磁性材料第一部分

1、無論是電子技術(shù)、電力技術(shù)、通信技術(shù)、還是空間技術(shù)、計算技術(shù)、生無論是電子技術(shù)、電力技術(shù)、通信技術(shù)、還是空間技術(shù)、計算技術(shù)、生物技術(shù)，乃至家用電器，物技術(shù)，乃至家用電器，從從1902年年P(guān).塞曼和塞曼和H.A.洛倫茲獲得諾貝爾獎，到洛倫茲獲得諾貝爾獎，到1998年華裔的崔琦先生獲諾貝爾年華裔的崔琦先生獲諾貝爾物理學(xué)獎，至少有物理學(xué)獎，至少有24次諾貝爾獎得主在磁學(xué)領(lǐng)域作出了杰出的貢獻；次諾貝爾獎得主在磁學(xué)領(lǐng)域作出了杰出的貢獻；公元前公元前2500年我國已有磁性指南年我國已有磁性指南司南的記載，其開創(chuàng)了人類對磁學(xué)和磁性司南的記載，其開創(chuàng)了人類對磁學(xué)和磁性材料研究的先河；材料研究的先河；以磁科學(xué)進行

2、研究的創(chuàng)始者當數(shù)吉爾伯特，后經(jīng)安培、奧斯特、法拉第等人開以磁科學(xué)進行研究的創(chuàng)始者當數(shù)吉爾伯特，后經(jīng)安培、奧斯特、法拉第等人開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，初步奠定了磁學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)。創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，初步奠定了磁學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)。從從1900年到年到1930年，先后確立了金屬電子論、順磁性理論、分子磁場、磁疇概年，先后確立了金屬電子論、順磁性理論、分子磁場、磁疇概念、念、X射線衍射分析、原子磁矩、電子自旋、波動力學(xué)、鐵磁性體理論金屬電子射線衍射分析、原子磁矩、電子自旋、波動力學(xué)、鐵磁性體理論金屬電子量子論、電子顯微鏡等相關(guān)的的理論。從而形成了完整的磁學(xué)科學(xué)體系。在此量子論、電子顯微鏡等相關(guān)的的理論。從而形成了完

3、整的磁學(xué)科學(xué)體系。在此后的后的2030年間，出現(xiàn)了種類繁多的磁性材料。年間，出現(xiàn)了種類繁多的磁性材料。我國的磁學(xué)前輩當數(shù)葉企孫（我國的磁學(xué)前輩當數(shù)葉企孫（1924年從美國哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位回國）、施汝年從美國哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位回國）、施汝為先生（為先生（1931年在國內(nèi)發(fā)表了第一篇磁學(xué)研究論文），現(xiàn)我國已有十余所高校、年在國內(nèi)發(fā)表了第一篇磁學(xué)研究論文），現(xiàn)我國已有十余所高校、十幾個研究所及幾百個生產(chǎn)企業(yè)從事磁學(xué)研究、教學(xué)和生產(chǎn)。十幾個研究所及幾百個生產(chǎn)企業(yè)從事磁學(xué)研究、教學(xué)和生產(chǎn)。 磁性材料是功能材料的重要分支；磁性材料是功能材料的重要分支； 磁性元器件具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理信息、存儲能量、節(jié)約

4、能源等磁性元器件具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理信息、存儲能量、節(jié)約能源等功能功能, , 應(yīng)用于能源、電信、自動控制、通訊、家用電器、生物、醫(yī)療衛(wèi)應(yīng)用于能源、電信、自動控制、通訊、家用電器、生物、醫(yī)療衛(wèi)生、輕工、選礦、物理探礦、軍工等領(lǐng)域生、輕工、選礦、物理探礦、軍工等領(lǐng)域, ,尤其在信息技術(shù)領(lǐng)域尤其在信息技術(shù)領(lǐng)域已成為不可缺少的組成部分。已成為不可缺少的組成部分。 信息化發(fā)展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能、數(shù)字化、智能信息化發(fā)展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展化方向發(fā)展; ;要求磁性材料制造的元器件不僅大容量、小型化、要求磁性材料制造的元器件不僅大容量、小型化、高速度高速度,

