软磁材料性能PPT课件
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磁性功能材料(ppt 72张)
χ ：10-2-10-4
反铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
反铁磁性：
磁化率和温度的关系在涅耳点(TN)有一转折。在TN点以下 为反铁磁性,χ 随温度升高而升高。在TN以上，χ随温度 升高而下降，表现如顺磁性行为。 反铁磁性物质中有A、B两个次晶格，其原子磁矩反平行 排列，且大小相等，自发磁化强度相互抵消，总磁矩为零。
抗磁性
物 质 磁 性 分 类 与外加磁 场的关系 顺磁性 反铁磁性 亚铁磁性 铁磁性
⑴ 抗磁性
χ： －（10-5 – 10-6 ）
抗磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
抗磁性： 磁化率小于零，在外磁场的作用下产生一个与 外磁场方向相反且很小的附加磁场，其值和温 度无关。 抗磁性物质：He，Ne，Ar，H2，N2，C，Si， Ge等
（二）基本磁性参量 磁场强度(H)： 电流强度为i的电流在一个每米有N匝线圈的无 限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度 H 为：
HNi
距离永磁体r处的磁场强度 H 为：
2 H km r / r l 0
m1为磁极的磁极强度，；r0是r的矢量单位； 磁化强度(M，σ): 单位体积磁性材料内原子磁矩的矢量和
Cr、Mn以及含有Cr、Mn的一些合金是反铁磁性的。
(4)
铁磁性
χ ：102-106
铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
铁磁性：
在不大的磁化场下，该物质有较高的磁化强度，并达到饱和 状态； 磁化率随磁场非线性变化； 饱和磁化强度随温度升高而下降，并在一定温度Tc（居里温 度）下，铁磁性消失，变成顺磁性。 铁磁性物质： ①Fe、Co、Ni等纯金属。某些稀土元素如Gd（钆gá）等 ②含Fe、Co、Ni的合金及化合物； ③某些过渡元素组成的合金。
软磁材料及应用MarchPPT课件
' Bm cos( ),'' Bm sin( )
0Hm
0Hm
tan tane tanh tanc
2 t an i
ef
aBm c
涡流损耗
磁滞损耗
第22页/共127页
剩余损耗
Legg公式
二.磁损耗分类:
非共振区（损耗较小）: 1>.涡流损耗; 2>.磁滞损耗; 3>.剩余损耗;
共振区（损耗较大）: 4>.尺寸损耗; 5>.畴壁损耗; 6>.自然共振
µi = µi 转+ µi位
对于一般烧结铁氧体： 1. 如内部气孔较多,密度低,壁移难, µi转为主; 2. 如晶粒大,气孔少,密度高,以壁移为主. 磁化的难易程度决定于磁化动力(MsH)与阻滞之比,比值高则易磁化;反之难磁
化.
第8页/共127页
理论上提高磁导率的条件:
1.必要条件：
1>.Ms要高( Ms2 );
③ 加入TiO2, 即使 Fe2+ 限制在 Ti4+ 附近, 防止 Fe2+＝Fe3+ +e导电机构形成;
④ 烧结后热处理使晶粒表面吸氧: Fe2+ Fe3+ (3000C以上)
第26页/共127页
（二）、 磁滞损耗
磁滞损耗：是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁化而形成磁滞回线，所引起材 料损耗，大小正比于回线面积. 原因: 不可逆的壁移,使B落后于H.
第14页/共127页
摘自当代磁学p82
二、影响磁谱的因素
一、尺寸因素
尺寸共振：电磁波在介质内的波长小于真空中的波长
c 0 f
c是真空中的光速，f是频率。 对Mn-Zn铁氧体 ≈103,≈5×104,若f=1.5MHz，求得波长为2.8厘米，当与磁场垂直方向的磁芯尺 寸与半波长（1.4cm）整数倍相近时，将有驻波发生，电磁波将在样品中发生共 振。采用减小尺寸或叠片方式，可以避免尺寸共振。
磁性功能材料培训课件
（二）电工钢（Fe-Si合金）
Fe-Si合金主要指低C（C≤0.015%，最好是≤0.005%与低 Si（Si+Al≤1%） 和Si含量在0.5%-6.5%范围内的Fe-Si软 磁合金。
（C<0.02%，Si: 1.5%～4.5%的合金）
Fe-Si相图
Si在Fe的溶解度为15%，存在、、（FeSi）、 （Fe5Si3）相。只有是铁磁性的。 BCC结构，<001>方向易磁化方向，<111>难磁化 方向
第二章 磁性功能材料
第二节 软磁材料
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2. （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
0.20
Al
0.55 0.20~0.5
5
磁性等级
普通 高级 特级 超级
牌号
DT3、DT4、DT5、DT6、DT8 DT3A、DT4A、DT5A、DT6A、DT8A
DT4E DT4C、DT6C
表2-4 国产电工纯铁的磁性（YB200-75）
Hc/ A·m-1 不大于
96 72 48 32
μm 不小于
再结晶退火
用途：直流电机和电磁铁铁芯，继电器铁芯，永久磁 路中的导磁体和磁屏蔽，电话中磁屏蔽，电机中用以 导引直流磁通的磁极等。
直流电机铁 芯
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 （一）电工纯铁 （二）电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
磁性材料pptppt课件
常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。
可编辑课件
8
铁粉芯
铁粉芯是磁性材料四氧化三铁的通俗说法，主要应用于电器回 路中解决电磁兼容性（EMC）问题。即用来消除电器回路中由于各 种不同原因产生的杂波，辐射。
如下图是由铁粉芯制成的磁环，当一定波段的杂波通过磁环时， 磁环的电磁特性导致这一波段的电流被转化为磁力以及部分热量从 而被消耗掉。来达到降低杂波的目的。
坡莫合金
互感器
互感器又称为仪用变压器， 是电流互感器和电压互感器的 统称。其功能主要是将高电压 或大电流按比例变换成标准低 电压（100V）或标准小电流 （5A或1A，均指额定值），以 便实现测量仪表、保护设备及 自动控制设备的标准化、小型 化。
可编辑课件
11
展望未来
