硬磁材料1

7.2.6 磁介质
• 磁介质（磁粉芯）通常将磁性材料极细的粉末 和粘结剂的复合物混合在一起，通过模压、烧 结一般形成环状的粉末金属磁芯。 • 由于磁粉芯中存在大量非磁物质，相当于在磁 芯中存在许多非磁分布气隙，在磁化时，这些 分布气隙中要存储相当大的能量，因此可用这 种磁芯作为电感和反激变压器磁芯。但是能量 不存储在磁粉芯中高磁导率的金属合金磁材料 部分。
3) 硬磁材料主要应用
用于制造各种永磁体， 用于制造各种永磁体，以便提供磁场空 间 可用于各类电表和电话、录音机、 可用于各类电表和电话、录音机、电视 机中以及利用磁性牵引力的举重器、 机中以及利用磁性牵引力的举重器、分 料器和选矿器中
硬磁材料的性能参数
铁氧体的磁性和结构
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3> 稀土硬磁： 稀土硬磁：
由稀土(RE)和过渡 和过渡(TM)族元素组合的化合物 由稀土 和过渡 族元素组合的化合物 含三大类：RCo5类、R2Co17类、RFeB类 含三大类： 类 类 类
RCo5类是钴基稀土永磁材料，主要代表是SmCo5 类是钴基稀土永磁材料，主要代表是 类是钴基稀土永磁材料 烧结永磁体和Sm 多相沉淀硬化永磁材料。 烧结永磁体和 2Co17多相沉淀硬化永磁材料。它 们的缺点是脆， 们的缺点是脆，加工性稍差 硬磁材料中的“新星” 硬磁材料中的“新星”是RFeB类的钕铁硼三元磁 类的钕铁硼三元磁 性合金 钕铁硼(Nd-Fe-B)系合金，是目前工业用硬磁材料 系合金， 钕铁硼 系合金 最大磁能积最高者。 最大磁能积最高者。其主要缺点是温度稳定性和抗 腐蚀性稍差
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坡莫合金－ 坡莫合金－粉末 合金粉末成分为钼2％，81％镍和铁17％。 所有磁粉芯中损耗最低。 饱和磁通密度最低。 因为镍含量高，价格昂贵。 温度稳定性最好。 磁导率由14到550
• 在开关电源频率因铁粉芯损耗最大， 在开关电源频率因铁粉芯损耗最大， 铁粉磁芯很少应用， 铁粉磁芯很少应用，是磁粉芯中最差 很少应用 的。铁硅铝较好，坡莫合金最好 但价 铁硅铝较好，坡莫合金最好,但 较好 最好 格最高。 格最高。
稀土永磁材料
• 主要是稀土钴永磁材料 钕铁硼永磁材料。前者是 稀土钴永磁材料和钕铁硼永磁材料 稀土钴永磁材料 钕铁硼永磁材料 稀土元素铈、镨、镧、钕等和钴形成的金属间化合物， 其磁能积可达碳钢的150倍、铝镍钴永磁材料的3～5倍 ， 永磁铁氧体的8～10倍，温度系数低，磁性稳定，矫顽 力高达800千安／米。主要用于低速转矩电动机、启动 电动机、传感器、磁推轴承等的磁系统。钕铁硼永磁材 料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矫顽力和最大磁能 积比前者高，不易碎，有较好的机械性能，合金密度低， 有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。 但其磁性温度系数较高，限制了它的应用。
• 软磁材料应用时的要求 • 电阻率比较高
因为使用中除上述磁滞能量损失之外， 因为使用中除上述磁滞能量损失之外 ， 还可能 因磁场变化在磁性材料中产生电流（涡流） 因磁场变化在磁性材料中产生电流 （ 涡流 ） 而 造成能量损失 为了尽量减少后一种能量损失， 为了尽量减少后一种能量损失 ， 要求磁性材料 的电阻率较高，因此常用固溶体合金（如铁的电阻率较高，因此常用固溶体合金（如铁-硅、 镍合金） 铁-镍合金）和陶瓷铁氧体作软磁材料
磁性材料可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类． 磁性材料可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类． 金属磁性多晶材料(如 硅铁合金、铁镍合金等 在电力 在电力、 金属磁性多晶材料 如：硅铁合金、铁镍合金等)在电力、电信 和自控等方面都得到了广泛的应用。 和自控等方面都得到了广泛的应用。 铁氧体是属于非金属磁性材料， 铁氧体是属于非金属磁性材料，它是由铁和其他一种或多种 金属组成的复合氧化物， 金属组成的复合氧化物， 铁氧体磁性材料可分为软磁铁氧体、硬磁铁氧体、 铁氧体磁性材料可分为软磁铁氧体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧 休、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种． 矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种．
2> 铁氧体软磁材料
