磁头通常由软磁材料
Fe3si资料
目前，Fe3Si的研究主要集中在其磁学性质上。
Fe3Si作为软磁材料常被用作发电机和变压器的铁芯，Fe3Si还被制成了音频或者视频磁头、卡片阅读器等，在高频信息领域方面应用广泛。
另外薄膜Fe3Si 也开始用于磁阻存储器中，并且可利用其自旋极化性质制备自旋电子器件。
Fe3Si金属间化合物因其优异的软磁性能，而被广泛应用于音频、视频及卡片阅读器用磁头材料，而且有望代替普通硅钢片，成为新一代能量转换用磁芯材料。
其还具有负的电阻温度系数，是一种有特殊性质的导体，有可能成为新型的电阻材料。
Fe3Si金属间化合物所表现出的优越抗氧化性能是其作为结构材料应用的一大优势，也可将其作为某些高温抗氧化结构部件或材料的抗氧化涂层。
传统钢铁材料表面Si化处理是提高材料自身抗氧化性能的有效方法，处理后的表面生成高Si含量的Fe(Si)固溶体，或Fe—si金属间化合物，以提高材料自身的高温抗氧化性能¨“。
因此，将Fe，si作为抗氧化结构涂层将与之有着同等重要的价值。
Fe 3si基合金具有优异的软磁性能，不仅有希望替代普通硅钢片(尤其在高频信息领域)，而且还广泛用作音频和视频磁头材料和卡片阅读器用磁头材料，因而一直是能源和信息处理领域的研究热点．由于硅含量较高，导致B2 和DO3 有序相的出现，合金变得既硬又脆，使机械加工性能急剧恶化因此，制备工艺的发展和成熟，以及能否经济有效的生产是Fe si基合金广泛应用的关键．当今，电子信息设备正向智能化、数字化、小型轻便以及高频甚至超高频（从KHz到MHz ，进而向GHz频段）方向发展，占据很大体积和重量、被广泛使用的传统的磁性器件很明显不能满足电子设备的要求。
薄膜化的材料能够实现传统器件以往无法实现的很多功能。
微磁器件就是一种以磁性材料薄膜化技术为基础的器件，其凭借在高频以及超高频下具有优异的磁性能，使得传统磁性器件（如电感器、变压器等）逐渐向高频化、小型化发展的要求得以实现，也是实现以微磁器件与半导体器件为一体的磁性IC的前提之一。
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。
磁通门传感器软磁材料的特性分析
40彭福英等：磁通门传感器软磁材料的特性分析电工材料2020No.3磁通门传感器软磁材料的特性分析彭福英，杨杏敏（航天科工惯性技术有限公司，北京100074）摘要：为替代1J88MA材料,分别以1J88MA.1J86等软磁材料制作的磁通门传感器组件进行各项性能试验。
试验结果表明:1J88MA导磁率高，韧性较好，穿磁带时较容易，磁带不容易受损；1J86虽过于柔软，穿磁带时较难，温度稳定性远不如1J88,但只要控制好制作工艺，可以满足各项性能指标的要求。
所以，它将是本公司今后磁通门传感器首选的软磁材料。
关键词：磁通门；软磁材料:1J88MA；1J86中图分类号:TM27T.2文献标志码:A文章编号:1671-8887（2020）03-0040-04DOI：10.16786/ki.1671-8887.eem.2020.03.011Characteristic Analysis ofSoft Magnetic Material of Fluxgate SensorPENG Fuying,YANG Xingmin{Engineer of Aerospace Science and Technology Inertial Technology Co.,Ltd.,Beijing100074,China)Abstract:In order to replace1J88MA materials,fluxgate sensor components made of soft magnetic materials such as1J88MA and1J86were used for various performance tests.The test resultsshow that:1J88MA has high magnetic permeability and good toughness,it is easier to wear thetape,and the tape is not easy to damage;although1J86is too soft,it is more difficult to wearthe tape,and the temperature stability is far less than1J88.As long as the production process iswell controlled,it can meet the requirements of various performance indicators.Therefore,it willbe our company's preferred soft magnetic material for fluxgate sensors in the future.Key words:flux gate;soft magnetic material;1J88MA;1J86引言目前，磁通门传感器大量应用于石油工业的连续测斜仪和随钻测斜仪中，用于测量地磁场的强度，参与方位角的系统解算。