磁电共存这一基本规律导致了磁性材料必然与电子技术相互促进 而发展，例如光电子技术促进了光磁材料和磁光材料的研制。
稀土永磁铁面向汽车应用
(3)铁氧体硬磁材料：这是以Fe2O3为主要组元 的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如 反铁磁材料(广义)。其特点是电阻率高，特别 有利于在高频和微波应用。如钡铁氧体
(BaFe12O19)和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很 多应用。
磁阀
可编辑课件
6
四.发展现状与展望未来
高磁通密度和低磁芯损耗的特性，使铁硅铝磁芯非常适用 于功率因数校正电路，以及单向驱动的应用，如回扫变压器， 脉冲变压器。
铁硅铝粉芯磁环
可编辑课件
10
坡莫合金粉芯 坡莫合金指铁镍合金，坡莫合金的最大
特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱 和磁感应强度一般在0.6--1.0T之间。
用于制作音频变压器、互感器、磁放大 器、磁调制器、扼流器、音频磁头等。
可编辑课件
8
铁粉芯
铁粉芯是磁性材料四氧化三铁的通俗说法，主要应用于电器回 路中解决电磁兼容性（EMC）问题。即用来消除电器回路中由于各 种不同原因产生的杂波，辐射。
如下图是由铁粉芯制成的磁环，当一定波段的杂波通过磁环时， 磁环的电磁特性导致这一波段的电流被转化为磁力以及部分热量从 而被消耗掉。来达到降低杂波的目的。
坡莫合金
互感器
互感器又称为仪用变压器， 是电流互感器和电压互感器的 统称。其功能主要是将高电压 或大电流按比例变换成标准低 电压（100V）或标准小电流 （5A或1A，均指额定值），以 便实现测量仪表、保护设备及 自动控制设备的标准化、小型 化。
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11
展望未来
磁电共存这一基本规律导致了磁性材料必然与电子技术相互促进 而发展，例如光电子技术促进了光磁材料和磁光材料的研制。
稀土永磁铁面向汽车应用
(3)铁氧体硬磁材料：这是以Fe2O3为主要组元 的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如 反铁磁材料(广义)。其特点是电阻率高，特别 有利于在高频和微波应用。如钡铁氧体
(BaFe12O19)和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很 多应用。
磁阀
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6
四.发展现状与展望未来
高磁通密度和低磁芯损耗的特性，使铁硅铝磁芯非常适用 于功率因数校正电路，以及单向驱动的应用，如回扫变压器， 脉冲变压器。
铁硅铝粉芯磁环
可编辑课件
10
坡莫合金粉芯 坡莫合金指铁镍合金，坡莫合金的最大
特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱 和磁感应强度一般在0.6--1.0T之间。
用于制作音频变压器、互感器、磁放大 器、磁调制器、扼流器、音频磁头等。
《软磁材料》课件
2
物理气相沉积法的优点是制备的软磁材料具有高 纯度、高致密性和高附着力。
3
物理气相沉积法的缺点是工艺复杂、成本高，且 制备的软磁材料厚度和成分受反应条件影响较大 。
04 软磁材料的性能优化
合金元素对软磁性能的影响
钴元素
提高材料的硬度和 耐腐蚀性，有助于 提高磁滞损失。
硅元素
有助于提高材料的 磁导率和降低矫顽 力。
全球软磁材料市场主要由几家大型企业主导， 如TDK、FERROXCUBE、 VACUUMSCHMELZE等。
这些企业通过技术创新和规模效应，占据了较 大的市场份额。
中国企业在全球软磁材料市场中的地位逐渐提 升，但与国际领先企业相比仍有一定的差距。
未来发展趋势与技术前沿
01
未来几年，随着新能源汽车、 风电、智能电网等领域的快速 发展，对高性能软磁材料的需 求将不断增加。
软磁材料的分类
1 2 3
金属软磁材料
如纯铁、低碳钢、硅钢等，具有较高的磁导率和 较低的矫顽力，广泛应用于电力工业和电子工业 。
铁氧体软磁材料
一种非金属磁性材料，由铁、锰、锌等元素氧化 物组成，具有较高的磁导率和较低的损耗，常用 于高频变压器和电感器。
软磁复合材料
由两种或多种材料组成，如铁芯和绕组组成的变 压器和电机，具有优异的磁性能和机械性能，广 泛应用于电力和电子设备。
《软磁材料》课件
目 录
• 软磁材料概述 • 软磁材料的物理性质 • 软磁材料的制备工艺 • 软磁材料的性能优化 • 软磁材料的市场与发展趋势
01 软磁材料概述
定义与特性
软磁材料定义
软磁材料是一种具有低矫顽力和高磁 导率的磁性材料，易于磁化，也易于 退磁。
第4章软磁材料
第4章软磁材料
能够迅速响应外磁场的变化，且能低 耗损地获得高磁感应强度的材料。
本章讲述的主要内容：
☞衡量软磁材料的重要指标
☞提高起始磁导率的途径
☞金属软磁材料
☞铁氧体软磁材料
☞非晶及纳米晶软磁材料
1
4.1 衡量软磁材料的重要指标
起始磁导率高
顽力HC 小 饱和磁感应强度MS 高 磁损耗小 稳定性好
26
非晶态材料的制备方法
气体 （平衡） 液体
非晶材料制备方法通常有： 气相沉积； 液相急冷；
非晶体
晶体
高能粒子注入
高能粒子注入
（获得非晶态的途径用空心箭头标出）
非晶材料的制备方法
27
非晶软磁材料的应用
铁基非晶带的损耗仅为硅钢的1/3，在电力工业中应 用可以显著地降低损耗，但由于成本较高，目前尚难 以大量取代传统的材料
30
晶粒尺寸与矫顽力的关系
纳米晶软磁发明之后，才全面认识到 晶粒尺寸与矫顽力的关系
31
纳米晶与铁氧体、非晶性能对比
Finemet FT-1KM MnZn 铁氧体
5300 5300 0.44 8.0 0.23 1200 150
Co基 非晶
90000 18000 0.53 0.32 0.50 300 180 ~0
此外，由于铁钴合金具有较高的饱和磁致伸缩系数，
也是一种很好的磁致伸缩合金。
20
4.4 铁氧体软磁材料
发展最早，应用最广的一类铁氧体材料 软磁铁氧体最早由Snock于1935年研制成功的 这类材料具有窄而长的磁滞回线，矫顽力HC小，既容易 获得磁性，也容易失去磁性。 软磁铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，故饱和磁化强度MS 较金属低，但比金属软磁的电阻率要高得多，因此具有 良好的高频特性。 在弱电高频技术领域，软磁铁氧体具有独特的优点，广 泛地应用于有线通讯、无线通讯、广播、电视、航天技 术及其它电子科技中用作电感元件和变压器等。 其应用频率从几百赫的音频范围到千兆赫的微波频段。
