常用的铁磁材料及其特性
铁磁材料及其磁化特性
磁畴合并
随着外磁场增强，相邻的磁畴会逐渐合并，形 成一个大的磁畴。
饱和磁场
使铁磁材料完全磁化所需的最低外磁场强度称为饱和磁场。
03
铁磁材料的磁化特性
磁导率与磁化率
磁导率
描述铁磁材料在磁场中的磁化程度，与材料的磁化率有关。
磁化率
表示材料被磁化的难易程度，其值越大，材料越容易被磁化。
磁滞回线与矫顽力
磁晶各向异性是指铁磁材料在磁化过 程中，其磁畴结构和磁化行为与晶体 结构相关，呈现出各向异性的特点。
不同晶体结构的铁磁材料具有不同的 磁晶各向异性，这决定了其磁畴结构、 磁化强度和磁化过程。了解和利用磁 晶各向异性是设计和优化铁磁材料性 能的关键。
应力与应变对磁化的影响
应力与应变对铁磁材料的磁化特性具有显著影响。当铁磁材料受到外力作用时，其内部应力分布发生 变化，进而影响原子间相互作用和电子云分布，导致磁畴结构和磁化强度的变化。
铁磁材料具有高磁导率、低矫顽 力和高磁能积等特性，使其在磁 场中表现出优异的磁性能。
种类与应用
种类
常见的铁磁材料包括铁、钴、镍及其 合金等。
应用
铁磁材料广泛应用于电力、电子、通 信、航空航天、医疗器械等领域，如 变压器、电机、发电机、磁性记录和 磁悬浮列车等。
历史与发展
历史
铁磁材料的发现和应用可以追溯到19世纪初，随着科技的发展，铁磁材料的性能不断得到优化和提升 。
磁畴的转动与磁化
磁化过程
当外加磁场作用于铁磁材料时，磁畴会逐渐转向外磁 场方向，从而实现磁化。
磁畴转动机制
磁畴转动是通过交换相互作用实现的，即相邻磁畴之 间原子磁矩的交换作用。
磁化速率
磁化速率取决于温度、外磁场强度和铁磁材料的性质。
铁磁质材料的特性及其应用
铁磁质材料的特性及其应用磁性材料的特性及分类磁性材料的概述磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、磁电式仪表、电子汁算机、徽波器件等各方面技术要求的金属、合金以及铁氧体化合物材料。
进性材料和磁学不但在现在有多方面的发展和重要应用，而且也有悠久的历史和广泛的应用领域。
磁现象广泛存在与自然界之中，从微小的基本粒子到宏观的宇宙天体，无不具有磁性.严格地说，一切物质都有磁性，只是强弱程度不同而已.从微观本质上说，物质的磁性都来源于原子中的电子自旋磁矩.大盆的科学研究表明，任何物质都具有磁性，只是有的磁性强，有的磁性弱;任何空间都存在磁场，只是有的磁场高，有的磁场低!19世纪以前，只认为极少数物质有磁性，其他绝大多数物质都无磁性.到19世纪中叶，在自然科学特别是电学和进学发展的基础上，从科学实验中观侧到所研究的物质在磁场中都会受到磁力的作用，一些物质受到的磁力很弱，而且受力方向是在磁场强度减弱的方向，好像是对抗磁场的作用，因此把这种磁性称为抗磁性:另一些物质受到的磁力虽也很弱，但受力的方向却是在磁场强度增强的方向，好像是顺着磁场的作用，因此把这种磁性称为顺磁性:只有少数物质，如铁、钻、镍和它们的一些合金才在磁场中受到很强的磁力吸引作用.由于这些物质的强进性首先是在铁和含铁合金中观侧到的，因此称这种磁性为铁磁性.目前大量应用的是强磁性物质。
简称进性材料.磁性材料包括铁磁性材料、亚铁磁性材料和旋磁性材料，例如各种金属磁性材料是铁磁性材料，多种氧化物磁性材料是亚铁磁性材料.19世纪末到20世纪初，一些物理学家总结了大最的物质磁性试验结果，提出了若干物质磁性的规律和理论.例如，居里抗磁性定律，居里顺磁性定律，朗之万顺磁性理论，外斯铁磁学学说等.正是这些物质磁性的规律和理论，大大促进了磁性材料在实际中的应用和进一步的发展。
目前磁性材料几乎已进入到人类活动的各个领域，并已成为现代化电力和电子工业的重要基础。
磁铁的材质及性能
磁铁的材质及性能一、磁铁的种类磁铁的种类很多，一般分为永磁和软磁两大类，我们所说的磁铁，一般都是指永磁磁铁，永磁磁铁又分二大分类：第一大类是：金属合金磁铁包括钕铁硼磁铁（Nd2Fe14B）、钐钴磁铁(SmCo)、铝镍钴磁铁（ALNiCO）第二大类是：铁氧体永磁材料（Ferrite）1、钕铁硼磁铁：它是目前发现商品化性能最高的磁铁，被人们称为磁王，拥有极高的磁性能，其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。
其本身的机械加工性能亦相当之好，工作温度最高可达200摄氏度。
而且其质地坚硬，性能稳定，有很好的性价比，故其应用极其广泛。
但因为其化学活性很强，所以必须对其表面凃层处理。
(如镀Zn,Ni,电泳、钝化等)。
2. 铁氧体磁铁：它主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19。
通过陶瓷工艺法制造而成，质地比较硬，属脆性材料，由于铁氧体磁铁有很好的耐温性、价格低廉、性能适中，已成为应用最为广泛的永磁体。
3. 铝镍钴磁铁：是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金。
铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状，可加工性很好。
铸造铝镍钴永磁有着最低可逆温度系数，工作温度可高达600摄氏度以上。
铝镍钴永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和其他应用领域。
4、钐钴磁铁（SmCo）：依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17。
由于其材料价格昂贵而使其发展受到限制。