磁带存储了解
磁带存储器百科名片磁带存储器（magnetictapestorage）：以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器。
磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。
磁带存储器是计算机外围设备之一。
磁带控制器是中央处理器在磁带机上存取数据用的控制电路装置。
磁带存储器以顺序方式存取数据。
存储数据的磁带可脱机保存和互换读出。
目录[隐藏]简介物理特性记录方式读写原理分类磁带机技术发展简介物理特性记录方式读写原理分类磁带机技术发展[编辑本段]简介磁带存储器属于磁表面存储器，计算机的外存储器又称磁表面存储设备。
所谓磁表面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。
磁带控制器是连磁带运动示意图接计算机与磁带机之间的接口设备，一个磁带控制器可以联接多台磁带机。
它是计算机在磁带上存取数据用的控制电路设备，可控制磁带机执行写、读、进退文件等操作。
磁带机是以磁带为记录介质的数字磁性记录装置，它由磁带传送机构、伺服控制电路、读写磁头、读写电路和有关逻辑控制电路等组成。
磁带是一种柔软的带状磁性记录介质，它由带基和磁表面层两部分组成，带基多为薄膜聚酯材料，磁表面层所用材料多为γ-Fe2O3和CrO2等。
磁带存储器是以顺序方式存取数据。
存储数据的磁带可以脱机保存和互换读出。
除此之外，它还有存储容量大、价格低廉、携带方便等特点，它是计算机的重要外围设备之一。
[编辑本段]物理特性磁性材料被磁化以后，工作点总是在磁滞回线上。
只要外加的正向脉冲电流(即外加磁场)幅度足够大，那么在电流消失后磁感应强度B并不等于零，而是处在+Br状态(正剩磁磁带存储器状态)。
反之，当外加负向脉冲电流时，磁感应强度B将处在-Br状态(负剩磁状态)。
当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，就像触发器电路有两个稳定的状态一样。
如果规定用+Br状态表示代码1，-Br状态表示代码0，那么要使磁性材料记忆1，就要加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料记忆0，则要加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。
第二单元 磁带录音机(ppt)
2.磁带放音过程
磁带放音过程是录音的逆过程 。 （1）录音过的磁带以同样速度通过放音磁头， 磁带上分布的剩磁就会通过放音磁头的铁芯， 使放音磁头的线圈两端感应出与剩磁分布规 律相应的电压信号。 （2）磁头输出的电信号再经电路放大，最后 由扬声器将电信号还原成声音。
磁带放音过程示意图：P51图2—18
4、直接驱动式录音座 普通录音机的驱动方式都是采用皮 带传动方式，电动机通过皮带分别 带动主导轴和卷带轴，高级的录音 座大采用直接驱动（DD）方式， 即直接用电动机的旋转轴作为主导 驱动磁带。
6、自动功能控制 录音座不仅性能高，而且功能 完善，并且功能的转换往往是 自动控制实现。
3）金属带 是至今盒式带中质量最好的一类，但是金属 带磁粉硬，因此需要配备特制磁头，加上价 格昂贵，故目前用得不多。DAT数字录音机 使用金属带。
4）、磁带的选择与使用 （1）根据实际需要和录音机档次选用合适 的磁带，做到既充分发挥录音磁带的性能， 保证质量，又经济实用，延长录音机和磁带 的寿命。 （2）使用前检查带盒内磁带卷绕情况，如 带头松散，应将其卷紧。以减少绞带发生的 机会。对于新购磁带，使用前应先以快进、 快倒方式使其卷绕一、二遍。
二、磁带录音机的基本构成
由传送器（话筒）、 磁头（录音磁头、 放音磁头和抹音磁 头）、磁带驱动机 构（又称走带机 构）、录音和放音 放大器、超音频振 荡器、扬声器组成。
1，磁带录音过程
（1）磁头采用软磁材料，磁带采用硬磁材料； （2）磁带紧贴着磁头均速移动；
(3)声音经过话筒转变为 电信号，经放大器后， 送入磁头线圈，在磁头 的缝隙周围便会产生与 声音变化相对应的磁场， 这时磁带以一定速度 (4.76cm/s)紧靠着磁头 移动，磁带便会被磁化， 由于磁带采用硬磁性材 料制成，因此磁带上留 下了很大的剩磁，从而 把磁信号记录下来。实 现了电信号与磁信号的 转换。
