软磁材料及应用
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⑶ 温度＞1394℃ 体心立方 顺磁性的δ－Fe
[100]
熔点: 1538℃
镍 Ni （常压下）：
在常压下，在熔点以温
范围内，均是面心立结
构（fcc）;
镍为铁磁性金属
[111]
居里点为358℃
易磁化方向为<111> 难磁化方向为<100>
[100]
熔点: 1453℃
钴Co （常压下）：
⑴ 温度＜450 ℃ 简单六方结构 铁磁性的ε- Co 居里点为1117℃ 易磁化方向为<0001> 难磁化方向为<1120>和1010>
阻率较低而主要应用于频率较低的场 合，铁氧体软磁材料则在频率较高的 场合被广泛采用。
衡量软磁材料性能优劣的主要参数：
起始磁导率(μi)、 磁损耗(tgδ)、 温度稳定性(α)、 减落(D)、 磁老化(Ia) 截止频率(fr)。
起始磁导率(μi)
一般情况下，μi高的材料，其μe、μm、μΔ也较高。因此，通常把μi作为软 磁材料的基本特性参数之一，它是一个没有量纲的系数。
(1) 减落D：定义为在磁正常状态化之后，恒定温度下经过 一定的时间间隔 (t1-t2)，材料磁导率的相对减小。式中
1、2分别为给定时间间隔开始(t1)和结束(t2)时的磁导
率值。
(2) 减落系数d：定义为在磁正常状态化之后出现的减 落除以两次测量时间之比的对数
D 1 2 1
D d
lg t 2 t1
Part 2 软磁磁材料
2.1 概述 2.2 软磁材料理论基础 2.3 金属软磁材料 2.4 非晶、纳米晶软磁材料 2.5 铁氧体软磁材料
软磁材料： 金属软磁 铁氧体软磁
特性要求
理论基础
磁性、结构 磁化机制
目标
起始磁导率(μi)、 磁损耗(tgδ)、 温度稳定性(α)、 减落(D)、 磁老化(Ia) 截止频率(fr)。
磁导率的减落
软磁材料尤其是铁氧体软磁材料在受到外加的电、磁、光、热和机械 等冲击后，畴壁易于移动，表现出较高的磁导率，当冲击停止后一段 时间内，离子或空位在自发磁化的影响下将逐渐向低能态的稳定状态 迁移，从而导致磁导率下降，这种磁导率随时间的减落是一种可逆变 化，它是材料的不稳定性之一，可以用下面三个参数来表示材料的减 落特征：
处于交变磁场中的软磁材料，其磁导率成为复数，其中μ表征储能特性， 而μ″表征能量损耗特征。对于环形软磁样品，可等效为串联电路，则电 感量Lx及表征磁损耗的等效电阻Rx可分别写为：
Lx
4N2A107(H)
l
Rx
4N2A107()
l
式中 l：磁芯有效长度，N：线圈匝数，A：磁芯有效截面积，ω：工作 角频率
⑵ 温度＞450 ℃至熔点 面心立方γ - Co
[0001] [1120] [1010]
Fe、Ni、Co铁磁金属小结
体心立方 面心立方 轴 <1120>和1010>简单六方
Fe 2.2μB
Ni 0.7μB
Co 1.7μB
3d过渡族元素的磁性来源
Fe、Ni、Co ：
3d电子的交换相互作用，铁磁性 （2.2μB,0.6μB,1.7μB)
方案
提高磁性能 方法、措施
配方、工艺
技术 途径
2.1 概述
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。
wenku.baidu.com
软磁材料分类及特性要求
软磁材料的磁滞回线窄而长，起始磁
导率μi高，矫顽力Hc小，既容易获
得也容易失去磁性，是极其重要的一 类磁性材料。
按电阻率的不同，软磁材料可分为
金属软磁材料和铁氧体软磁材 料两大类，金属软磁材料由于其电
需要而提出相应的要求。
r 12rmax
f
小结
贮能高
– 高的饱和磁感应强度
灵敏度高
– 初始磁导率，最大磁导率，脉冲磁导率
效率高
– Hc低，电阻率高，损耗小
回线矩形比高 稳定性好 磁滞回线较窄 矫顽力小 磁导率高
2.2 软磁材料理论基础
§2.2.1 铁磁金属和合金的结构和磁性 §2.2.2 提高软磁特性的措施
r
率fr不同，其应用频率上限显然与fr有
关，fr越高则应用频率的上限越高。
除了上述六个参数以外，软磁材料在不同的应
用场合还会有一些特殊的要求，如在高频大功