钐钴（SmCo）作为稀土永磁铁，不但有着较高的磁能积（14-28MGOe）、可靠的矫顽力和良好的温度特性。
与钕铁硼磁铁相比，钐钴磁铁更适合工作在高温环境中。
二、磁铁使用注意事项下面是关于磁铁的使用注意事项，在使用磁铁产品之前请您务必先行阅读。
1．磁铁在使用过程中应确保工作场所洁净，以免铁屑等细小杂质吸附在磁铁表面影响产品的正常使用。
2．钕铁硼磁铁适宜存放在通风干燥的室内，酸性、碱性、有机溶剂、水中、高温潮湿的环境容易使磁体产生锈蚀，镀层脱落磁体粉化退磁。
电机中铁磁材料的特性
电机中铁磁材料的特性各类电机都是以磁场作为能量转换的媒介。
而电机中的磁场有的由永久磁铁产生，但大多是由电磁铁产生，我们在线圈中通入电流，电生磁，就会有磁场产生。
我们总是希望线圈中通入较小的电流，然后产生较强的磁场。
我们发现，我们在线圈中放入铁磁材料做成铁芯，相同的电流，会产生比空芯线圈强很多的磁场，为什么放入铁磁材料做成的铁芯磁场会显著增强呢？让我们一起了解一下铁磁材料的特性吧！铁磁材料包括铁、钴、镍及其合金（如电机和变压器中常用的硅钢片）。
非铁磁材料包括铜、铝、绝缘材料和木材等。
一、良好的导电性铁磁材料与电机中常用的导电材料（铜或铝）相比较，虽然其电阻率较大，但是它仍然是一种有较好导电性能的导电材料。
二、高的导磁性能与磁化曲线的非线性为什么线圈内放入铁磁材料做成的铁芯，通入电流后，产生的磁场显著增强呢？因为铁磁物质内部存在许多很小的天然磁化区，叫做磁畴。
这些磁畴用一些小磁铁来代表。
在没有外磁场时，这些磁畴的排列杂乱无章，磁效应相互抵消，对外不呈现磁性，而当有外磁场后，磁畴将翻转且方向渐趋一致形成一个附加磁场，与外磁场叠加，使磁场大大增强。
如图1所示。
图1 磁畴示意图所以当我们把铁磁材料做成的铁芯放入通电线圈后，磁场比空芯线圈的磁场增强了很多。
这也是铁磁材料的导磁系数μFe比非铁磁材料的导磁系数μ0大几百到几千倍的原因。
我们把将铁磁材料放入磁场中，磁场会显著增强，这个现象称为铁磁材料的磁化。
只有铁磁材料才能被磁化，非铁磁材料不能被磁化。
那么将铁磁材料放入外磁场中，铁磁材料磁化之后产生磁场的磁场密度与外磁场的磁场强度有怎样的关系呢？将外磁场作用于铁磁材料，改变外磁场磁场强度H，测出铁磁材料的磁通密度B 与与之对应的外磁场磁场强度H，得到B与H的关系曲线B=f(H)，称之为铁磁材料的磁化曲线。
图2铁磁材料的磁化曲线铁磁材料的磁化曲线如图2所示。
磁化曲线的横轴H为外磁场强度，与形成外磁场的电流I成正比，纵轴B为铁磁材料在外磁场作用下的磁通密度，与铁磁材料的磁通Ф成正比，所以磁化曲线B=f(H)实际上也是Φ=f(I)的关系。
磁性材料的分类以及特点
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。
第二节 常用的铁磁材料及其特性
铁磁物质包括铁、镍、钴等以及它们的合金。将这些材料 放入磁场中，磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很 强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化（图示）。
Fe (2000 ~ 6000 )0
二、磁化曲线和磁滞回线
1．起始磁化曲线
c
d
B
将一块尚未磁化的铁
2．硬磁材料
碰滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的铁磁材 料称为硬磁材料，如图1-11b所示。由于剩磁大， 可用以制成永久磁铁，因而硬磁材料亦称为永磁 材料，如铝镍钻、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。
四、铁心损耗
1．磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化， 磁畴相互不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量 的形式表现出来，造成的损耗称为磁滞损耗。
简称剩磁密度；
Bm a
b
Hc称为矫顽力，
Br
铁磁材料所具有的这种磁
通密度B的变化滞后于磁 场强度H变化的现象，叫
Hm c
Hc
做磁滞。
e
f Hm H
呈现磁滞现象的B-H闭合 回线，称为磁滞回线，
d
Bm
图1-8 铁磁材料的磁滞回线
3．基本磁化曲线
对同一铁磁材料， 选择不同的磁场强度进
B
行反复磁化，可得一系
列大小不同的磁滞回线,
再将各磁滞回线的顶点
联接起来，所得的曲线。
（图示）
基本磁化曲线与起始 磁化曲线的差别很小
基 本 磁 化 曲 线
H
三、铁磁材料
按照磁滞回线的形状不同， 铁磁材料可分为软磁 材料和硬磁 (永磁)材料两大类。
1．软磁材料
磁滞回线窄，剩磁和 矫 顽力都小的材料，称 为软磁 材料，如图1-11a 所示。 常用的软磁材料有电工 硅钢片、铸铁、 铸钢等。 软磁材料磁导率较高。
材料铁磁性的特性表征
1 磁化曲线和磁滞回线
（1）磁化曲线
最大磁导率
B和M急剧上升
初始磁导率：
a
lim
B H
在弱磁场中，B 和M缓慢上升
B缓慢上升 M达到饱和（Ms）
（2）磁滞回线
•剩余磁感应强度（Br） • 矫顽力（Hc）
• 磁滞损耗
•最大磁能积 BH m Bd H d
• 隆起度（凸出系数） BH m
磁弹性能与应力及磁致伸缩系数的关系
磁弹性能与s 的乘积成正比，且随应力与磁化方向的夹角 而改变。 当 = 0°时，E= 0；当 = 90°时， E=1.5 s 。如果s和 均为正值， =0°时能量最小， = 90°时能量最大；如s或为负值， = 0°时能量最 大， = 90°时能量最小。