能够迅速响应外磁场的变化，且能低 耗损地获得高磁感应强度的材料。
本章讲述的主要内容：
☞衡量软磁材料的重要指标
☞提高起始磁导率的途径
☞金属软磁材料
☞铁氧体软磁材料
☞非晶及纳米晶软磁材料
1
4.1 衡量软磁材料的重要指标
起始磁导率高
顽力HC 小 饱和磁感应强度MS 高 磁损耗小 稳定性好
26
非晶态材料的制备方法
气体 （平衡） 液体
非晶材料制备方法通常有： 气相沉积； 液相急冷；
非晶体
晶体
高能粒子注入
高能粒子注入
（获得非晶态的途径用空心箭头标出）
非晶材料的制备方法
27
非晶软磁材料的应用
铁基非晶带的损耗仅为硅钢的1/3，在电力工业中应 用可以显著地降低损耗，但由于成本较高，目前尚难 以大量取代传统的材料
30
晶粒尺寸与矫顽力的关系
纳米晶软磁发明之后，才全面认识到 晶粒尺寸与矫顽力的关系
31
纳米晶与铁氧体、非晶性能对比
Finemet FT-1KM MnZn 铁氧体
5300 5300 0.44 8.0 0.23 1200 150
Co基 非晶
90000 18000 0.53 0.32 0.50 300 180 ~0
此外，由于铁钴合金具有较高的饱和磁致伸缩系数，
也是一种很好的磁致伸缩合金。
20
4.4 铁氧体软磁材料
发展最早，应用最广的一类铁氧体材料 软磁铁氧体最早由Snock于1935年研制成功的 这类材料具有窄而长的磁滞回线，矫顽力HC小，既容易 获得磁性，也容易失去磁性。 软磁铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，故饱和磁化强度MS 较金属低，但比金属软磁的电阻率要高得多，因此具有 良好的高频特性。 在弱电高频技术领域，软磁铁氧体具有独特的优点，广 泛地应用于有线通讯、无线通讯、广播、电视、航天技 术及其它电子科技中用作电感元件和变压器等。 其应用频率从几百赫的音频范围到千兆赫的微波频段。
软磁材料介绍 ppt课件
*影响软磁材料稳定工作的因素： 低温、潮湿、电磁场、机械负荷、电离辐射等
2023/9/2
2.2 提高起始磁导率的途径
必要条件：提高MS并降低K1、S的值
充分条件：降低杂质浓度，提高密度，增大晶粒尺寸， 结构均匀化，消除内应力和气孔的影响。
1、提高MS
i
MS2
*选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。
2023/9/2
2.3 金属软磁材料 2.3.1 电工纯铁
*纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金化元素。
*制备方法：平炉冶炼时，首先用氧化渣除去碳、硅、 锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，并在出钢时在钢包 中添加脱氧剂获得。经过退火热处理 i（300~500）, max（6000~12000）, HC（39.8~95.5）
*选择配方时更要考虑K1、S对i的作用。
*例：CoFe2O4、Fe3O4的MS虽然较高，但其K1和S值太大，
因而不宜作为配方的基本成分。
2023/9/2
2、降低K1和S *提高i 的最有效方法从配方和工艺上使K1 0、S 0
*选择适当合金成分和热处理条件可以控制K1和S在较低值
*例：Fe-Ni合金质量分数Ni81%时，S0；Ni76%时，
二、制备与应用
非晶态：结晶化前的中间状态，亚稳态。冷却速度足够快且 冷至足够低的温度，以致原子来不及形核结晶便凝固下来。
2023/9/2
制备方法：
1、气相沉积法 晶态材料原子（离解）气相（无规沉积）到低温冷却基体上
形成非晶态
此类技术主要有：真空蒸发、溅射、辉光放电、化学沉积等
2023/9/2
2、液相急冷法（大多采用此法） 熔融合金（用加压惰性气体）液态合金从石英喷嘴中喷出 形成均匀的熔融金属细流连续喷射到高速旋转的冷却辊表 面液态合金以106～108K/S高速冷却形成非晶态
2023/9/2
2.2 提高起始磁导率的途径
必要条件：提高MS并降低K1、S的值
充分条件：降低杂质浓度，提高密度，增大晶粒尺寸， 结构均匀化，消除内应力和气孔的影响。
1、提高MS
i
MS2
*选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。
2023/9/2
2.3 金属软磁材料 2.3.1 电工纯铁
*纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金化元素。
*制备方法：平炉冶炼时，首先用氧化渣除去碳、硅、 锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，并在出钢时在钢包 中添加脱氧剂获得。经过退火热处理 i（300~500）, max（6000~12000）, HC（39.8~95.5）
*选择配方时更要考虑K1、S对i的作用。
*例：CoFe2O4、Fe3O4的MS虽然较高，但其K1和S值太大，
因而不宜作为配方的基本成分。
2023/9/2
2、降低K1和S *提高i 的最有效方法从配方和工艺上使K1 0、S 0
*选择适当合金成分和热处理条件可以控制K1和S在较低值
*例：Fe-Ni合金质量分数Ni81%时，S0；Ni76%时，
二、制备与应用
非晶态：结晶化前的中间状态，亚稳态。冷却速度足够快且 冷至足够低的温度，以致原子来不及形核结晶便凝固下来。
2023/9/2
制备方法：
1、气相沉积法 晶态材料原子（离解）气相（无规沉积）到低温冷却基体上
形成非晶态
此类技术主要有：真空蒸发、溅射、辉光放电、化学沉积等
2023/9/2
2、液相急冷法（大多采用此法） 熔融合金（用加压惰性气体）液态合金从石英喷嘴中喷出 形成均匀的熔融金属细流连续喷射到高速旋转的冷却辊表 面液态合金以106～108K/S高速冷却形成非晶态
(优质文档)磁性材料PPT演示课件
硬磁材料
永磁材料种类
铝镍钴系硬磁合金 硬磁铁氧体材料 稀土永磁材料
可加工的永磁合金 永磁材料用途：硬磁材料主要用来储藏和供给 磁能，作为磁场源。硬磁材料在电子工业中广 泛用于各种电声器件、在微波技术的磁控管中 . 29 亦有应用
永磁材料的退磁曲线和磁能曲线
.
30
可加工的永磁合金
