整理磁性材料的分類以及特點(diǎn)

1、精品文檔磁性材料的分類以及特點(diǎn)、帶繞鐵芯硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅(一般在4.5%以下)形成的鐵硅系合金稱為硅鋼該類鐵芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為12000 高斯;由于它們具有較好的磁電性能， 又易于大批生產(chǎn)， 價(jià)格便宜， 機(jī)械應(yīng)力影響小等 優(yōu)點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電 流互感器等鐵芯。 是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。 也是電源變壓器用磁 性材料中用量最大的材料。 特別是在低頻、 大功率下最為適用。 常用的有冷軋硅 鋼薄板DG3冷軋無取向電工鋼帶 DW冷軋取向電工鋼帶DQ適用于各類電子 系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈

2、、電抗器、電感器鐵芯，這 類合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗 急劇增加，一般使用頻率不超過 400Hz從應(yīng)用角度看，對(duì)硅鋼的選擇要考慮兩 方面的因素： 磁性和成本。對(duì)小型電機(jī)、 電抗器和繼電器， 可選純鐵或低硅鋼片； 對(duì)于大型電機(jī)， 可選高硅熱軋硅鋼片、 單取向或無取向冷軋硅鋼片； 對(duì)變壓器常 選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時(shí)，常用帶材的厚度為 0.20.35 毫米； 在 400Hz 下使用時(shí)，常選 0.1 毫米厚度為宜。厚度越薄，價(jià)格越高。2、坡莫合金坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在 3090%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛 的軟磁合金。 通過適當(dāng)?shù)墓に嚕?可

3、以有效地控制磁性能， 比如超過十萬的初始磁 導(dǎo)率、超過一百萬的最大磁導(dǎo)率、低到千分之二奧斯特的矯頑力、接近 1 或接 近零的矩形系數(shù)， 具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性， 可以加工 成1微米的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有 1J50、1J79、1J85等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些， 但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍， 鐵損也比硅鋼低 23倍。做成較高頻率(4008000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100瓦以 下小型較高頻率變壓器。 1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器， 漏電保護(hù)開關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。 1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá) 十

4、萬以上， 適合于作弱信號(hào)的低頻或高頻輸入輸出變壓器、 共模電感及高精度電 流 互感器等。其優(yōu)點(diǎn)：磁導(dǎo)率很高，損耗很低，高頻性能好，缺點(diǎn)是成本很高。3、非晶及納米晶軟磁合金 (Amorphous and Nanocrystalline alloys) 硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料， 原子在三維空間做規(guī)則排列， 形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯(cuò)、間隙原子、磁晶各向異性等 缺陷，對(duì)軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來說，原子不規(guī)則排列、不存在周期性 和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。 非晶態(tài)金屬與合金 是 70 年代問世的一個(gè)新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的

5、方法，而 是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬度的超急冷凝固技術(shù)， 從鋼液到薄帶成品一 次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序， 這種新工藝被人們 稱之為對(duì)傳統(tǒng)冶金工藝的一項(xiàng)革命。 由于超急冷凝固， 合金凝固時(shí)原子來不及有 序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無序結(jié)構(gòu)， 沒有晶態(tài)合金的晶粒、 晶界存在， 稱之為非晶合金， 被稱為是冶金材料學(xué)的一項(xiàng)革命。 這種非晶合金具有許多獨(dú)特 的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率 和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單，從 80 年代開始成為國(guó)內(nèi)外 材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國(guó)已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，

6、并且大 量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場(chǎng)。 我國(guó)自從 70 年 代開始了非晶態(tài)合金的研究及開發(fā)工作， 經(jīng)過“ 六五”、 “ 七五”、“ 八五” 期間的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的完成，共取得科研成果 134 項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng) 2 項(xiàng)， 獲專利 16 項(xiàng)，已有近百個(gè)合金品種。 鋼鐵研究總院現(xiàn)具有 4 條非晶合金帶材生 產(chǎn)線、一條非晶合金元器件鐵芯生產(chǎn)線。生產(chǎn)各種定型的鐵基、鐵鎳基、鈷基和 納米晶帶材及鐵芯，適用于逆變電源、開關(guān)電源、電源變壓器、漏電保護(hù)器、電 感器的鐵芯元件，年產(chǎn)值近 2000 萬元?！?九五”正在建立千噸級(jí)鐵基非晶生 產(chǎn)線，進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平行列。常用的非晶合金的種類有