• Mn-Zn铁氧体：具有尖晶石结构的 铁氧体： 铁氧体 MnFe2O4，ZnFe2O4+Fe3O4，生产和使 ， ， 用中占主导 • Ni-Zn铁氧体：高频应用中性能最好 铁氧体： 铁氧体 • 特高频软磁铁氧体：平面六方晶系，Co2Z 特高频软磁铁氧体：平面六方晶系， 和Co2Y，均为磁铅石型 ，
• 磁能积越大，外磁场撤去后，单 磁能积越大，外磁场撤去后， 位面积储存的磁能越大
2) 几种典型的硬磁材料
• 分为两类：金属硬磁材料——磁钢 分为两类：金属硬磁材料 磁钢 氧化物硬磁材料——铁氧体硬磁 氧化物硬磁材料 铁氧体硬磁
• 常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、 常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、 铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、 铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永 磁材料和复合永磁材料。 磁材料和复合永磁材料。
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钡铁氧体等硬磁铁氧体(又称永磁铁氧体 主要用于 钡铁氧体等硬磁铁氧体 又称永磁铁氧体)主要用于 又称永磁铁氧体 电信器件中的录音器、 微音器、 拾音器、 电信器件中的录音器 、 微音器 、 拾音器 、 电话机以及各 种仪表中的磁铁等。 种仪表中的磁铁等。 旋磁铁氧体， 又称微波铁氧体， 如镁锰铁氧体、 旋磁铁氧体 ， 又称微波铁氧体 ， 如镁锰铁氧体 、 钇铁石榴石铁氧体等主要用于雷达、 通信、 导航、 退测、 钇铁石榴石铁氧体等主要用于雷达 、 通信 、 导航 、 退测 、 遥控等电子设备． 遥控等电子设备．
7.3 硬磁材料
1) 基本特性 • 硬磁材料又称永磁或恒磁材料 • 指难于磁化，又难于退磁的材料 指难于磁化， • 它的主要特点： 它的主要特点： 主要特点
具有较大的矫顽力，典型值 ＝ 具有较大的矫顽力，典型值Hc＝ 104～106A/m。 。 剩磁也高，磁滞回线又宽又高， 剩磁也高，磁滞回线又宽又高，具 有较高的最大磁能积(BH)max。 有较高的最大磁能积
Hale Waihona Puke Baidu
• 其次，在低磁通密度时，磁通趋向集中于最 容易通过的路径（低磁阻）,磁粒相互间靠近 的部分。当磁通密度增加时，这些容易经过 的路径区域首先饱和。这些首先饱和的磁粒 部分的磁导率变成µ0 ，磁阻加大，相当于气 隙加宽了，增量磁通增加移动到磁材料尚未 饱和的路径。
• 磁粉芯根据含磁性材料粉末的不同有4类：铁粉 芯，铁铝硅，高磁通密度（铁镍磁粉），坡莫 合金磁粉芯。 • 1. 铁粉芯 • 成分是极细的铁粉和有机材料粘合； • 磁导率在10～75之间； • 低成本； • 材料很软，甚至可用小刀在磁芯上切开缺口； • 磁芯损耗相当高。
• 永磁铁氧体 • 主要有钡铁氧体和锶铁氧体，其电阻率高、 矫顽力大，能有效地应用在大气隙磁路中，特 别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁 铁氧体不含贵金属镍、钴等，原材料来源丰富， 工艺简单，成本低，可代替铝镍钴永磁体制造 磁分离器、磁推轴承、扬声器、微波器件等。 但其最大磁能积较低，温度稳定性差，质地较 脆、易碎，不耐冲击振动，不宜作测量仪表及 有精密要求的磁性器件。
复合永磁材料
• 由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合 而成。由于其含有一定比例的粘结剂，故其磁性 能比相应的没有粘结剂的磁性材料显著降低。除 金属复合永磁材料外，其他复合永磁材料由于受 粘结剂耐热性所限，使用温度较低，一般不超过 150℃ 。但复合永磁材料尺寸精度高，机械性能 好，磁体各部分性能均匀性好，易于进行磁体径 向取向和多极充磁。主要用于制造仪器仪表、通 信设备、旋转机械、磁疗器械及体育用品等。
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矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞回线的铁氧体， 矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞回线的铁氧体，如：镁 锰铁氧体和锂锰铁氧体等，这种材料主要用作各种类型电 锰铁氧体和锂锰铁氧体等， 子计算机的存储磁芯、在自动控制、雷达导航、宇宙航行、 子计算机的存储磁芯、在自动控制、雷达导航、宇宙航行、 信息处理等方面也得到不少的应用． 信息处理等方面也得到不少的应用．
软磁材料的选用原则