在淬火态具有可塑性，可以进行各种机械加 工。合金的矫顽力是通过塑性变形和时效 (回火)硬化后得到的 四个主要系列
湿法，如电镀和化学镀 干法，如溅射法、真空蒸镀法及离子喷镀法
. 5
其他磁性材料
超磁致伸缩材料
磁致伸缩现象：铁磁性材料在磁场中被磁化时，沿外磁 场方向其尺寸会发生微小变化 一般材料的磁致伸缩系数：30～60×10-6 超磁致伸缩效应：（1～2）×10-3 超磁致伸缩材料与压电陶瓷的性能比较
铝镍钴系硬磁合金
按成分分类：铝镍型，铝镍钴型，铝镍钴钛型三种 铝镍钴型合金具有高的剩余磁感应强度 铝镍钴钛型则以高矫顽力为主要特征 铸造铝镍钴系合金从织构角度可划分为各向同性合 金，磁场取向合金和定向结晶合金三种 逐渐被永磁铁氧体和稀土永磁合金被取代。但在对 永磁体稳定性具有高要求的许多应用中，铝镍钴系 永磁合金往往是最佳的选择。 铝镍钴合金广泛用于电机器件上，如发电机，电动 机继电器和磁电机；电子行业中的扬声器，行波管， . 33 电话耳机和受话器等
. 3
磁记录材料
磁记录材料
磁头材料
磁头的基本结构 基本功能：写入、读出 磁头材料得到基本性能要求：高的磁导率、高的饱和 磁感应强度、高的电阻率和耐磨性 常用的磁头铁芯材料：合金、铁氧体、非晶态合金、 薄膜磁头材料
. 4
磁记录材料
磁性功能材料培训课件(ppt 57页)
磁存储材料是电子计算机存储器所用的 磁性材料。较早应用的是磁滞回线接近 矩形的矩磁材料，利用其两个剩磁态+Br 和-Br表示计算机中的“1”和“0”状态
低剩磁和恒导磁合金
65Ni-1Mn-Fe合金，经真空冶炼， 冷轧到一定厚度的薄带后，经横向 磁场处理（在T≤Tc附近的温度施加 一定强度的磁场，磁场方向与轧面 方向平行但与轧制方向垂直）后， 即可获得恒导磁和低剩磁的合金。
Fe-Si合金主要指低C（C≤0.015%，最好是≤0.005%与低 Si（Si+Al≤1%） 和Si含量在0.5%-6.5%范围内的Fe-Si软磁 合金。
（C<0.02%，Si: 1.5%～4.5%的合金）
Fe-Si相图
Si在Fe的溶解度为15%，存在、、（FeSi）、 （Fe5Si3）相。只有是铁磁性的。 BCC结构，<001>方向易磁化方向，<111>难磁化方 向
（二）定义，基本要求
软磁材料是具有低矫顽力、高磁导率的材料。
基本要求： （1）高的饱和磁感应强度 （2）低的矫顽力 （3）高的磁导率（μi，μmax） （4）稳定性要好 （5）损耗低
❖ 2.1 概述 （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 ❖ 2.2 电工纯铁和电工钢 ❖ 2.3 Fe-Ni合金 ❖ 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 ❖ 2.5 铁氧体软磁材料 ❖ 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
（一）电工纯铁
指纯度在99.8%以上的铁，且不含有任何故意添加的合金 化元素。
最早，最常用 资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工 性。
影响电工纯铁性能的主要因素
1. 杂质元素 C, N, O, Mn, S, P, Ni, Cr，Cu，Al 等。
低剩磁和恒导磁合金
65Ni-1Mn-Fe合金，经真空冶炼， 冷轧到一定厚度的薄带后，经横向 磁场处理（在T≤Tc附近的温度施加 一定强度的磁场，磁场方向与轧面 方向平行但与轧制方向垂直）后， 即可获得恒导磁和低剩磁的合金。
Fe-Si合金主要指低C（C≤0.015%，最好是≤0.005%与低 Si（Si+Al≤1%） 和Si含量在0.5%-6.5%范围内的Fe-Si软磁 合金。
（C<0.02%，Si: 1.5%～4.5%的合金）
Fe-Si相图
Si在Fe的溶解度为15%，存在、、（FeSi）、 （Fe5Si3）相。只有是铁磁性的。 BCC结构，<001>方向易磁化方向，<111>难磁化方 向
（二）定义，基本要求
软磁材料是具有低矫顽力、高磁导率的材料。
基本要求： （1）高的饱和磁感应强度 （2）低的矫顽力 （3）高的磁导率（μi，μmax） （4）稳定性要好 （5）损耗低
❖ 2.1 概述 （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 ❖ 2.2 电工纯铁和电工钢 ❖ 2.3 Fe-Ni合金 ❖ 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 ❖ 2.5 铁氧体软磁材料 ❖ 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
（一）电工纯铁
指纯度在99.8%以上的铁，且不含有任何故意添加的合金 化元素。
最早，最常用 资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工 性。
影响电工纯铁性能的主要因素
1. 杂质元素 C, N, O, Mn, S, P, Ni, Cr，Cu，Al 等。
第三章(磁性材料)ppt课件
磁感应强度 /T，不小于 B10 B25 B50 1.71 B100 1.80
不大于 96 72 48 32
1.40 1.50 1.62
B5、B10、B25、B50和B100分别表示H 为500、1000、2500、5000和10000A/m时
的磁感应强度值。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、影响电工用纯铁性能的因素及改善性能的方法
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用纯铁的磁性
磁性 等级 普级 高级 特级 超级 牌号 DT3, DT4, DT5, DT6 DT3A, DT4A, DT5A, DT6A DT4E, DT6E DT4C, DT6C Hc /A· m1
m /10-3H· m-1
不小于 7.50 8.75 11.30 15.00 B5
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
二、软磁材料的基本性能要求
贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高。
磁性参量的要求：高的Bs或Br。 灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。