5、,而且具有可靠性、耐久性、抗振動和低成本的特點。而且具有可靠性、耐久性、抗振動和低成本的特點。(1)(1)加強磁性材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究加強磁性材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究. . (2)(2)改造和完善現(xiàn)有的磁性材料改造和完善現(xiàn)有的磁性材料, ,提高其磁性能提高其磁性能, ,優(yōu)化制備優(yōu)化制備工藝工藝, ,降低生產(chǎn)成本降低生產(chǎn)成本. .(3)(3)發(fā)展新型的磁性材料發(fā)展新型的磁性材料, ,特別是納米磁性材料納米磁性材特別是納米磁性材料納米磁性材料是納米材料中最早進入工業(yè)化生產(chǎn)的功能材料料是納米材料中最早進入工業(yè)化生產(chǎn)的功能材料, ,應(yīng)用廣應(yīng)用廣泛泛, ,性能優(yōu)異性能優(yōu)異, ,特別是在信息存

6、儲、處理與傳輸中占據(jù)重要特別是在信息存儲、處理與傳輸中占據(jù)重要地位地位, ,其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)正方興未艾其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)正方興未艾. .(4)(4)加強研究、生產(chǎn)、應(yīng)用三方面的結(jié)合加強研究、生產(chǎn)、應(yīng)用三方面的結(jié)合, ,不斷開拓磁性材不斷開拓磁性材料新的應(yīng)用領(lǐng)域并促使其發(fā)展料新的應(yīng)用領(lǐng)域并促使其發(fā)展. .磁性材料的研究和發(fā)展將主要集中在以下幾個方面磁性材料的研究和發(fā)展將主要集中在以下幾個方面: :教學(xué)內(nèi)容和要求教學(xué)內(nèi)容和要求 熟悉金屬磁性材料理論基礎(chǔ)包括金屬結(jié)構(gòu)與磁特熟悉金屬磁性材料理論基礎(chǔ)包括金屬結(jié)構(gòu)與磁特性的關(guān)系，結(jié)晶織構(gòu)與磁織構(gòu)對磁性能的關(guān)系，性的關(guān)系，結(jié)晶織構(gòu)與磁織構(gòu)對磁性能的關(guān)系

7、，相變熱力學(xué)，相變動力學(xué)，過飽和固溶體分解原相變熱力學(xué)，相變動力學(xué)，過飽和固溶體分解原理在磁性材料研究中的應(yīng)用。理在磁性材料研究中的應(yīng)用。(6)(6) 掌握金屬軟磁材料的結(jié)構(gòu)與特性要求如工程純鐵，掌握金屬軟磁材料的結(jié)構(gòu)與特性要求如工程純鐵，鐵鎳系等。鐵鎳系等。(2)(2) 掌握金屬及稀土永磁材料的結(jié)構(gòu)與特性要求包括掌握金屬及稀土永磁材料的結(jié)構(gòu)與特性要求包括AlNiCoAlNiCo，SmCoSmCo，NdFeBNdFeB，SmFeNSmFeN。(2)(2) 非晶態(tài)磁性材料的制備工藝及磁特性。非晶態(tài)磁性材料的制備工藝及磁特性。(2)(2)5 5熟悉尖晶石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)與基本特性熟悉尖晶石鐵氧體的

8、晶體結(jié)構(gòu)與基本特性; ;掌握軟磁鐵氧掌握軟磁鐵氧體的特性要求與參數(shù)、軟磁鐵氧體的磁譜特性、軟磁鐵氧體的特性要求與參數(shù)、軟磁鐵氧體的磁譜特性、軟磁鐵氧體損耗特性、軟磁鐵氧體的穩(wěn)定性。體損耗特性、軟磁鐵氧體的穩(wěn)定性。 (14)(14)6 6熟悉石榴石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、石榴石鐵氧體的飽和磁化熟悉石榴石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、石榴石鐵氧體的飽和磁化強度、石榴石鐵氧體的磁晶各向異性、石榴石鐵氧體的光強度、石榴石鐵氧體的磁晶各向異性、石榴石鐵氧體的光特性、鈣鈦石型鐵氧體。掌握旋磁鐵氧體材料的特性要求特性、鈣鈦石型鐵氧體。掌握旋磁鐵氧體材料的特性要求與參數(shù)、旋磁鐵氧體材料的損耗、高功率條件下旋磁鐵氧與參數(shù)、旋磁鐵