率下工作时，要求材料的饱和磁感应强度Bs和最
大磁导率m要高，并且衡量软磁材料性能的其
它参数还有饱和磁致伸缩系数s，居里点Tc，密
度d，电阻率以及介电常数等，都会因特定的
材料的老化系数较大，而如果采用高温淬火工艺制造的软 磁材料，则由于保持了高温状态下的一些结构，故有一个 向稳定状态过渡的过程，从而造成老化现象较严重。
截止频率
由于软磁材料畴壁共振及自然共振的
影响，使软磁材料的值下降为起始 值的一半且达到峰值时的频率，称
r
为截止频率fr，它与材料的组成和显
微结构有关，各类软磁材料的截止频
磁损耗
处于交变磁场中的软磁材料由于存在不可逆磁化， 使得磁感应强度B滞后于外加交变磁场H，滞后角为 δ，从而导致软磁材料在储存能量的同时也会损耗能 量，用tgδ来表征这种磁损耗
H=H0sinωt
B=B0sin(ωt-δ)
μ=B/μ0H
tg
温度稳定性
软磁材料的温度稳定性用温度系数表示，定义为由于温度的改变而引
起的被测量的相对变化与温度变化之比，最常用的是磁导率的温度系
数 µ
u
ref (C1) ref(ref)
式中μθ：温度为θ时的磁导率；μref：温度为θref时的磁导率
在实际应用中，也常用比温度系数 µ/μi来表征软磁材料的温度特性，因 为对于某种软磁材料而言，比温度系数u/μi与形状和尺寸无关，是一个常 数，希望这个常数越小越好。
§2.2.1 铁磁金属和合金的结构和磁性
一、铁磁金属的结构和磁性 （一）铁、镍、钴的晶体结构和磁性
铁Fe（常压下）：
⑴ 温度＜912℃
体心立方（bcc），
铁磁性的α－Fe，
居里温度为770 ℃ ，
易磁化方向为<100>,
[111]
难磁化方向为<111>
⑵ 912 ℃ ＜温度＜1394℃ 面心立方, 顺磁性的γ－Fe
(3) 减落因子DF：定义为减落系数与开始测量时间(t1)测 得的磁导率之比
d DF
1
磁老化
软磁材料的磁性能随时间增长而不断下降， 其原因除减落之外，还可能出现由于材料结 构变化而引起的不可逆变化，称为磁老化，
用老化系数Ia表示。式中1、2分别为老化
前后测得的磁导率。
Ia
1 2 1
老化系数的大小与材料值和制造工艺有关，一般地说高
[100]
熔点: 1538℃
镍 Ni （常压下）：
在常压下，在熔点以温
范围内，均是面心立结
构（fcc）;
镍为铁磁性金属
[111]
居里点为358℃
易磁化方向为<111> 难磁化方向为<100>
[100]
熔点: 1453℃
钴Co （常压下）：
⑴ 温度＜450 ℃ 简单六方结构 铁磁性的ε- Co 居里点为1117℃ 易磁化方向为<0001> 难磁化方向为<1120>和1010>
阻率较低而主要应用于频率较低的场 合，铁氧体软磁材料则在频率较高的 场合被广泛采用。
衡量软磁材料性能优劣的主要参数：
起始磁导率(μi)、 磁损耗(tgδ)、 温度稳定性(α)、 减落(D)、 磁老化(Ia) 截止频率(fr)。
起始磁导率(μi)
一般情况下，μi高的材料，其μe、μm、μΔ也较高。因此，通常把μi作为软 磁材料的基本特性参数之一，它是一个没有量纲的系数。
(1) 减落D：定义为在磁正常状态化之后，恒定温度下经过 一定的时间间隔 (t1-t2)，材料磁导率的相对减小。式中
1、2分别为给定时间间隔开始(t1)和结束(t2)时的磁导
率值。
(2) 减落系数d：定义为在磁正常状态化之后出现的减 落除以两次测量时间之比的对数
D 1 2 1
D d
lg t 2 t1
Part 2 软磁磁材料
2.1 概述 2.2 软磁材料理论基础 2.3 金属软磁材料 2.4 非晶、纳米晶软磁材料 2.5 铁氧体软磁材料
软磁材料： 金属软磁 铁氧体软磁
特性要求
理论基础
磁性、结构 磁化机制
目标
起始磁导率(μi)、 磁损耗(tgδ)、 温度稳定性(α)、 减落(D)、 磁老化(Ia) 截止频率(fr)。
磁导率的减落
软磁材料尤其是铁氧体软磁材料在受到外加的电、磁、光、热和机械 等冲击后，畴壁易于移动，表现出较高的磁导率，当冲击停止后一段 时间内，离子或空位在自发磁化的影响下将逐渐向低能态的稳定状态 迁移，从而导致磁导率下降，这种磁导率随时间的减落是一种可逆变 化，它是材料的不稳定性之一，可以用下面三个参数来表示材料的减 落特征：