B Br Bs
磁性参量的要求：高的i和m。
效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗 和涡流损耗。
-Hc O
磁各向异性减小
磁致伸缩效应降低 脆性增大，加工性能差
综合考虑： Si% ≤ 4%
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
易磁化方向[100]与轧制方向平行 55 [110] 难磁化方向[111]与轧制方向成55角 横向 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角 高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
第三章(磁性材 料)
第三章 磁性材料
《软磁材料》PPT课件
Appl Phys, 1988,64 : 6044. ● 金属功能材料, 2000, 7(2): 38. ● Ruthner M J, ICF-7 (1996).
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28
LOGO
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29
● 开关的优点还有:高的di/ dt ,在半导体开关系统中, 完全导通后,可以对负载安全地施加更高的di/ dt。 而利用可饱和电抗器的二极管反向截止时间,使系 统进行复位,这是它的又一个优点。
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22
图2 软磁材料加工厂
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23
软磁材料的发展历程及现状
➢ 20世纪30年代以前，金属软磁材料一统天下。
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4
软磁材料与硬磁材料的区别
软磁材料易磁化也易退磁，具有较小的 矫顽力。 硬磁材料的剩余磁化强度和矫顽力均 很大在磁化后不易退磁而能长期保 留磁性。
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5
软磁材料的种类
➢ 金属软磁材料 ➢ 非晶软磁材料和纳米晶软磁材料 ➢ 其他软磁材料
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6
金属软磁材料
● 金属软磁材料，主要以铁芯形式用在变压 器、电磁铁、电动机、发电机和继电器等 电工和电子设备中。传统的金属软磁材料 有电工纯Fe、Fe-Ni、Fe-Si、Fe-Al、FeCo和Fe-Si-Al等金属系列
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25
软磁材料的发展趋势
➢ 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，对软磁铁氧体材料及 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。
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● 开关的优点还有:高的di/ dt ,在半导体开关系统中, 完全导通后,可以对负载安全地施加更高的di/ dt。 而利用可饱和电抗器的二极管反向截止时间,使系 统进行复位,这是它的又一个优点。
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图2 软磁材料加工厂
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23
软磁材料的发展历程及现状
➢ 20世纪30年代以前，金属软磁材料一统天下。
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4
软磁材料与硬磁材料的区别
软磁材料易磁化也易退磁，具有较小的 矫顽力。 硬磁材料的剩余磁化强度和矫顽力均 很大在磁化后不易退磁而能长期保 留磁性。
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软磁材料的种类
➢ 金属软磁材料 ➢ 非晶软磁材料和纳米晶软磁材料 ➢ 其他软磁材料
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6
金属软磁材料
● 金属软磁材料，主要以铁芯形式用在变压 器、电磁铁、电动机、发电机和继电器等 电工和电子设备中。传统的金属软磁材料 有电工纯Fe、Fe-Ni、Fe-Si、Fe-Al、FeCo和Fe-Si-Al等金属系列
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软磁材料的发展趋势
➢ 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，对软磁铁氧体材料及 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。
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软磁材料性能PPT课件
Mf198A K2008 TSF-5080 CF138 PL-9 2HM5
35G
PC50 DMR50
DMR5 5
7H10/7H20
B40
BH5
N49
3F35
3F3
SBIM
F47
5MBiblioteka 75G55G21
2、高导铁氧体
①主要用于局域网隔离变压器、差模滤波器 宽带变压器、低功率驱动变压器等。
②发展方向：高μi、宽频、宽温、低THD ③高导铁氧体的几个主要指标
100KHz
P (mw/cm3 ) cv
101
50mT
100 0
25mT
20
40
60
80
100
120
140
Temperature(℃ ）
13
功耗与温度关系图（DMR24）
500
400
f=500KHz/ B=50mT
Power Loss Pv(mw/cm3 )
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