7、：鐵基、鐵鎳基、鈷基 非晶合金以及鐵基納米晶合金。（ 1） . 鐵基非晶合金 （Fe-based amorphous alloys）鐵基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B類金屬元素所構(gòu)成，它具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（1.54T），鐵基非晶合金與硅鋼的損耗比較其磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等各方面都優(yōu)于硅鋼片的特點(diǎn)，特別是鐵損低（ 為 取向硅鋼片的 1 /3 1 /5 ） ，代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能 6070。鐵基非晶 合金的帶材厚度為 0.03 毫米左右，廣泛應(yīng)用于配電變壓器、大功率開關(guān)電源、 脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯 , 適合于 10kHz 以下頻率使 用（2） . 鐵鎳基鈷

8、基非晶合金 （Fe-Ni based-amorphous alloy）鐵鎳基非晶合金是由40%N、40%Fe及20%類金屬元素所構(gòu)成,它具有中等飽和 磁，感應(yīng)強(qiáng)度0.8T、較高的初始磁導(dǎo)率和很高的最大磁導(dǎo)率以及高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的韌 性。在中、低頻率下具有低的鐵損。空氣中熱處理不發(fā)生氧化，經(jīng)磁場(chǎng)退火后可 得到很好的矩形回線。 價(jià)格比 1J79 便宜 3050。鐵鎳基非晶合金的應(yīng)用范圍 與中鎳坡莫合金相對(duì)應(yīng) , 但鐵損和高的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶態(tài)合金優(yōu)越； 代替 1J79， 廣泛用于漏電開關(guān)、 精密電流互感器鐵芯、 磁屏蔽等。 鐵鎳基非晶合金是國(guó)內(nèi)開 發(fā)最早，也是目前國(guó)內(nèi)非晶合金中應(yīng)用量最大的非晶品種

9、，年產(chǎn)量近 200 噸左 右. 空氣中熱處理不發(fā)生氧化鐵鎳基非晶合金（ 1K503 ） 獲得國(guó)家發(fā)明專利和 美國(guó)專利權(quán)。(3). 鐵基納米晶合金( Nanocrystalline alloy ) 鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si 、B 元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料， 這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理 后可獲得直徑為 1020 納米的微晶 , 彌散分布在非晶態(tài)的基體上， 被稱為微晶、 納米晶材料或納米晶材料 . 納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能 : 高飽和磁感(1.2 T)、高初始磁導(dǎo)率(8萬)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高頻損耗低(P0.5T /

10、20kHz= 30 W/kg),電阻率為80微歐厘米，比坡莫合金(50-60微歐厘米)高, 經(jīng)縱向或橫向磁場(chǎng)處理，可得到高 Br(0.9)或低Br值(1000Gs).是目前市場(chǎng)上 綜合性能最好的材料；適用頻率范圍：50Hz-100kHz,最佳頻率范圍：20kHz-50kHz. 廣泛應(yīng)用于大功率開關(guān)電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、 高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護(hù)開關(guān)、共模電感鐵芯 .、粉芯類1 、磁粉芯磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的一種軟磁材料。由 于鐵磁性顆粒很小(高頻下使用的為 0.55微米)，又被非磁性電絕緣膜物質(zhì) 隔開，因此，一方面可以隔絕渦流，

11、材料適用于較高頻率；另一方面由于顆粒之 間的間隙效應(yīng)， 導(dǎo)致材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性； 又由于顆粒尺寸小， 基本 上不發(fā)生集膚現(xiàn)象， 磁導(dǎo)率隨頻率的變化也就較為穩(wěn)定。 主要用于高頻電感。 磁 粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導(dǎo)磁率、 粉粒的大小和形狀、 它們的填充 系數(shù)、絕緣介質(zhì)的含量、成型壓力及熱處理工藝等。 常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種。磁芯的有效磁導(dǎo)率卩e及電感的計(jì)算公式為：卩 e = DL/4N2S x 10e9其中：D 為磁芯平均直徑( cm)L 為電感量(享)N 為繞線匝數(shù)S 為磁芯有效截面積( cm2)。1 、鐵粉芯常用鐵粉芯是由碳基鐵磁粉及樹脂碳基鐵

12、磁粉構(gòu)成。 在粉芯中價(jià)格最低。 飽和磁 感應(yīng)強(qiáng)度值在1.4T左右；磁導(dǎo)率范圍從22100;初始磁導(dǎo)率卩i隨頻率的變 化穩(wěn)定性好；直流電流疊加性能好；但高頻下?lián)p耗高。鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨頻率的變化2、坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有鉬坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。MPP是由81%Ni, 2%Mo,及Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值 在 7500Gs 左右； 磁導(dǎo)率范圍大，從 14550; 在粉末磁芯中具有最低的損耗； 溫度穩(wěn)定性極佳，廣泛用于太空設(shè)備、露天設(shè)備等；磁致伸縮系數(shù)接近零，在不 同的頻率下工作時(shí)無噪聲產(chǎn)生。主要應(yīng)用

