功能材料磁性材料

不同的工作环境，对硅钢片的性能提出 了不同的要求，一般将实用的硅钢片按强磁 场 、 中 等 磁 场 (5~1000A ／ m) 、 弱 磁 场 (0.2~0.8A／m)下工作来分类。硅钢片的机械 性能与硅含量、晶粒大小、结晶结构、有害 杂质(碳，氧，氢)含量分布状况以及钢板厚度 有关，在很大程度上取决于有害杂质含量、 冶炼方法、轧制的压下制度、退火温度和介 质以及钢板表面状况等。
为了进一步提高 电工钢的磁性能，高 斯研制了具有取向结 晶结构的硅钢片—高 斯织构硅钢片(冷轧取 向硅钢片)。这种结构 中，α铁晶格的易磁化 方 向 [100] 轴 与 轧 制 方 向吻合，难磁化方向 [111] 轴 与 轧 制 方 向 成 55˚ 角 ， 中 等 磁 化 轴 [110]与轧制方向成90˚ 角，如图5-1所示。
磁性材料的应用已涉及到工、农、医、现 代科技、国防和人类生活的各个领域。据 统 计 1994 年 全 球 磁 性 材 料 产 量 约 650 一 750万吨。产值100亿美元以上。全球每人 每年消耗磁性材料价值2美元。全球磁性材 料需求量每年以l0％一25%速度增长。新 型磁性材料、新技术和新工艺不断涌现。 是最活跃的材料领域之一。
功能材料磁性材料
第五章 磁性材料
具备强磁性的材料称为磁性材料。磁性材 料具有能量转换、存储或改变能量状态的功 能，是重要的功能材料。按矫顽力的大小可 将磁性材料分为硬磁、半硬磁、软磁材料三 种。从应用方面考虑，磁性材料可分为软磁 材料、硬磁材料、磁记录材料及一些特殊用 途的磁性材料等等。
近年来，磁性材料又有了突飞猛进的发展， 一些新型的磁性材料受到了重砚，并正在走向 实用。如稀土永磁材料，室温磁致冷材料、新 型的多层膜磁记录材料、有机铁磁材料、准晶、 非晶材料；铁氧体材料、铁电反铁磁材料等已 成为近几年来磁性功能材料领域研究的热点。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、 音像、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生 物与医疗等技术领域。
表5-l 几种电工用纯铁的磁性能
影响纯铁磁性能的因素有多种，包括晶 粒的结晶轴对磁化方向的取向关系，纯铁中的 杂质，晶粒大小，金属的塑性变形，加工过程 中的内应力等等。为了改善纯铁的磁性能，除 严格控制冶炼与轧制过程，还可以采用高温长 时间氢气退火，消除晶格畸变和内应力，粗化 晶粒。电工用纯铁只能在直流磁场下工作，在 交变磁场下工作，涡流损耗大。在纯铁中加入 少量硅(0.38％~0.45％)形成固溶体，可以提高 合金电阻率，减少材料涡流损耗。随着纯铁中 含硅量的增加，磁滞损耗降低，而在弱磁场和 中等磁场下，磁导率增加。但硅含量高于4％， 材料变脆。
5.1.1 ห้องสมุดไป่ตู้工用纯铁
电工用纯铁含碳量极低，其纯度在99.95％ 以上，退火态起始磁导率μi为300~500μ0，最大 磁 导 率 μm 为 6000~12000μ0 ， 矫 顽 力 Hc 为 39.8~95.5A／m。电工用纯铁主要用于制造电 磁铁的铁芯和磁极，继电器的磁路和各种零件， 感应式和电磁式测量仪表的各种零件，杨声器 的磁路，电话中的振动膜，磁屏蔽，电机中用 以导引直流磁通的磁极及冶金原料等。我国生 产的电工用纯铁的机械性能如下：抗拉强度σb ＝27kg／mm2；延伸率δ5＝25％；断面收缩率 ψ＝60％；布氏硬度HB＝131。
硅钢片的磁性能同样与硅含量、冶炼过程、 热处理工艺、晶粒大小有关。一般认为，硅 含量在6％~6.5％的钢具有高的磁导率(μi，μm)， 硅也使铁的磁各向异性和磁致伸缩降低。考 虑到硅钢的机械性能及加工工艺性能，其中 硅的含量不宜超过4％。另外，碳、氢、硫、 锰等元素均对合金的磁性能有不利影响；增 大晶粒可以改善硅钢的磁性能，但使磁滞损 耗增加。
5.1.2 电工用硅钢片
电工用硅钢片按材料生产方法，结晶织 构和磁性能可分为以下四类；(1)热轧非织构 (无取向)的硅钢片；(2)冷轧非织构(无取向)的 硅钢片；(3)冷轧高斯织构(单取向)的硅钢片； (4)冷轧立方织构(双取向)的硅钢片。
电工用硅钢片主要用于各种形式的电机、 发电机和变压器中，在扼流圈、电磁机构、 继电器、测量仪表中也大量使用。
软磁材料的种类很多，大致可分为金属 软磁材料及软磁铁氧体。现有软磁材料若按 磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高 矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等； 若按材料的成分，可分为电工纯铁、Fe-Si合 金、Ni-Fe合金、Fe-A1合金(包括Fe-Si-Al 合金)和Fe-Co合金等；也可分为晶态、非晶 态及纳米晶软磁材料等。
金属软磁(合金)材料是磁性材料中用途最 广，用量最大的一类材料，包括纯铁，电工钢， 合金及非晶态合金。不同的工作条件，对材料 的性能要求亦有不同：在强磁场下工作的磁性 部件，如电力工业中大量使用的电动机、发电 机、大功率变压器、电磁铁等，要求所用的磁 性材料应具有高的饱和磁感应强度，价格便宜， 生产工艺简单，便于大批生产；在通讯技术中 常用的变压器、换能器的铁芯，磁屏蔽材料及 有关磁性元件，基本上是在弱磁场下工作，要 求相应的材料具有高的磁导率。
5.1 软磁材料
矫顽力低(Hci≤100A／m)、磁导率高的磁 性材料称为软磁材料。软磁材料的磁滞回线细 长，磁导率高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易 磁化，也容易去磁。它主要应用于制造发电机 和电动机的定子和转子；变压器、电感器、电 抗器、继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯； 磁记录的磁头与磁介质；磁屏蔽；电磁铁的铁 芯、极头与极靴；磁路的导磁体等。它是电机 工程、无线电、通讯、计算机、家用电器和高 新技术领域的重要功能材料。
软磁材料的种类很多，大致可分为金属 软磁材料及软磁铁氧体。现有软磁材料若按 磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高 矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等； 若按材料的成分，可分为电工纯铁、Fe-Si合 金、Ni-Fe合金、Fe-A1合金(包括Fe-Si-Al 合金)和Fe-Co合金等；也可分为晶态、非晶 态及纳米晶软磁材料等。