2020-09-24 21:44:32

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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。

具有磁滞回线窄而陡,磁化过程接近可逆,磁滞损耗小,高磁导率,低矫顽力的特点。如矽钢片、工业纯铁、纯碳钢等。

基本信息

  • 中文名称

    软磁

  • 外文名称

    soft magnetic

  • 特点

    低矫顽力和高磁导率

折叠 编辑本段 术语简介

具有低矫顽力的磁性材料,亦称高导磁材料。在电力工业中用于制造电机、变压器等电器设备的铁芯。在电子工业中用于制造各种磁性元件,广泛应用于电视、广播和通信等方面。这类材料具有饱和磁通密度高,磁导率高,磁滞回线呈狭长形、面积小,磁滞损耗小,剩磁及矫顽力小等特性。用于交流场合时要求涡流损耗及磁滞损耗小。常用的有纯铁、低碳钢、硅钢片、坡莫合金、铁氧体等。

(1)纯铁、低碳钢:磁导率高、加工性能好。但涡流损耗大,只宜用于直流铁芯。

(2)硅钢片、硅钢带:电阻率高,涡流损耗小。但质脆、加工性能差。片状叠合或卷成环状使用,片间浸绝缘漆或形成氧化层以减小涡流损耗。

(3)坡莫合金:铁镍合金的统称,具有很高的磁导率。用于精密仪表、记录磁头等或要求体积小的场合。

(4)铁氧体:以Fe2O3为主要成分,掺合Mn-Zn或Ni-Zn等,用粉末冶金法压制成锰锌铁氧体或镍锌铁氧体,其电阻率高,高频损耗小,前者用于1MHz以下,后者用于微波频率。工作频率越高则其磁导率越低。铁氧体属于亚铁磁性材料,磁导率低于铁磁材料。

当磁化发生在Hc不大于1000A/m,这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料,可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度

软磁材料主要特点:软磁材料(soft magnetic material)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 。

折叠 编辑本段 分类应用

软磁材料可分为金属软磁材料、铁氧体软磁材料和磁介质三大类。其中金属软磁又分为电 磁纯铁、硅钢片、铁镍合金和铁铝合金四类。

软磁材料的种类、特点和应用范围如下表。

软磁材料种类、特点和应用范围
种类主要特点应用 范 围
电磁纯铁含碳量在0.04%以下,饱和磁感应强度大,冷加工性好。但电阻率

小,铁损大,有磁时效现象

一般用于直流磁场
硅钢片与电工纯铁相比,电阻率增大,铁损减小,磁时效基本消除。但导热

系数降低,硬度增大,脆性增大

电机、变压器、继电器、互感器、开

关等产品铁芯

铁镍合金与其它软磁材料相比,在弱磁场下,磁导率大,矫顽力小,但对应力

比较敏感

频率在1MHz以下,弱磁场中工作

的器件

铁铝合金与铁镍合金相比,电阻率大,重量轻,但磁导率小。随含铝量的增加

硬度和脆性加大,塑性变差

弱磁场和强磁场下工作的器件
软磁铁氧体是金属氧化经陶瓷工艺形成的烧结体,电阻率极大,涡流损耗极小。

饱和磁感应强度较小,温度稳定性较差

高频或较高频率范围内,功率不太

大的磁性元件

磁介质由金属软磁材料的粉末经绝缘材料胶合而成,涡流损耗小,稳定性

好,价高

低频或高频范围弱磁场下工作的

器件

折叠 编辑本段 发展简史

软磁材料在工业中的应用始于19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20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20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40年代到60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70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。

折叠 编辑本段 发展趋势

电子信息产业的高速发展,对高频电感元件(如高频变压器、小型电感器等)也提出了各种新的要求,随之也要求改进和提高作为电感元件的主要组成部分--铁氧体磁芯的性能。

因此,对软磁铁氧体材料磁芯元件也提出了更高的材料标准和要求,如元器件的小型化、片式化、高频化、高性能、低损耗等。

在软磁铁氧体中,目前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(如AC-DC、DC-AC 变换器)及显示器回扫变压器等;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。据报导,这两种材料的产量已经占全部软磁铁氧体总产量的60%以上。

对功率铁氧体材料的主要要求是:较高的磁导率(mi2000)、高的居里温度(Tc)、高表观密度(d)、高饱和磁感应强度(Bs)和高频下的超低磁芯损耗(Pc)。对高磁导率铁氧体材料的主要要求是:高的磁导率(mi12000)、高表观密度(d)、高频低场下低的磁芯损耗(tand/mi)和优良的频率扩展特性(f-L)。对铁氧体磁芯元件本身的主要要求是:最佳的电磁性能及性能的一致性、精确的机械尺寸及足够的机械强度和良好的工艺质量(包括外观质量和外形缺陷等)。

纵观近几年各国软磁铁氧体生产量的变化可以看出,世界软磁铁氧体的生产格局已经发生了很大变化。今后几年,日本、美国和西欧各国的软磁铁氧体生产虽然将继续保持负增长,但为充分利用亚太地区廉价的劳动力资源和原材料资源,这些国家的一些企业,如:Philips、Siemens、TDK、TOKIN、FDK、日立、川铁等在该地区(主要集中在中国大陆、台湾,印度以及东南亚各国)建立的铁氧体工厂(主要生产MnZn 铁氧体)的产量却不断增加,并且,这些企业向亚洲转移其生产工厂的趋势也正在加剧。发达国家铁氧体工厂的大量涌入,势必将会进一步加剧该地区在软磁铁氧体生产上的竞争。

总之,软磁材料今后仍将沿着高 Bs、高m、高Tc、低Pc、低Hc 和高频化、小型化、薄型化方向发展,以满足磁性元件的日益薄膜化和小型化,甚至集成化的趋势。

在今后10 年内,软磁铁氧体材料重点要发展高频低功耗、高磁导率材料和片式化的表面贴装元件;在非晶软磁合金磁记录材料及高频软磁合金方面则重点发展纳米材料。

在软磁材料的发展过程中,20 世纪30 年代前为金属软磁的一统天下,五六十年代为软磁铁氧体的黄金时代;自从70 年代初开发成功非晶态软磁合金,80 年代末期开发成功纳米晶软磁材料以来,相继又发现了许多高起始磁导率和低矫顽力的纳米晶软磁材料,近年来又开发了许多高频特性优良的纳米颗粒结构的软磁材料。

90 年代以来,纳米结构的金属磁性材料的崛起,已经成为软磁铁氧体有力的竞争者。目前传统的铁氧体软磁材料正朝着提高综合性能指标的方向发展。

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