Pc = K fm Bn = f∮BdH＋Cef2B2/ρ＋Pr f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5 f＞100K m继续增 降低磁芯损耗：减Hc增ρ，减少晶粒尺寸 当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量——居里温度。 功率铁氧体要求高的Tc，
9
综上所述，对功率材料的要求为：
5
四、常用软磁铁氧体材料
Mg-Zn材料、Ni-Zn材料
Mn-Zn材料 Mn-Zn材料又分为：
功率铁氧体：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、 DMR90 ；
35G
PC50 DMR50
DMR5 5
7H10/7H20
B40
BH5
N49
3F35
3F3
SBIM
F47
5MBiblioteka 75G55G21
2、高导铁氧体
①主要用于局域网隔离变压器、差模滤波器 宽带变压器、低功率驱动变压器等。
②发展方向：高μi、宽频、宽温、低THD ③高导铁氧体的几个主要指标
100KHz
P (mw/cm3 ) cv
101
50mT
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20
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Temperature(℃ ）
13
功耗与温度关系图（DMR24）
500
400
f=500KHz/ B=50mT
Power Loss Pv(mw/cm3 )
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
Pc = K fm Bn = f∮BdH＋Cef2B2/ρ＋Pr f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5 f＞100K m继续增 降低磁芯损耗：减Hc增ρ，减少晶粒尺寸 当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量——居里温度。 功率铁氧体要求高的Tc，
9
综上所述，对功率材料的要求为：
5
四、常用软磁铁氧体材料
Mg-Zn材料、Ni-Zn材料
Mn-Zn材料 Mn-Zn材料又分为：
功率铁氧体：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、 DMR90 ；
第四章软磁材料
第四章软磁材料第四章软磁材料在前面磁场分析中可以看到，在线圈中加入磁芯后，将磁通限制在低磁阻的磁芯内，用较小激励电流，产生比没有磁芯时大得多的磁通，这就大大减少了电磁元件的体积。
因此，加磁芯的基本目的是为链合或耦合两个或多个磁单元的磁通，提供容易通过的路径，将磁源和磁“负载”连接起来，作为磁通“汇流条”。
同时减少磁元件的体积。
在实际变压器中，磁源是初级线圈－安匝和伏/匝。
磁负载是次级线圈(绕组)。
初级线圈匝链的磁通与每个次级线圈匝链，并适当调节匝比得到不同的电压。
在变压器磁芯中存储能量越小越好。
如果存储能量，和其它寄生元件一样，有时将引起电压尖峰。
在下面将看到，使用高磁导率材料磁芯，能量存储最小。
在一个电感中，磁芯提供一个线圈和磁芯串联的非磁气隙之间磁通链合路径。
实际上，几乎所有的能量存储在气隙中。
高磁导率磁芯或磁合金象皮莫合金，不能够存储大量的能量。
反激变压器实际上是一个带有初级和次级线圈的电感，并且有一个气隙存储能量。
和一个简单电感一样，磁芯提供初级和气隙之间磁通的链合。
磁芯还提供气隙和次级线圈之间的链合，以传递能量到次级电路。
象变压器一样，通过调节匝比得到不同的输出电压。
4.1 磁性材料的磁化物质的磁化需要外磁场。
相对外磁场而言，被磁化的物质称为磁介质。
将铁磁物质放到磁场中，磁感应强度显著增大。
磁场使得铁磁物质呈现磁性的现象称为铁磁物质的磁化。
铁磁物质之所以能被磁化，是因为这类物质不同于非磁物质，在其内部有许多自发磁化的小区域—磁畴。
在没有外磁场作用时，这些磁畴排列的方向是杂乱无章的(图4.1(a))，小磁畴间的磁场是相互抵消的，对外不呈现磁性。
如给磁性材料加外磁场，例如将铁磁材料放在一个载流线圈中，在电流产生的外磁场作用下，材料中的磁畴顺着磁场方向转动，加强了材料内的磁场。
随着外磁场加强，转到外磁场方向的磁畴就越来越多，与外磁场同向的磁感应强度就越强(4.1(b))。
这就是说材料被磁化了。
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7
②发展方向
向超低功耗方向发展，已系列化，如TDK PC40 44 45 46 47 Pc95 继续向高频化方向发展，可用1M的PC50 可用4M的PHILIPS 3F5 向低功耗、高Bs、高Tc综合性能方向发展：如TDKPc90
③开关电源变压器对功率铁氧体材料的要求 变压器可传输功率为：
Pth = c f Bmax Ae Wd Pth——传输功率 C——与开关电源电路工作型式有关系数， Bmax——最大允许磁通 Ae——磁路有效截面积 Wd——绕组设计参数 即 Pth ∝ f Bmax Ae
Pc = K fm Bn = f∮BdH＋Cef2B2/ρ＋Pr f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5 f＞100K m继续增 降低磁芯损耗：减Hc增ρ，减少晶粒尺寸 当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量——居里温度。 功率铁氧体要求高的Tc，
9
综上所述，对功率材料的要求为：
烧结设备简单
Ni-Zn 电阻率高、晶粒小 一般1M-100M 高
Hale Waihona Puke 烧结设备简单Mn-Zn 电阻率低、μi高 一般＜1MHZ
低
需气氛窑烧结
6
五、Mn-Zn铁氧体材料
Mn-Zn铁氧体按使用场合分两类：
功率铁氧体：传输较大功率和储能场合，工作在瑞利区以外，要求PC 低Bs高、Tc高
高导铁氧体：为电子线路提供阻抗匹配耦合等，工作在弱场下(瑞利区 之内)，要求μi高
这一点一般定为变压器的工作温度点
11
功耗与频率关系图：(DMR24）
104
Pcv(mw/cm3 )
103
200mT
100mT
102
50mT
101
25mT
100
10-1 101
102
Frequency(KHz)
100℃ 25℃
103
12
功耗与温度磁通密度关系图（DMR24）
103
200mT