9、氧體材料的損耗、高功率條件下旋磁鐵氧體材料的損耗、常用旋磁鐵氧體材料、特殊性能旋磁鐵氧體材料的損耗、常用旋磁鐵氧體材料、特殊性能旋磁鐵氧體材料。體材料。(6)(6)教學(xué)內(nèi)容和要求教學(xué)內(nèi)容和要求7 7熟悉磁鉛石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、磁鉛石鐵氧體的飽和磁化熟悉磁鉛石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、磁鉛石鐵氧體的飽和磁化強度、磁鉛石鐵氧體的磁晶各向異性。掌握永磁鐵氧體材強度、磁鉛石鐵氧體的磁晶各向異性。掌握永磁鐵氧體材料的特性要求與參數(shù)、常用永磁鐵氧體材料、永磁鐵氧體料的特性要求與參數(shù)、常用永磁鐵氧體材料、永磁鐵氧體材料的穩(wěn)定性與發(fā)展。材料的穩(wěn)定性與發(fā)展。(4)(4)8 8本課程開出相關(guān)實驗本課程開出相關(guān)實驗1212

10、學(xué)時學(xué)時continue 教學(xué)內(nèi)容和要求教學(xué)內(nèi)容和要求 不同類型的磁性材料是如何分類的不同類型的磁性材料是如何分類的?按塊體磁化率來劃分按塊體磁化率來劃分: 抗磁性材料抗磁性材料 順磁性材料順磁性材料 強磁性材料強磁性材料(鐵磁性、亞鐵磁性鐵磁性、亞鐵磁性)(鐵氧體材料、金屬磁性材料鐵氧體材料、金屬磁性材料)按功能分按功能分: 軟磁材料軟磁材料 永磁材料永磁材料 矩磁材料矩磁材料 壓磁材料壓磁材料 旋磁材料旋磁材料1-1 軟磁鐵氧體材料的特性要求軟磁鐵氧體材料的特性要求一一.概述概述: 1.要求：要求： 四高四高-i、Q、fr、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性( M、DF); 2.特點：容易獲得磁性也容易失去特

11、點：容易獲得磁性也容易失去,主要用于高主要用于高f弱場弱場二二.分類分類 第一章第一章 軟磁鐵氧體材料軟磁鐵氧體材料二二.分類分類 1.按晶體結(jié)構(gòu)按晶體結(jié)構(gòu):尖晶石型尖晶石型;平面六角晶系平面六角晶系; 2.按材料應(yīng)用性能分：按材料應(yīng)用性能分： 1.高磁導(dǎo)率材料高磁導(dǎo)率材料(i = 2000-4 104)： 低頻、寬頻帶變壓器低頻、寬頻帶變壓器 及小及小 型型 脈沖變壓器脈沖變壓器 2.低損耗材料：電源磁芯低損耗材料：電源磁芯,高功率場合高功率場合; 3.低損耗高溫定性材料低損耗高溫定性材料:通信濾波器磁芯通信濾波器磁芯; 4. 高頻大磁場材料：高頻大磁場材料： 空腔諧振器、高功率變壓器等空腔

12、諧振器、高功率變壓器等 5.功率鐵氧體（高功率鐵氧體（高Bs）材料：）材料： 開關(guān)電源及低頻功率變壓器開關(guān)電源及低頻功率變壓器 6 高密度記錄材料：用做錄音高密度記錄材料：用做錄音,錄象磁頭錄象磁頭; 7電波吸收體材料：吸收電磁波能量，廣泛應(yīng)用于抗干擾電波吸收體材料：吸收電磁波能量，廣泛應(yīng)用于抗干擾 電子電子 技術(shù)技術(shù)1-1-1 1.起始磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率I L：電感量（：電感量（mH）；）；R：電阻；：電阻；h、Di、Do：樣品高，內(nèi)徑，外徑：樣品高，內(nèi)徑，外徑2.磁損耗磁損耗: 品質(zhì)因素：品質(zhì)因素：Q=L / R; 損耗角正切：損耗角正切：tg=1/Q; 比損耗系數(shù)比損耗系數(shù): tg /i

13、=1/iQ 一般材料一般材料i Q =常數(shù)常數(shù).3.溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性:溫度系數(shù)溫度系數(shù) 比溫度系數(shù)：比溫度系數(shù)： u/iHBHi0limrefrefrefe7210)ln(2ioDDhNL122910rrhInNRX 4.4.減落減落: :反映材料隨時間的穩(wěn)定性反映材料隨時間的穩(wěn)定性5.5.磁老化磁老化6.6.截止頻率截止頻率fr: fr: 由于疇壁或自然共振由于疇壁或自然共振, , 迅速下降致所對應(yīng)的迅速下降致所對應(yīng)的頻率點頻率點 , ,衡量材料應(yīng)用頻率的上限衡量材料應(yīng)用頻率的上限. .max21rrfr r1-2 軟磁鐵氧體的磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體的磁導(dǎo)率一、起始磁導(dǎo)率的理論概述一、起始磁導(dǎo)