高饱和磁感应强度软磁合金
20%（原子分数）不同配比的Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金的非晶形成能力，其余约80%为Fe、Co、Ni 等磁性元素作为基体合金，从而研制出了Fe-Co基非晶软磁材料。
由于受非晶形成能力和制备过程中传热的限制，目前只能获得低维产品，工业应用的Fe-Co非晶软磁合金材料主要是通过对粒状、带状等低维非晶材料进行热挤压、热轧、热锻等后续加工来获得各种形状的产品。
虽然，Fe-Co 基合金非晶带材已经广泛用于各种变压器和电感器，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要基础材料。
但是其形状特征在某些方面也始终限制着它的许多应用。
随着块体非晶材料制备技术的不断创新和发展，大体积块体非晶材料的出现为扩大Fe-Co非晶软磁合金的应用提供了基础。
然而，与其它非晶态合金一样，Fe-Co基非晶软磁材料由于非晶态处于非平衡态，具有向平衡晶态转化的趋势，这种不稳定性限制了它的应用范围，一般只能在较低的温度下使用，因而提高非晶合金的稳定性已是当务之急。
同时，Fe-Co 基非晶合金材料的矫顽力和高频损耗还有待于进一步降低，并且也存在脆性和可加工性差的缺点。
1.4.3FeCo 纳米晶软磁材料1988 年日本人Yoshizawa在FeSiB 合金基体中加入少量Cu和Nb，首先利用熔体急冷法制备出了非晶态合金，随后经过热处理得到了高磁导率、低损耗、低磁致伸缩的Fe基纳米晶材料（商品名为FINEMET）。
虽然，由于其优异的软磁性能，Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者和产业界的关注。
但是由于Fe 基纳米晶合金较低的居里温度（TC <300℃），限制了其在高温情况下的应用。
20世纪90年代末期，Willard 用Co部分替代FeZrBCu非晶合金(商品名为NANOPERM)中的Fe得到了纳米晶非晶共存的FeCoZrBCu 合金（商品名为HITPERM）。
由于该合金中非晶相和纳米晶相居里温度的提高，使材料的高温性能明显得到改善，使用温度可达600℃。
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。
软磁材料基本概念
软磁材料基本概念软磁材料：所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。
所谓的软，指这些材料容易磁化，在磁性上表现“软”。
软磁材料的用途非常广泛。
因为它们容易磁化和退磁，而且具有很高的导磁率，可以起到很好的聚集磁力线的作用，所以软磁材料被广泛用来作为磁力线的通路，即用作导磁材料，例如变压器、传感器的铁芯，磁屏蔽罩，特殊磁路的轭铁等。
这里，介绍几种常用的软磁材料和用它们做成的常见元器件。
常用软磁材料：硅钢片：硅钢是含硅量在3％左右、其它主要是铁的硅铁合金。
硅钢片大量用于中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。
硅钢的特点是具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度（2.0T以上），因此作为变压器铁芯使用时可以在很高的工作点工作（如工作磁感值1.5T）。
但是，硅钢在常用的软磁材料中铁损也是最大的，为了防止铁芯因损耗太大而发热，它的使用频率不高，一般只能工作在20KHz以下。
硅钢通常是薄片状的，这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。
目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。
所谓热轧硅钢，是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制，然后再进行退火。
由于轧制温度高，所轧制出来的硅钢片都是各向同性的，也就是说硅钢片的磁性在各个方向上相同。
这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。
无取向硅钢大量应用在电机中的定子或者转子。
因为要制造电机定子和转子，就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。
这时总是希望硅钢片沿圆周方向磁性一致，所以要用无取向硅钢。
为了获得更好的磁性能，后来人们发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。
冷轧取向硅钢片是其中的代表。
冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。
在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化（称为再结晶），这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好，也就是说磁性能和方向有关，因此被称为取向硅钢。
在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样便可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。
1J22高饱和磁感应强度软磁合金资料
随着非晶制备技术的发展和对非晶合金软磁性能的不断认识，Fe-Co非晶合金逐渐得到了材料研究者的特别关注和深入研究。
按照Inoue提出的非晶形成3条经验法则，研究者在Fe-Co二元晶态合金中添加约20%（原子分数）不同配比的Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金的非晶形成能力，其余约80%为Fe、Co、Ni 等磁性元素作为基体合金，从而研制出了Fe-Co基非晶软磁材料。
由于受非晶形成能力和制备过程中传热的限制，目前只能获得低维产品，工业应用的Fe-Co非晶软磁合金材料主要是通过对粒状、带状等低维非晶材料进行热挤压、热轧、热锻等后续加工来获得各种形状的产品。
虽然，Fe-Co 基合金非晶带材已经广泛用于各种变压器和电感器，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要基础材料。
但是其形状特征在某些方面也始终限制着它的许多应用。
随着块体非晶材料制备技术的不断创新和发展，大体积块体非晶材料的出现为扩大Fe-Co非晶软磁合金的应用提供了基础。
然而，与其它非晶态合金一样，Fe-Co基非晶软磁材料由于非晶态处于非平衡态，具有向平衡晶态转化的趋势，这种不稳定性限制了它的应用范围，一般只能在较低的温度下使用，因而提高非晶合金的稳定性已是当务之急。
同时，Fe-Co 基非晶合金材料的矫顽力和高频损耗还有待于进一步降低，并且也存在脆性和可加工性差的缺点。
1.4.3 FeCo 纳米晶软磁材料1988 年日本人Yoshizawa在FeSiB 合金基体中加入少量Cu和Nb，首先利用熔体急冷法制备出了非晶态合金，随后经过热处理得到了高磁导率、低损耗、低磁致伸缩的Fe基纳米晶材料（商品名为FINEMET）。
虽然，由于其优异的软磁性能，Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者和产业界的关注。
但是由于Fe 基纳米晶合金较低的居里温度（TC <300℃），限制了其在高温情况下的应用。
20世纪90年代末期，Willard 用Co部分替代FeZrBCu非晶合金(商品名为NANOPERM)中的Fe得到了纳米晶非晶共存的FeCoZrBCu 合金（商品名为HITPERM）。
软磁永磁
软磁材料软磁材料是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. 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。
软磁材料
软磁材料软磁材料软磁材料的定义：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。
目录软磁材料加工厂羰基铁。
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。
软磁材料的用途
软磁材料的用途软磁材料是一类在磁场中具有高磁导率和低磁饱和度的材料。
它们广泛应用于电力、电子、通讯、航空航天、汽车、医疗等领域，成为现代科技发展的重要基础材料。
本文将从几个方面介绍软磁材料的用途。
一、电力领域软磁材料在电力领域中主要用于制造变压器、电感器、电动机等电气设备。
变压器是电力系统中的重要设备，它能将高电压的电能转换成低电压的电能，使得电能可以在不同电压等级之间传输。
变压器的铁芯是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得变压器的能效更高、损耗更小。
电动机是工业生产中的重要设备，它能将电能转换成机械能，广泛应用于机床、风力发电、水泵等领域。
电动机的转子和定子铁芯也是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得电动机的效率更高、噪音更小。
二、电子领域软磁材料在电子领域中主要用于制造磁存储器、磁传感器、磁头等设备。
磁存储器是计算机中的重要部件，它能够将数据以磁性方式存储，是现代计算机中的主要存储介质。