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绝大多数的软磁材料是在交变磁场下工作的.在选 绝大多数的软磁材料是在交变磁场下工作的 在选 用软磁材料时,重要考虑的因素是工作磁通密度 磁导率, 用软磁材料时 重要考虑的因素是工作磁通密度 磁导率 重要考虑的因素是工作磁通密度,磁导率 损耗大小,工作环境及材料的价格等 损耗大小 工作环境及材料的价格等. 工作环境及材料的价格 • 钴基非晶和 铁基微晶比 铁氧体有更高的饱和磁感 钴基非晶 和 铁基微晶 比 铁氧体 有更高的饱和磁感 应和相对较高的损耗 高的居里温度和温度稳定性， 损耗， 应和相对较高的损耗，高的居里温度和温度稳定性，但 价格比较贵，同时磁芯规格不完善， 价格比较贵，同时磁芯规格不完善，特别适宜用大功率 或耐受高温和冲击的军用场合。 或耐受高温和冲击的军用场合。
几种主要的软磁材料
• 大量应用的两类：金属软磁——金属 合金 大量应用的两类：金属软磁 金属+合金 金属 铁氧体软磁——金属氧化物组成 铁氧体软磁 金属氧化物组成 1> 金属软磁材料： 金属软磁材料： 工程纯铁（含少量杂质）：磁导率和Bs高，价格 工程纯铁（含少量杂质）：磁导率和 高 ）：磁导率和 低 铁硅合金（纯铁＋适量硅）：变压器、发电机、 铁硅合金（纯铁＋适量硅）：变压器、发电机、 ）：变压器 电动机 铁镍合金（坡墨合金）：性能最好 铁镍合金（坡墨合金）：性能最好 ）： 铁粉芯（软磁合金磨成粉末）：军用 铁粉芯（软磁合金磨成粉末）：军用 ）：
• 由于磁粉芯是磁粉和 粘结物的复合体 ， 首先这 由于磁粉芯是磁粉和 粘结物的复合体， 磁粉 的复合体 些细小的非磁气隙的分布磁阻引起磁通和磁通 在整个磁芯中分布是不均匀的和无序的，而不 在整个磁芯中分布是不均匀的和无序的 ， 是象无气隙理想化的环形合金磁芯内部的磁化 那样从环的内径向外径有规则地磁化边界移动。 那样从环的内径向外径有规则地磁化边界移动 。
• 铁氧体按材料结构分为 种： 铁氧体按材料结构分为6种 尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、 尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、 钛铁矿型、 钛铁矿型、钨青铜型
铁氧体磁性材料基本特征
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软磁铁氧体如锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等， 软磁铁氧体如锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等 ， 这种铁 氧体在较弱的磁场作用下易磁化， 也易退磁化， 主要用 氧体在较弱的磁场作用下易磁化 ， 也易退磁化， 作各种电感器件，如滤波器磁芯、 变压器磁芯、 作各种电感器件 ， 如滤波器磁芯 、 变压器磁芯 、 天线磁 芯、偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯． 偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯．
• 铝镍钴系永磁合金 • 以铁、镍、铝元素为主要成分，还含 有铜、钴、钛等元素。具有高剩磁和低温 度系数，磁性稳定。分铸造合金和粉末烧 结合金两种。20世纪30～60年代应用较多， 现多用于仪表工业中制造磁电系仪表、流 量计、微特电机、继电器等。
• 铁铬钴系永磁合金 • 以铁、铬、钴元素为主要成分，还含 有钼和少量的钛、硅元素。其加工性能好， 可进行冷热塑性变形，磁性类似于铝镍钴 系永磁合金，并可通过塑性变形和热处理 提高磁性能。用于制造各种截面小、形状 复杂的小型磁体元件。
3) 软磁材料主要应用
– 宇航、通信、雷达导航、自动控制、计算机技 宇航、通信、雷达导航、自动控制、 术、广播电视 – 制造磁导体，变压器、继电器的磁芯 铁芯 、 制造磁导体，变压器、继电器的磁芯(铁芯 铁芯)、 电动机转子和定子、磁路中的连接元件、 电动机转子和定子、磁路中的连接元件、磁极 磁屏蔽材料、感应圈铁芯、 头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子计算机开 关元件和存储元件等
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铁铝硅磁芯 合金组成成分为铝6％，硅9％和铁85％； 损耗较低； 材质硬； 磁导率为26，60，75，90和125。
• 高磁通密度－铁镍磁粉芯 高磁通密度－ • • • • • 合金粉末由镍50％和铁50％组成； 因为镍成本高，所以比铁粉芯和铁铝硅粉芯贵； 在所有磁粉芯中，磁通密度最高； 磁芯损耗高于铁铝硅，而低于铁粉芯； 磁导率从14到200。