102
100mT
大的Bs
防饱和
f增大时有小的PL 防发热
高的Tc
防过热矢效
对磁导率μi要求不太高
10
④功率铁氧体材料主要性能指标简述
A：功耗（power loss) 意义：磁心从交变电磁场中吸收的转变为热能的部分能量。 功耗与使用关系：功耗越大变压器转换率越低，变压器发热越
严重。
影响功耗的因素： a、频率：频率越高功耗越高 b、磁通密度：磁通密度越大功耗越高 c、温度：功率铁氧体在某一温度具有最低的功耗
Ni-Zn、Mg-Zn
体、Ba铁氧体
2
二、软磁铁氧体材料与其它软磁合金及金属粉芯材料参数比较
性能
材料 铁氧体
合金 金属粉芯 非晶
纳米晶
μi
5～20K 5～300K 5～450 3～150K ＞100K
Tc(℃)
100～500 500 500~750 210～485 570
Bs(T)
0.3～0.5 0.8～2.4 1～1.2 0.55～1
5
四、常用软磁铁氧体材料
Mg-Zn材料、Ni-Zn材料
Mn-Zn材料 Mn-Zn材料又分为：
功率铁氧体：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、 DMR90 ；
高导铁氧体：R4K、R5K、R7K、R10K、R12K
各铁氧体的特点比较
材料
性能
使用频率 材料成本 工艺特点
Mg-Zn 电阻率高、Bs低 一般＜25MHZ 低
100KHz
P (mw/cm3 ) cv
101
50mT
100 0
25mT
20
40
60
80
100
120
140
Temperature(℃ ）
13
功耗与温度关系图（DMR24）
500
400
f=500KHz/ B=50mT
Power Loss Pv(mw/cm3 )
300
200
100
0
0
20
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铁氧体软磁材料的性能和应用
1
一、常用磁性材料的分类
分类 金属磁性材料
软磁Hc≤10A/cm
永磁Hc≥100A/cm
纯Fe Si-Fe Fe-Ni合金 Fe-Si-Al合金 非晶 纳米晶
Al-Ni-Co系 Sm-Co系 Nd-Fe-B系
非金属磁性材料
软 磁 铁 氧 体 ： Mn-Zn 、 永磁铁氧体：Sr铁氧
8
上式说明：
a 工作频率f越大， Pth 越大 b 饱和磁通密度越高，Pth 越大 c Ae越大（磁芯体积越大），Pth 越大 d 在Pth 一定情况下减少电源体积（减少Ae）必须增大f或Bmax
即f×B为表征材料的性能因子 但B是由材料成份决定不可无限提高（Mn-Zn 约0.5T），而f提高后会 引磁芯起发热，制约着Pth 的提高，故引入参数Pc
1、功率铁氧体材料
主要用于高频小型化开关电源、电视机显示器的回扫变压器等。 ①发展过程
70年代第一代 中国2KD TDK H35 PHILIPS 3C85 适于20KHZ 80年代初第二代 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 适于100K以 下 80年代后期第三代 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 适于250K以 下 90年代中第四代 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 适于500K以上
②高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。 ③工作频率宽。 ④磁芯易获得相应形状和功能 。 ⑤成本低。
4
2、缺点：
①低Bs，单位体积储能少。 ②导热差 ③抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或
细粉。 ④未加工部位的尺寸有2%公差。
以上优缺点决定了金属磁性材料用于较高磁通密度的 低频直流，强电大功率场所，如电力工业、输电变压 器，电机等；铁氧体主要用于高频、脉冲弱磁场下。
1.3
Hc(θe)
0.05～0.5 0.003～3
0.003～3
10K
5
tgδ/μi
100K
10
(×10-6)
1M
25
8
25
80
30
4000
100
ρ（Ω·cm） 10～108
10-5
10~104 1.4×10-4 1.3×10-4
3
三、软磁铁氧体材料的优缺点
1、优点：
①高电阻率10～108Ω·cm,而金属磁只有10-5左右 tanδe∝f,高频下铁氧体有优势。
120
Temperature(℃ ）
14
B ：饱和磁通密度（Bs）
意义：磁通密度达到的最高值。 饱和磁通密度与使用的关系：
磁心饱和磁通密度越高、变压器可传输功率越大
影响饱和磁通密度的因素：
磁心密度：密度越大、饱和磁通密度越大 温度： 温度越高、饱和磁通密度越低 配方
15
C ：居里温度
意义：磁心从铁磁状态转变为顺磁状态温度，即从磁性材料转变为
②发展方向
向超低功耗方向发展，已系列化，如TDK PC40 44 45 46 47 Pc95 继续向高频化方向发展，可用1M的PC50 可用4M的PHILIPS 3F5 向低功耗、高Bs、高Tc综合性能方向发展：如TDKPc90
③开关电源变压器对功率铁氧体材料的要求 变压器可传输功率为：
Pth = c f Bmax Ae Wd Pth——传输功率 C——与开关电源电路工作型式有关系数， Bmax——最大允许磁通 Ae——磁路有效截面积 Wd——绕组设计参数 即 Pth ∝ f Bmax Ae
Pc = K fm Bn = f∮BdH＋Cef2B2/ρ＋Pr f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5 f＞100K m继续增 降低磁芯损耗：减Hc增ρ，减少晶粒尺寸 当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量——居里温度。 功率铁氧体要求高的Tc，
9
综上所述，对功率材料的要求为：
烧结设备简单
Ni-Zn 电阻率高、晶粒小 一般1M-100M 高
Hale Waihona Puke 烧结设备简单Mn-Zn 电阻率低、μi高 一般＜1MHZ
低
需气氛窑烧结
6
五、Mn-Zn铁氧体材料
Mn-Zn铁氧体按使用场合分两类：
功率铁氧体：传输较大功率和储能场合，工作在瑞利区以外，要求PC 低Bs高、Tc高
高导铁氧体：为电子线路提供阻抗匹配耦合等，工作在弱场下(瑞利区 之内)，要求μi高
这一点一般定为变压器的工作温度点
