软磁材料介绍
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*晶粒尺寸长大的方法：适当提高烧结温度，但温度过高，便会形成气孔，导致i下降。
*材料的织构化，包括结晶织构和磁畴织构，都可提高i
4、降低内应力
*根据内应力的不同来源，可采用不同的方法：
(1) 磁致伸缩引起的内应力，与S成正比，可通过降低S来 减小此应力。 (2) 烧结后冷却速度太快，会造成晶格畸变，产生内应力。可采用低温退火处理来消 除应力。 (3) 气孔、杂质、晶格缺陷等因素在材料内部产生应力。可通过原材料的优选以及工 艺过程的严格控制来消除。
（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。
*发展史：
（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年代开始，软磁铁氧体由实验室走向工业生产。
第二章 软磁材料
定义：能够迅速响应外磁场的变化，且能低损耗地获 得高磁感应强度的材料。 特点：既容易受外加磁场磁化，又容易退磁。
*对软磁材料的基本要求有：
（1）初始磁导率i和最大磁导率max要高；
（2）矫顽力Hc要小； （3）饱和磁感应强度MS要高； （4）功率损耗P要低; （5）高的稳定性。
*主要的软磁材料：
*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。
2、降低K1和S *提高i K 的最有效方法从配方和工艺上使 1 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
K *例：Fe-Ni合金质量分数Ni81%时， S0；Ni76%时， 10；Ni78.5%Fe-
1、起始磁导率
i
i转
i位
i
M2 S
i
1 K1
,
1
S
i
1
,
1
主要因素：M
S
,
K1
,
s
,
基本上不随加工条件和应用情况变化。
次要因素： , , 会随加工条件和应用情况而变化。
2、矫顽力HC 量级：10-1A/m~ 102A/m
*材料内部应力起伏和杂质的含量与分布是影响HC的主要因素。
*降低HC的方法与提高i的方法相一致。
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）
*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。
*电工纯铁存在时效现象
原因：高温时铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速冷却到室温时，溶解度减 小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。
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。
50年代至90年代，铁氧体在软磁行业中独占鳌头。
（3）1970年，Fe-Ni-B非晶态合金研制成功， 1988年，Fe-Ni-B-Nb-Cu纳米微晶软磁材料问世， 90年代后，非晶与纳米微晶金属软磁材料逐步成为软磁铁 氧体的新的竞争对手。 优点：性能上远优于铁氧体；缺点：性价比上尚处于劣势。
2.1 衡量软磁材料的重要指标
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 基 本 成 分 ， 如 MnFe2O4、MgFe2O4、
K 、 CuFe2O4、NiFe2O4等。然后再采用正负 1
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。
3、改善材料的显微结构
*碳的质量分数在0.02％以下，硅的质量分数为1.5％-4.5％。常温下，Si在Fe中的固溶 度大约为15％，但Fe-Si系合金随Si含量的增加加工性能变差（变脆），因此硅质量百 分含量5％为一般硅钢制品的上限。
*随硅含量的增加，不足之处在于：BS
K 和 和TC降低；好处： 1
S 降低 i
增加，HC降低，增加降低铁损
*材料的显微结构是指结晶状态(晶粒大小、完整性、均匀性、织构等)、晶界状态、杂 质和气孔的大小与分布等。
*杂质、气孔的含量与分布是影响i的重要因素。
降低杂质、气孔的方法：原材料、烧结温度及热处理条件的选择
*平均晶粒尺寸对i的影响很大，晶粒尺寸增大，晶界对畴壁位移的阻滞作用减小，i升 高。
例：MnZn铁氧体尺寸5m以下时，i～500；尺寸在5m以上时，i～3000
*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
百度文库
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
M2 S
*选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。
*选择配方时更要考虑K1、 S对i的作用。
*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，电话 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。
*缺点：电工纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场下工作时涡流损耗大。
2.3.2 硅钢（硅钢片或电工钢片）
*在纯铁中加入少量硅，形成固溶体，这样提高了合金电阻率，减少了材料的涡流损 耗。
3、饱和磁感应强度MS *高的MS 高的i值；节省资源，实现器件的小型化 *提高MS的方法：选择适当的配方成分，但实际上MS值一般
不可能有很大的变动。
4、磁损耗 *软磁材料多用于交流磁场，因此动态磁化造成的磁损 耗不可忽视。