磁存储器的读写头是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得读写头的灵敏度更高、速度更快。
磁传感器是一种能够检测磁场变化的设备，广泛应用于汽车、医疗、工业等领域。
磁传感器的敏感元件是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得磁传感器的灵敏度更高、稳定性更好。
磁头是将数据从磁盘读出的设备，磁头的铁磁材料也是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得磁头的读取精度更高、稳定性更好。
三、通讯领域软磁材料在通讯领域中主要用于制造天线、滤波器、耦合器等设备。
天线是无线通讯中的重要部件，它能够将电磁波转换成电信号或者将电信号转换成电磁波。
天线的铁芯是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得天线的灵敏度更高、带宽更宽。
滤波器是一种能够过滤特定频率信号的设备，广泛应用于通讯、广播、电视等领域。
滤波器的铁芯也是由软磁材料制成的，软磁材料的高磁导率和低磁饱和度使得滤波器的品质因数更高、损耗更小。
软磁材料和硬磁材料
1 软磁材料和硬磁材料软磁性材料特点：导磁率高、剩磁弱。
在较软的外磁场的作用下就能产生较强的磁感应强度，而且随着外磁场的增强，很快达到磁饱和状态。
当外磁场除去后，它的磁性就基本消失。
软磁性材料的磁性能物理及机械特性参考文献8。
常用的有：电工用纯铁和硅钢片1、电工用纯铁：一般用于直流磁场，其中以电磁纯铁用的较为普遍。
2、硅钢片按其制造工艺的不同分为：热轧和冷轧冷轧硅钢片分为：单取向和无取向单取向冷轧硅钢片在沿扎方向磁化时，比沿其他方向磁化具有较高的导磁率和较低的铁耗无取向冷轧则没有方向性硬磁性材料在外磁场的作用下达到磁饱和状态后，即便去掉外磁场，它还能长时间的保持着强而稳定的磁性。
特点：剩磁强、磁性稳定。
用途：制造永磁电机的磁极铁芯和磁电系仪表的磁钢2 软（导）磁材料的种类及其特点，包括硅钢片、冷扎低碳钢板、电工纯铁、软磁铁氧体硅钢片/冷扎低碳钢板含硅量影响硅钢片的性能。
一般含杂质的铁加入硅可使电阻率、磁导率增加，矫顽力、铁损与导电性降低，可减少涡流损耗及磁时效，还能减小磁滞损耗等。
但含硅量增加又会使材料变硬变脆，导热性与韧性下降，对散热和机械加工不利，所以一般硅钢片的含硅量不超过4.5％(也有超过此比例的硅钢)。
硅钢片碳的含量在0.06％以内；含硅3.5％和4％的硅钢片，其电阻率分别是纯铁f含炭量小于0．04—0．025％)电阻率的5倍和6倍；当传导电流相同时(磁场强度H相同)，其最大磁导率也比铸铁(即生铁，含碳2％以上的碳铁合金)高。
为减小涡流损耗，这种材料常热扎成0.35mm或0.5mm等厚度的片材，冲成一定形状后叠片使用。
因在电力工业中用量大。
所以它又叫电工钢。
硅钢片的特点有：矫顽力小、磁导率高、剩余磁感应强度小；易磁化、易去磁；它的磁滞回线狭长，磁滞回线所围面积小。
磁滞性弱，磁滞损失(铁损的一部分)小；含硅量越高越脆，磁滞损失越小。
所以，使用它可以减少涡电流，降低能耗。
电机、变压器的铁心常用硅钢片而不用铁片、钢片等。
软磁材料介绍
第1页，共36页。
*主要的软磁材料：
〔1〕合金－－如硅钢〔Fe-Si〕、坡莫合金〔Fe-Ni〕、 仙台斯特合金〔Fe-Si-Al〕；
〔2〕软磁铁氧体－－Mn-Zn系、Ni-Zn系、Mg-Zn系等； 〔3〕非晶态、纳米晶、薄膜等。
*开展史： 〔1〕铁氧体问世之前，金属软磁材料垄断了电力、电子、 通信各领域。优点：其MS远高于铁氧体，因此电力工业 中的变压器、电机等至今仍是Fe-Si合金材料。缺点：涡 流损耗限制了其在高频段的应用。 〔2〕20世纪40年代开场，软磁铁氧体由实验室走向工业 生产。
Ni78.5%Fe-Ni合金经过热处理后，i可达104 *铁氧体软磁材料：配方时选择K1和 S很小的根本成分，如 MnFe2O4、MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4等。然后再采用正 负K1、 S补偿或添加非磁性金属离子冲淡磁性离子间的耦合作 用。
第7页，共36页。
3、改善材料的显微构造
*应用：电动机、发电机、变压器、电磁机构、继电器电子器件及测 量仪表中。
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2.3.3 坡莫合金 *1913年被开发出来，镍的质量分数为30％-90％的镍铁合金。
*优点：很高的磁导率，成分范，延展性好，低的损耗。
消除方法：保温后，采用缓慢冷却到100-300℃的退火措施，这样在