由此可见，应力也会使材料发生各向异性，称之为应力各向异性，它 也像磁晶各向异性那样影响着材料的磁化。
在交变磁场中，磁滞回线 与在静磁场中不同。 现象：
• 剩磁（Br 、Mr ）下降； • 矫顽力（Hc ）升高；
• 磁滞回线面积增大；
原因：无论是畴壁迁移还是磁矩转动都是以有限的速度进行的，磁化强
度（M、B）的变化通常落后于磁场（H）的变化。
2.2 复数磁导率及能量损耗
设：磁场为正弦变化 H~ Hmeit 则： B~ Bmeit
Br H c
• 回复系数 tan B
H
软磁材料和硬磁材料磁滞回线的差别
硬磁材料（永磁体） 特征：在无外磁场下保持 高的磁化强度。
性能：高的Bs、 Br、Hs、 Hc。
应用：电表、电机、电话 机、录音机、收音机、拾 音器等。 材料： – 马氏体时效钢 – 铸造铝镍、铝镍钴磁钢 – 氧化物铁氧体 – 稀土钴、钕铁硼
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/3/29
三、铁磁材料
1．软磁材料
定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力Hc都小 的材料。
附图1-8a. 常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。
2020/3/29
2．硬磁(永磁)材料
定义：磁滞回线宽、Br和Hc都大的铁磁材 料称为硬磁材料。
2020/3/29
铁磁材料 Fef(H)磁化曲线示意
图1-5. • 应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路内
得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动 势．通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝 点附近．
2020/3/29
2．磁滞回线
示意图: 图1-6. 相关重要概念 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保 留的磁通密B度r 。 矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相 应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫 顽力。
第二节 常用的铁磁材料及其特性
一、铁磁物质的磁化
铁磁物质的磁化 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此 现象称为铁磁物质的磁化。
磁畴示意图1-4.
2020/3/29
二、磁化曲线和磁滞回线
1．起始磁化曲线
定义 :将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化 ，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度 B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化 曲线. 曲线附图1-5.
2020/3/29
磁滞:铁磁材料所具有的这种ห้องสมุดไป่ตู้通密度B的 变化滞后于磁场强度H变化的现象。 磁滞回线:呈现磁滞现象的B-H闭合回线。 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
2020/3/29
3．基本磁化曲线
定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强 度进行反复磁化，可得一系列大小不同的 磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点联接起 来，所得的曲线。
2020/3/29
3．铁心损耗
定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。
表达式: PFePhPe
2020/3/29
附图1-8b.
磁性能指标
剩磁 矫顽力 最大磁能积
2020/3/29
种
类 示 意
永磁材料 种类
图
铸造型 粉末型 铝镍钴 铝镍钴
铁氧体
稀土钴 钕铁硼
2020/3/29
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴 相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗 ，这种损耗称为磁滞损耗。
公式: Ph ChfBm nV
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小， 故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
2020/3/29
2．涡流损耗
相关概念—涡流：环流在铁心内部围绕磁通 作旋涡状流动。 涡流示意图1-9. 定义:涡流在铁心中引起的损耗。
公式: Pe Ce2f2Bm 2V
应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心 都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。