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功耗与频率关系图：(DMR24）
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Pcv(mw/cm3 )
103
200mT
100mT
102
50mT
101
25mT
100
10-1 101
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Frequency(KHz)
100℃ 25℃
103
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功耗与温度磁通密度关系图（DMR24）
103
200mT
102
100mT
大的Bs
防饱和
f增大时有小的PL 防发热
高的Tc
防过热矢效
对磁导率μi要求不太高
10
④功率铁氧体材料主要性能指标简述
A：功耗（power loss) 意义：磁心从交变电磁场中吸收的转变为热能的部分能量。 功耗与使用关系：功耗越大变压器转换率越低，变压器发热越
严重。
影响功耗的因素： a、频率：频率越高功耗越高 b、磁通密度：磁通密度越大功耗越高 c、温度：功率铁氧体在某一温度具有最低的功耗
Ni-Zn、Mg-Zn
体、Ba铁氧体
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二、软磁铁氧体材料与其它软磁合金及金属粉芯材料参数比较
性能
材料 铁氧体
合金 金属粉芯 非晶
纳米晶
μi
5～20K 5～300K 5～450 3～150K ＞100K
Tc(℃)
100～500 500 500~750 210～485 570
Bs(T)
0.3～0.5 0.8～2.4 1～1.2 0.55～1
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四、常用软磁铁氧体材料
Mg-Zn材料、Ni-Zn材料
Mn-Zn材料 Mn-Zn材料又分为：
功率铁氧体：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、 DMR90 ；
高导铁氧体：R4K、R5K、R7K、R10K、R12K
各铁氧体的特点比较
材料
性能
使用频率 材料成本 工艺特点
Mg-Zn 电阻率高、Bs低 一般＜25MHZ 低
100KHz
P (mw/cm3 ) cv
101
50mT
100 0
25mT
20
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Temperature(℃ ）
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功耗与温度关系图（DMR24）
500
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f=500KHz/ B=50mT
Power Loss Pv(mw/cm3 )
300
200
100
0
0
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40
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100
铁氧体软磁材料的性能和应用
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一、常用磁性材料的分类
分类 金属磁性材料
软磁Hc≤10A/cm
永磁Hc≥100A/cm
纯Fe Si-Fe Fe-Ni合金 Fe-Si-Al合金 非晶 纳米晶
Al-Ni-Co系 Sm-Co系 Nd-Fe-B系
非金属磁性材料
软 磁 铁 氧 体 ： Mn-Zn 、 永磁铁氧体：Sr铁氧
8
上式说明：
a 工作频率f越大， Pth 越大 b 饱和磁通密度越高，Pth 越大 c Ae越大（磁芯体积越大），Pth 越大 d 在Pth 一定情况下减少电源体积（减少Ae）必须增大f或Bmax
即f×B为表征材料的性能因子 但B是由材料成份决定不可无限提高（Mn-Zn 约0.5T），而f提高后会 引磁芯起发热，制约着Pth 的提高，故引入参数Pc
1、功率铁氧体材料
主要用于高频小型化开关电源、电视机显示器的回扫变压器等。 ①发展过程
70年代第一代 中国2KD TDK H35 PHILIPS 3C85 适于20KHZ 80年代初第二代 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 适于100K以 下 80年代后期第三代 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 适于250K以 下 90年代中第四代 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 适于500K以上
②高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。 ③工作频率宽。 ④磁芯易获得相应形状和功能 。 ⑤成本低。
4
2、缺点：
①低Bs，单位体积储能少。 ②导热差 ③抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或
细粉。 ④未加工部位的尺寸有2%公差。
以上优缺点决定了金属磁性材料用于较高磁通密度的 低频直流，强电大功率场所，如电力工业、输电变压 器，电机等；铁氧体主要用于高频、脉冲弱磁场下。
1.3
Hc(θe)
0.05～0.5 0.003～3
0.003～3
10K
5
tgδ/μi
100K
10
(×10-6)
1M
25
8
25
80
30
4000
100
ρ（Ω·cm） 10～108
10-5
10~104 1.4×10-4 1.3×10-4
3
三、软磁铁氧体材料的优缺点
1、优点：
①高电阻率10～108Ω·cm,而金属磁只有10-5左右 tanδe∝f,高频下铁氧体有优势。
120
Temperature(℃ ）
14
B ：饱和磁通密度（Bs）
意义：磁通密度达到的最高值。 饱和磁通密度与使用的关系：
磁心饱和磁通密度越高、变压器可传输功率越大
影响饱和磁通密度的因素：
磁心密度：密度越大、饱和磁通密度越大 温度： 温度越高、饱和磁通密度越低 配方
15
C ：居里温度
意义：磁心从铁磁状态转变为顺磁状态温度，即从磁性材料转变为