处于交变磁场中的软磁材料，其磁导率成为复数，其中μ表征储能特性， 而μ″表征能量损耗特征。对于环形软磁样品，可等效为串联电路，则电 感量Lx及表征磁损耗的等效电阻Rx可分别写为：
Lx
4N2A107(H)
l
Rx
4N2A107()
l
式中 l：磁芯有效长度，N：线圈匝数，A：磁芯有效截面积，ω：工作 角频率
⑵ 温度＞450 ℃至熔点 面心立方γ - Co
[0001] [1120] [1010]
Fe、Ni、Co铁磁金属小结
体心立方 面心立方 轴 <1120>和1010>简单六方
Fe 2.2μB
Ni 0.7μB
Co 1.7μB
3d过渡族元素的磁性来源
Fe、Ni、Co ：
3d电子的交换相互作用，铁磁性 （2.2μB,0.6μB,1.7μB)
方案
提高磁性能 方法、措施
配方、工艺
技术 途径
2.1 概述
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。
wenku.baidu.com
软磁材料分类及特性要求
软磁材料的磁滞回线窄而长，起始磁
导率μi高，矫顽力Hc小，既容易获
得也容易失去磁性，是极其重要的一 类磁性材料。
按电阻率的不同，软磁材料可分为
金属软磁材料和铁氧体软磁材 料两大类，金属软磁材料由于其电
需要而提出相应的要求。
r 12rmax
f
小结
贮能高
– 高的饱和磁感应强度
灵敏度高
– 初始磁导率，最大磁导率，脉冲磁导率
效率高
– Hc低，电阻率高，损耗小
回线矩形比高 稳定性好 磁滞回线较窄 矫顽力小 磁导率高
2.2 软磁材料理论基础
§2.2.1 铁磁金属和合金的结构和磁性 §2.2.2 提高软磁特性的措施
r
率fr不同，其应用频率上限显然与fr有
关，fr越高则应用频率的上限越高。
除了上述六个参数以外，软磁材料在不同的应
用场合还会有一些特殊的要求，如在高频大功
率下工作时，要求材料的饱和磁感应强度Bs和最
大磁导率m要高，并且衡量软磁材料性能的其
它参数还有饱和磁致伸缩系数s，居里点Tc，密
度d，电阻率以及介电常数等，都会因特定的
材料的老化系数较大，而如果采用高温淬火工艺制造的软 磁材料，则由于保持了高温状态下的一些结构，故有一个 向稳定状态过渡的过程，从而造成老化现象较严重。
截止频率
由于软磁材料畴壁共振及自然共振的
影响，使软磁材料的值下降为起始 值的一半且达到峰值时的频率，称
r
为截止频率fr，它与材料的组成和显
微结构有关，各类软磁材料的截止频
磁损耗
处于交变磁场中的软磁材料由于存在不可逆磁化， 使得磁感应强度B滞后于外加交变磁场H，滞后角为 δ，从而导致软磁材料在储存能量的同时也会损耗能 量，用tgδ来表征这种磁损耗
H=H0sinωt
B=B0sin(ωt-δ)
μ=B/μ0H
tg
温度稳定性
软磁材料的温度稳定性用温度系数表示，定义为由于温度的改变而引
起的被测量的相对变化与温度变化之比，最常用的是磁导率的温度系
数 µ
u
ref (C1) ref(ref)
式中μθ：温度为θ时的磁导率；μref：温度为θref时的磁导率
在实际应用中，也常用比温度系数 µ/μi来表征软磁材料的温度特性，因 为对于某种软磁材料而言，比温度系数u/μi与形状和尺寸无关，是一个常 数，希望这个常数越小越好。
§2.2.1 铁磁金属和合金的结构和磁性
一、铁磁金属的结构和磁性 （一）铁、镍、钴的晶体结构和磁性
铁Fe（常压下）：
⑴ 温度＜912℃
体心立方（bcc），
铁磁性的α－Fe，
居里温度为770 ℃ ，
易磁化方向为<100>,
[111]
难磁化方向为<111>
⑵ 912 ℃ ＜温度＜1394℃ 面心立方, 顺磁性的γ－Fe
(3) 减落因子DF：定义为减落系数与开始测量时间(t1)测 得的磁导率之比
d DF
1
磁老化
软磁材料的磁性能随时间增长而不断下降， 其原因除减落之外，还可能出现由于材料结 构变化而引起的不可逆变化，称为磁老化，
用老化系数Ia表示。式中1、2分别为老化
前后测得的磁导率。
Ia
1 2 1
老化系数的大小与材料值和制造工艺有关，一般地说高