650-300℃之间Fe3C有足够的时间析出、长大为对磁性能影响不大 的大颗粒夹杂物。
*应用：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，扬声器的各种磁路， 中的振动膜、磁屏蔽，电机中用以导引直流磁通的磁极，冶 金原料等。
*含碳量是影响磁性能的主要因素。
除碳方法：高温用H2处理除碳，以消除铁中碳对畴壁移动的阻碍作用。
软磁材料
五、稳定性
• 高科技特别是高可靠工程技术的发展，要求软磁 材料不但要高µ i ,低损耗等，更重要的是高稳定性。
• 软磁材料的高稳定性是指磁导率的温度稳定性要高， 减落要小，随时间的老化要尽可能地小，以保证其 长寿命工作于太空、海底、地下和其他恶劣环境。 • 影响软磁材料稳定工作的因素有低温、潮湿、电磁 场、机械负荷、电离辐射等，在这些因素的影响下， 软磁材料的基本特性参数发生变化，从而导致性能 的变化。
4.2 提高起始磁导率的途径
• 必要条件：提高Ms并降低K1、λs ：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。这都与配方的选择和 工艺条件密切相关。
提高起始磁导率µ i的途径
一、提高Ms降低磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λs • 材料的起始磁导率µ i 与Ms的平方成正比。 • 最有效方法是从配方和工艺上使K1→0，λs →0. 例如：CoFe2O4、Fe3O4Ms虽高，但K1和λs太大。
4.3.1 电工纯铁
• 纯度：电工纯铁是指纯度在99.8％以上。冶炼时，
首先用氧化渣除之碳、硅、锰等元素，再用还原 渣除去磷和硫，出钢时在钢包中添加脱氧剂获得。 • 软磁性能：经过退火热处理，起始磁导率µi 为 3, Hc为 300—500，最大磁导率µ 为 (6~12) × 10 max 39.8～95.5 A/m。(0.5~1.2Oe) 1 A/m =4/ 103 Oe
二、矫顽力 Hc
• 软磁材料的基本性能要求是，能快速地响应 外磁场变化，这就要求材料具有低矫顽力值。 • 图为在低磁场时就表现出灵敏的响应。
软磁材料典型的磁滞回线示意图
影响矫顽力Hc的因素
• 软磁材料的矫顽力较低: 通常约为0.1-100 A/m 数量级。 • 软磁材料的反磁化过程主要是通过畴壁位移来 实现的，因此材料内部应力起伏和杂质的含量 与分布成为影响矫顽力Hc的主要因素。对于内 应力不易消除的材料，应着重考虑降低 λs；对 于杂质含量较多的材料应着重考虑降低Kl值。 • 对于软磁材料，在提高µ i 的同时可以实现降低 Hc的目的。
软磁材料种类
软磁材料种类软磁材料种类繁多，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。
导磁材料的特性与应用
导磁材料的特性与应用导磁材料是一类磁性材料，它们具有对磁场的导磁性能。
导磁材料根据其性质和应用可以分为软磁材料和硬磁材料。
在本文中，我们将讨论导磁材料的特性以及它们在不同领域中的应用。
首先，让我们了解一下导磁材料的特性。
导磁材料在磁场作用下会发生磁化，但在磁场消失后会迅速恢复到无磁状态。
这种特性使得导磁材料在很多电子设备和电磁技术中得到广泛应用。
软磁材料是导磁材料的一种，它具有高导磁性能和低磁滞损耗。
高导磁性能意味着它可以吸收和放出磁场，并具有较高的磁导率。
低磁滞损耗表示在磁场变化时，材料的磁化过程具有较小的能量损耗。
软磁材料主要用于制造电感器、变压器、传感器和电动机等电子设备。
由于其高导磁性能和低磁滞损耗，软磁材料可以有效地传递和转换电能。
它们在电子设备中扮演着关键角色，提供了高效率和可靠性。
另一类导磁材料是硬磁材料。
与软磁材料不同，硬磁材料具有较高的矫顽力和矫顽力。
矫顽力是衡量材料抵抗磁化和磁化逆转的能力。
硬磁材料常用于制造永磁体，如磁铁和磁头。
硬磁材料在磁存储、交通工具、能源和医疗设备等领域中发挥重要作用。
磁存储介质中的硬磁材料可以储存大量的数据，并被广泛应用于硬盘驱动器和磁带等设备中。
在交通工具中，硬磁材料被广泛应用于电动汽车和磁悬浮列车等领域，提供动力和控制系统。
此外，硬磁材料还用于发电机、电力传输和医学成像等领域。
除了软磁材料和硬磁材料，还有一些特殊用途的导磁材料。
例如，铁氟龙是一种具有导磁性能的聚合物材料，主要用于电缆绝缘和电磁屏蔽。
铁氟龙具有优异的热性能和化学稳定性，使其在工业和航空航天领域中得到广泛应用。
总而言之，导磁材料的特性和应用非常丰富。
软磁材料和硬磁材料在电子设备、交通工具、能源和医疗设备等领域中扮演着重要角色。
这些材料的导磁性能使得它们能够有效传输和转换能量，并提供高效率和可靠性。
除了软磁材料和硬磁材料，还有一些特殊用途的导磁材料，如铁氟龙。