13、于 300KHz 以下的高品質(zhì)因素 Q 濾波 器、感應(yīng)負(fù)載線圈、諧振電路、在對(duì)溫度穩(wěn)定性要求高的 LC 電路上常用、輸出 電感、功率因素補(bǔ)償電路等 , 在 AC 電路中常用 , 粉芯中價(jià)格最貴。高磁通粉芯 HF 是由 50%Ni, 50%Fe 粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是 ： 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在 15000Gs 左 右； 磁導(dǎo)率范圍從 14160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高的直 流偏壓能力；磁芯體積小。主要應(yīng)用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率 因素校正電路等 , 在 DC 電路中常用，高 DC 偏壓、高直流電和低交流電上用得 多。價(jià)格低于 MPP。3、鐵硅鋁粉芯(Kool M卩Cor

14、es)鐵硅鋁粉芯由 9%Al, 5%Si, 85%Fe 粉構(gòu)成。主要是替代鐵粉芯，損耗 比鐵粉芯低 80%，可在 8KHz 以上頻率下使用；飽和磁感在 1.05T 左右；導(dǎo)磁率 從26125;磁致伸縮系數(shù)接近零，在不同的頻率下工作時(shí)無噪聲產(chǎn)生； 比MPP有 更高的 DC 偏壓能力； 具有最佳的性能價(jià)格比。 主要應(yīng)用于交流電感、 輸出電感、 線路濾波器、功率因素校正電路等。 有時(shí)也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。4、軟磁鐵氧體 (Ferrites)軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方 法生產(chǎn)。有 Mn-Zn、 Cu-Zn、 Ni-Zn 等幾類，其中 Mn-Zn 鐵氧

15、體的產(chǎn)量和用量最 大，Mn-Zn鐵氧體的電阻率低，為110歐姆-米，多適于10K 500KHz頻率， 較低功率的應(yīng)用。 Cu-Zn、 Ni-Zn 鐵氧體的電阻率為 102104 歐姆-米，在 100kHz10 兆赫的無線電頻段的損耗小，多用在無線電用天線線圈、無線電中 頻變壓器。磁芯形狀種類豐富，有 E、 I 、 U、 EC、 ETD 形、方形 (RM、 EP、 PQ)、 罐形(PC、RS DS)及圓形等。在應(yīng)用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺 材料也能得到高磁導(dǎo)率， 粉末冶金方法又適宜于大批量生產(chǎn)， 因此成本低， 又因 為是燒結(jié)物硬度大、 對(duì)應(yīng)力不敏感， 在應(yīng)用上很方便。 而且磁導(dǎo)率隨

16、頻率的變化 特性穩(wěn)定，在 150kHz 以下基本保持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現(xiàn)，磁粉芯的生產(chǎn)大大減少 了，很多原來使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。 國(guó)內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠 家很多，常用的材質(zhì)有TDK公司的PC40TOKIN公司的BH2 Siemens公司的N67, Philips 公司的3C90在此僅以美國(guó)的 Magnetics公司生產(chǎn)的 Mn-Zn鐵氧體為 例介紹其應(yīng)用狀況。分為三類基本材料：電信用基本材料、寬帶及 EMI 材料、 功率型材料。電信用鐵氧體的磁導(dǎo)率從 7502300, 具有低損耗因子、高品質(zhì)因 素Q穩(wěn)定的磁導(dǎo)率隨溫度/時(shí)間關(guān)系，是磁導(dǎo)率在工作中下降最慢的一種，約 每十年下降3%-4%廣泛應(yīng)用于高Q濾波器、調(diào)諧濾波器、負(fù)載線圈、阻抗匹 配變壓器、接近傳感器。 寬帶鐵氧體也就是常說的高導(dǎo)磁率鐵氧體， 磁導(dǎo)率分別 有 5000、 10000、 15000。其特性為具有低損耗因子、高磁導(dǎo)率、高阻抗 /頻率特 性。廣泛應(yīng)用于共模濾波器、 飽和電感、 電流互感器、 漏電保護(hù)器、 絕緣變壓器、 信號(hào)及脈沖變壓器，在寬帶變壓器和 EMI 上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁 感應(yīng)強(qiáng)度，為40005000 Gs。另外具