5、稳定性 *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。
*材料的织构化，包括结晶织构和磁畴织构，都可提高i
4、降低内应力
*根据内应力的不同来源，可采用不同的方法：
(1) 磁致伸缩引起的内应力，与S成正比，可通过降低S来 减小此应力。 (2) 烧结后冷却速度太快，会造成晶格畸变，产生内应力。可采用低温退火处理来消 除应力。 (3) 气孔、杂质、晶格缺陷等因素在材料内部产生应力。可通过原材料的优选以及工 艺过程的严格控制来消除。
（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。
*发展史：
（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年代开始，软磁铁氧体由实验室走向工业生产。
第二章 软磁材料
定义：能够迅速响应外磁场的变化，且能低损耗地获 得高磁感应强度的材料。 特点：既容易受外加磁场磁化，又容易退磁。
*对软磁材料的基本要求有：
（1）初始磁导率i和最大磁导率max要高；
（2）矫顽力Hc要小； （3）饱和磁感应强度MS要高； （4）功率损耗P要低; （5）高的稳定性。
*主要的软磁材料：
*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。
2、降低K1和S *提高i K 的最有效方法从配方和工艺上使 1 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
K *例：Fe-Ni合金质量分数Ni81%时， S0；Ni76%时， 10；Ni78.5%Fe-
1、起始磁导率
i
i转
i位
i
M2 S
i
1 K1
,
1
S
i
1
,
1
主要因素：M
S
,
K1
,
s
,
基本上不随加工条件和应用情况变化。
次要因素： , , 会随加工条件和应用情况而变化。
2、矫顽力HC 量级：10-1A/m~ 102A/m
*材料内部应力起伏和杂质的含量与分布是影响HC的主要因素。
*降低HC的方法与提高i的方法相一致。
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）
*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。
*电工纯铁存在时效现象
原因：高温时铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速冷却到室温时，溶解度减 小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。
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。
50年代至90年代，铁氧体在软磁行业中独占鳌头。
（3）1970年，Fe-Ni-B非晶态合金研制成功， 1988年，Fe-Ni-B-Nb-Cu纳米微晶软磁材料问世， 90年代后，非晶与纳米微晶金属软磁材料逐步成为软磁铁 氧体的新的竞争对手。 优点：性能上远优于铁氧体；缺点：性价比上尚处于劣势。
2.1 衡量软磁材料的重要指标
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 基 本 成 分 ， 如 MnFe2O4、MgFe2O4、
K 、 CuFe2O4、NiFe2O4等。然后再采用正负 1
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。
3、改善材料的显微结构
*碳的质量分数在0.02％以下，硅的质量分数为1.5％-4.5％。常温下，Si在Fe中的固溶 度大约为15％，但Fe-Si系合金随Si含量的增加加工性能变差（变脆），因此硅质量百 分含量5％为一般硅钢制品的上限。
*随硅含量的增加，不足之处在于：BS
K 和 和TC降低；好处： 1
S 降低 i
增加，HC降低，增加降低铁损
*材料的显微结构是指结晶状态(晶粒大小、完整性、均匀性、织构等)、晶界状态、杂 质和气孔的大小与分布等。
*杂质、气孔的含量与分布是影响i的重要因素。
降低杂质、气孔的方法：原材料、烧结温度及热处理条件的选择
*平均晶粒尺寸对i的影响很大，晶粒尺寸增大，晶界对畴壁位移的阻滞作用减小，i升 高。
例：MnZn铁氧体尺寸5m以下时，i～500；尺寸在5m以上时，i～3000
*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
百度文库
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
M2 S
*选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。
*选择配方时更要考虑K1、 S对i的作用。
*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，电话 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。
*缺点：电工纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场下工作时涡流损耗大。
2.3.2 硅钢（硅钢片或电工钢片）
*在纯铁中加入少量硅，形成固溶体，这样提高了合金电阻率，减少了材料的涡流损 耗。
3、饱和磁感应强度MS *高的MS 高的i值；节省资源，实现器件的小型化 *提高MS的方法：选择适当的配方成分，但实际上MS值一般
不可能有很大的变动。
4、磁损耗 *软磁材料多用于交流磁场，因此动态磁化造成的磁损 耗不可忽视。
5、稳定性 *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。