导磁材料的研究和创新将进一步推动电子技术和电磁工程的发展，为人类社会带来更多的便利和进步。
磁头通常由软磁材料
与主机接口：控制磁盘与主机总线交换数据——系统级接口 与设备接口：根据主机的命令控制设备的操作——设备级接口
IDE 接口 SCSI 接口 DMA 控制 数据 缓存 磁盘数据控制器 ESDI 接口 串并 转换 并串 转换 数据 译码 数据 编码 数据分离器 磁盘控制器接口 ST506 接口 时钟 产生 读放 大器 写放 大器
主机
格式 控制
磁盘
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19
本章主要内容
外部存储设备概述 磁盘设备组成与运行原理 光盘设备组成与运行原理 磁盘阵列技术与容错支持
20
光盘设备组成与运行原理
光盘设备特点
存储密度高，容量大，非接触式读写 可靠性好，价格便宜，广泛使用 只读型光盘CD-ROM(CD-Read Only Memory)
Track Sector
旋转延迟：
Cylinder
Head
Platter
访问速度：
16
磁盘访问时间举例
磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间 + 磁盘控制器延迟 举例：
• 旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋
转半周的时间。 • 旋转1 周 = 1/5400 minutes = 11.1ms => ½ 周： 5.6 ms • 读1个扇区时间 = 12ms + 5.6ms + 0.5KB/5MBps + 2ms = 12ms + 5.6ms + 0.1ms + 2ms 平均寻道时间 = 12ms; = 19.7 ms 旋转速度 = 5400rpm • 读1页的时间= 磁盘控制器延迟： 2ms = 12 ms + 5.6ms + 8KB/5MBps 传输速度 = 5MBps + 2ms 扇区大小 = 512 bytes = 12ms + 5.6ms + 1.6ms + 2ms 读取一页（8KB）需要 = 21.2 ms 多少时间？
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向磁头线圈送入正、负脉冲电流的办法执行写“1”、写“0”操作， 使1和0信号在介质磁层中的磁化状态正好相反。主要矛盾，是在 两个信息位之间磁层处于非磁化状态，难以解决，故不实用。
不归零制（NRZ）
与RZ方案相比，取消了两个信息位之间磁头线圈中无电流的情况， 故磁层中不存在未被磁化的状态，不是被正向磁化，就是被反向 磁化。 编码效率为100%，但无自同步能力。
P231
5
磁记录原理
后间隙 铁氧体
磁头，软磁材料 导磁率高，饱和磁感应强度大 矫顽力小，剩余磁感应强度小
线圈 前间隙
电流
磁记录材料，硬磁材料 记录密度高，记录信息时间长 输出信号幅度大，噪声低 表面组织紧密、光滑、无麻点 薄厚均匀，温度、湿度影响小
磁记录介质
磁头结构和电磁转换示意图
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6
磁记录方式
4
P230
磁记录原理
磁表面记录设备，是在磁头和磁性材料的记录介 质之间有相对运动时，通过一次电磁转换完成一 次读写操作。 磁头：通常由软磁材料（外界磁场的作用消失后， 该磁性材料的磁性容易消失）做成。 磁记录介质：在刚性或柔性载体上涂有薄磁材料 的物体，记录以磁状态表示的信息。一般选用硬 磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性材料的 磁性尽量多的保留）。
13
P233
硬磁盘驱动器结构示意图
磁头 磁 盘 组 主轴 通风机 滤尘器 小车 传动皮带 主电机 取数臂 定位驱动器 密封罩 速度 传感器
P234
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磁盘结构与参数
磁盘结构（典型数据与磁盘容量相关）
磁道：每个盘片每面500 至 2000 磁道 扇区：扇区是磁盘访问的最小单位，每个磁道32 至 128个扇区。
磁盘设备组成与运行原理
磁盘设备的组成
磁盘驱动器：通常是一个完整独立的设备，包括作为 磁记录介质使用的磁盘和驱动磁盘匀速旋转的动力与 驱动部件，完成读写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘径 向方向运动和准确定位的部件，以及其它一些控制逻 电路等部件。 磁记录介质：单独的、可以和磁盘驱动器分开保存的 硬磁盘片、磁盘组、软磁盘片等。 磁盘接口电路：是插在主机总线插槽中的一块电路卡， 用于把磁盘驱动器与计算机主机连接为一体系统，接 收主机发给磁盘的操作命令，实现数据缓冲与格式变 换，处理主机与磁盘之间的其它交互作用与时间上的 同步等。
