磁性材料
磁性材料及其应用
磁致伸缩可用于制备称重、测力、扭矩 传感器等
四、磁记录材料
我们已经进入信息社会？
“知识大爆炸”？
记忆靠人脑？
磁记录：是使用记录磁头在磁记录介质内写入磁化强度图纹 作为信息存储，用同一或另外记录磁头可从磁化强度图纹读 出所储存的信息。
磁 记 录 的 基 本 过 程
抹音磁头 录音磁头
放音磁头 驱动器
工作缝隙小、磁场分布陡河磁迹宽 度窄，故可提高记录速度和读出分 辨率
磁电阻磁头
利用磁电阻效应制成
磁头材料
合金磁头材料：含钼 坡莫合金和仙台斯特 合金 铁氧体磁头材料：镍锌铁 氧体和锰锌铁氧体
非晶态磁头材料： Co-(Zr， Hf，Nb，Ta，Ti) 二元系合 金薄膜和Co-Fe-B类金属非 晶态薄膜
• 3d过渡金属（T） －非金属系 • 3d过渡金属（T） －金属系 • 过渡金属（T） －稀土类金属（R） 系
软磁材料主要用于动力工程、高性能电子学、通信技术、 航空及空间技术等，来制造磁导体，增加磁路的磁通量，降低 磁阻。
二、永磁材料 永磁材料又称硬磁材料，是用于制造各种永久磁铁的磁性 M 材料。 1、性能特点
改善材料的显微结构，降低杂质和气 孔的含量，增大晶粒尺寸。 降低内应力σ
磁滞回线示意图
3、软磁材料的分类及其应用 软磁材料
金属软磁
铁氧体软磁
非晶及纳米晶软磁
• 电工纯铁 • 硅钢 • 坡莫合金 • 其它软磁合金 （Fe-Al、Fe-Si-Al、 Fe-Co）
• MnZn，NiZn， MgZn等尖晶石型 铁氧体 • Co2Y，Co2Z等平 面六角型铁氧体
有机粘接剂及润滑剂 磁性粉 Al2O3粉/铁丹粉/碳粉
记录层 带基 涂布型磁带结构示例
纳米磁性材料
（2）生成磁性液体的必要条件 ） 生成磁性液体的必要条件是强磁性颗粒要足够小， 生成磁性液体的必要条件是强磁性颗粒要足够小 ， 在致可以削弱磁偶极矩之间的静磁作用， 在致可以削弱磁偶极矩之间的静磁作用 ， 能在基液 中作无规则的热运动。 中作无规则的热运动。 （3） 基液 ） 水基、 煤油基 、 短基 、 二醋基 、 聚苯基 、 硅油基 、 水基 、 煤油基、 短基、 二醋基、 聚苯基、 硅油基、 氟碳基等。 氟碳基等。
5. 纳米磁记录材料
磁性纳米粒子由于尺寸小，具有单磁畴结构， 磁性纳米粒子由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很 用它制作磁记录材料，能使记录密度大大提高， 高，用它制作磁记录材料，能使记录密度大大提高，可比普 通的磁性材料提高10倍以上 还可以提高声噪比， 倍以上； 通的磁性材料提高 倍以上； 还可以提高声噪比，改善图象 质量。 质量。 20世纪 年代，高密度磁记录用的磁粉的尺寸就已进入到纳 世纪80年代 世纪 年代， 米尺寸，例如： 米尺寸，例如： 磁粉尺寸给为200nm×35nm， （1） 性能优良的 ） 性能优良的CrO2磁粉尺寸给为 × ， （2） 铁或其合金磁粉的尺寸给为 ） 铁或其合金磁粉的尺寸给为20nm，并制成高密度的金 ， 属磁带， 属磁带， 年代发展起来的掺Co、 的钡铁氧体 的钡铁氧体（ （3） 90年代发展起来的掺 、Ti的钡铁氧体（BaFe12O19） ） 年代发展起来的掺 典型的颗粒尺寸为六角片形，直径50nm，厚20nm， 典型的颗粒尺寸为六角片形，直径 ， ， （4） 近年来，又研究氮化铁、碳化铁等类型的纳米磁粉。 ） 近年来，又研究氮化铁、碳化铁等类型的纳米磁粉。
1963年 ， 美国国家航空与航天局的帕彭首先 采用油酸为表 年 美国国家航空与航天局的帕彭首先采用油酸为表 面活性剂，把它包覆在超细的Fe3O4微颗粒上(直径约为l0m)， 面活性剂，把它包覆在超细的Fe 微颗粒上(直径约为l m)， 并高度弥散于煤油(基液) 从而形成一种稳定的胶体体系。 并高度弥散于煤油(基液)中，从而形成一种稳定的胶体体系。 在磁场作用下， 在磁场作用下，磁性颗粒带动着被表面活性剂所包裹着的液体 一起运动，好像整个液体具有磁性，于是，取名为磁性液体 磁性液体。 一起运动，好像整个液体具有磁性，于是，取名为磁性液体。
软磁材料分类
软磁材料分类
软磁材料根据其磁性质和应用领域可以分为以下几类：
1. 铁氧体：具有高磁导率和饱和磁化强度的材料，广泛用于电感器、变压器、电机和磁芯等领域。
2. 镍铁合金：具有低矫顽力和高磁导率的材料，常用于制造磁头和传感器等电子器件。
3. 铁镍合金：具有高磁导率和大的磁滞回线面积的材料，适用于制造高灵敏度和大输出信号的磁强计和磁导传感器等应用。
4. 铁硅合金：具有高电阻率和高磁导率的材料，用于制造电感线圈和电磁铁等应用。
5. 铁铝合金：具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的材料，常用于制造高频电感器件和磁芯。
6. 铁钡合金：具有高相对磁导率和低矫顽力的材料，用于制造大功率电感器、变压器和磁芯等。
7. 铁碳合金：具有较高矫顽力和低磁导率的材料，常用于制造磁性弹簧和磁芯等。
以上是一些常见的软磁材料分类，每种软磁材料都有其特定的应用领域和优势。
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软磁材料的分类
具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。
应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。
软磁材料种类繁多，通常按成分分为：
①纯铁和低碳钢。
含碳量低于0.04％，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。
其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。
②铁硅系合金。
含硅量 0.5％～ 4.8％，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。
在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。
随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。
③铁铝系合金。
含铝6％～16％，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。
④铁硅铝系合金。
在二元铁铝合金中加入硅获得。
其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。
缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。
主要用于音频和视频磁头。
⑤镍铁系合金。
镍含量30％～90％，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。
其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。
⑥铁钴系合金。
钴含量27％～50％。
具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。
适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。
⑦软磁铁氧体。
非金属亚铁磁性软磁材料。
电阻率高（10-2～1010Ω·m），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件（见铁氧体）。
⑧非晶态软磁合金。
一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。
其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。
此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。
⑨超微晶软磁合金。
20世纪80年代发现的一种软磁材料。
由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。
现主要研究的是铁基超微晶合金。