P237
磁盘结构与参数
寻道时间：
一般为 8 至12 ms 旋转速度：3600至7200 RPM 旋转时间：16 ms至8 ms每转 平均寻址时间8 ms至4 ms 数据量（通常为1个扇区）： 1 KB/扇区 旋转速度：3600 RPM至7200 RPM 存储密度：磁道上单位长度存储的位数 磁盘直径：2.5至 5.25 in 一般为：2 至12 MB每秒
用在写“1”时就要变化磁头线圈中的电流方向（写“0”则不变电 流方向）的办法执行写“1”、写“0”操作的方案。 编码效率为100%，但无自同步能力。
8
见1翻转的不归零制（NRZ1）
Hale Waihona Puke 常用的编码方式调相制（PM）
在磁层中采用不同的磁化翻转方向来区别数据“1”和“0”的方案，磁头 线圈中的电流，在写“1”和写“0”时要朝不同的方向变化，读出时，就 表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为180度。 有自同步能力，但编码效率为50% 用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据“1”和“0”的方案，记录“1” 比记录“0” 磁化翻转频率要多一倍。磁头线圈中的电流，在每个位周期 的起始处要变化一次方向，在写“1”时，还要在位周期中心处再变化一 次方向，而写“0”则不会在位周期中心处变化电流方向。 有自同步能力，但编码效率为50% 调频制的改进方案，提高编码效率到100％，取消了大部分的在位期起始 处的改变磁头线圈中的电流方向的动作，只保留在连续的“0”信号的位 周期起始处的的电流方向变化，以便保证该编码方式的自同步能力。 有自同步能力，编码效率为100％
磁记录方式：
是指一种编码方法，即如何将一串二进制信息，通过读写电路变 换成磁层介质中的磁化翻转序列
好的编码方法应该有：
更高的编码效率：
编码效率：指记录密度与最大磁化翻转密度之比，即为记录一位信 息所用的最多磁化翻转次数的倒数；
FM、PM编码效率50％，MFM、NRZ、NRZ1编码效率100％
计算机原理及系统结构
第三十九讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
第9章
辅助存储器与磁盘阵列技术
本章主要内容
外部存储设备概述 磁盘设备组成与运行原理 磁盘阵列技术与容错支持 光盘设备组成与运行原理
3
外部存储设备概述
类型：主要指 磁表面存储器（磁盘、磁带） 光存储器（光盘） 特性：容量大、成本低、断电后还可以保存信息，能脱机 保存信息，弥补了主存的不足 技术指标
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调频制（FM）
改进的调频制（MFM）
常用磁记录方式波形图
位信息 1
RZ NRZ NRZ1
位周期
0
1
1
1
0
0
0
1
PM
FM
MFM
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计算机原理及系统结构
第四十讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
本章主要内容
外部存储设备概述 磁盘设备组成与运行原理 磁盘阵列技术与容错支持 光盘设备组成与运行原理
12
更高的自同步能力：
自同步能力：指从读出的数据信息中提取出同步时钟信号的难易程 度，可以用最小磁化翻转间隔与最大翻转间隔的比值来衡量； NRZ、NRZ1没有自同步能力，PM、FM、MFM有自同步能力
更高的读写可靠性：
采用能检查错误，甚至自动纠正错误的措施
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常用的编码方式
归零制（RZ）
存储密度：单位长度或单位面积上存储的二进制信息数量。 存储容量：一台设备能存储的总信息量，以字节为单位。 寻址时间：直接存取方式访问（如磁盘） 顺序存取方式访问（如磁带） 数据传输率：单位时间内传送数据的数量，单位bps或者Bps。 误码率：一个轮次读操作过程中，出错的比例。 价格：总价格和存储单位信息的平均价格。
早期硬盘上每个磁道上的扇区数相同，位密度不同 为增加容量，位密度恒定，外磁道比内磁道扇区数多一些
柱面：位于同一半径的磁道集合 寻道时间：将磁头移动到正确的磁道上所用时间 旋转延迟：等待磁盘上扇区旋转到磁头下所用时间 传输时间：真正的数据读写时间（1个或多个扇区）
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读写磁盘数据的三个步骤：