14、率的理論概述: 微觀機理微觀機理: 可逆疇轉(zhuǎn)，可逆疇壁位移可逆疇轉(zhuǎn)，可逆疇壁位移 i = i 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+ i位位對于一般燒結(jié)鐵氧體：對于一般燒結(jié)鐵氧體： 1.如內(nèi)部氣孔較多如內(nèi)部氣孔較多,密度低密度低,壁移難壁移難, i 轉(zhuǎn)為主轉(zhuǎn)為主; 2.如晶粒大如晶粒大,氣孔少氣孔少,密度高密度高,以壁移為主以壁移為主. 磁化的難易程度決定于磁化動力磁化的難易程度決定于磁化動力(MsH)與阻滯之比與阻滯之比,比值比值高則易磁化高則易磁化;反之難磁化反之難磁化.dkMssi3212023 理論上提高磁導(dǎo)率的條件理論上提高磁導(dǎo)率的條件: : 1. 1.必要條件：必要條件： 1.Ms1.Ms要高要高( ( MsMs

15、2 2 ); ); 2.k 2.k1 1, , s s0; 0; 2. 2.充分條件充分條件: : 1.1.原料雜質(zhì)少原料雜質(zhì)少, , ; ; 2.2.密度要提高密度要提高 ( P ( P ),),即材料晶粒尺寸要大即材料晶粒尺寸要大( D( D ); ); 3.3.結(jié)構(gòu)要均勻結(jié)構(gòu)要均勻 ( (晶界阻滯晶界阻滯 ); ); 4.4.消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力 s s ; ; 5.5.氣孔氣孔 , ,另相另相 ( (退磁場退磁場 ) )二、提高二、提高i 的方法的方法（一）（一）. .提高材料的提高材料的Ms Ms 尖晶石鐵氧體尖晶石鐵氧體 Ms = | MMs = | MB B - M- MA A|

16、 | 1.1.選高選高MsMs的單元鐵氧體的單元鐵氧體 如如:MnFe:MnFe2 2O O4 4(4.6-5 (4.6-5 B B); NiFe); NiFe2 2O O4 4 (2.3 (2.3 B B) ) 2.2.加入加入Zn,Zn,使使M MA As s降低降低 另外另外: : CoFeCoFe2 2O O4 4 (3.7 (3.7 B B) )磁晶各向異性磁晶各向異性 FeFe3 3O O4 4(4 (4 B B) ) 電阻率低電阻率低,K,K也較大也較大 LiLi0.50.5FeFe2.52.5O O4 4(2.5 (2.5 B B) ) 燒結(jié)性差燒結(jié)性差,1000,10000

17、0C, LiC, Li揮揮發(fā)發(fā)( (二二).).降低降低 k k1 1和和 s s 1.1.選選L=0L=0的單元鐵氧體的單元鐵氧體; MnFe; MnFe2 2O O4 4 , Li, Li0.50.5FeFe2.52.5O O4 4, , MgFe MgFe2 2O O4 4 2.2.選擇選擇L L被淬滅被淬滅; NiFe; NiFe2 2O O4 4 ,CuFe,CuFe2 2O O4 4 3.3.離子取代降低離子取代降低k k1 1, , s s 1.1.加入加入ZnZn2+2+, ,沖淡磁性離子的磁各向異性沖淡磁性離子的磁各向異性 2.2.加入加入CoCo2+2+: :一般鐵氧體一般

18、鐵氧體k k1 10, Co 0,0,正正 負負k k補償；補償； 3.3.引入引入FeFe2+2+,Fe,Fe2+2+在在MnZnMnZn表現(xiàn)為正表現(xiàn)為正k,k,可正負補可正負補 償調(diào)整償調(diào)整k; k; 4.4.加入加入TiTi4+4+, 2Fe, 2Fe3+ 3+ FeFe2+2+Ti+Ti4+4+; ;55高磁導(dǎo)率的成分范圍高磁導(dǎo)率的成分范圍( (三三).).顯微結(jié)構(gòu)：顯微結(jié)構(gòu)： 1.1.結(jié)晶狀態(tài)結(jié)晶狀態(tài): : 晶粒大小、完整性、均勻性；晶粒大小、完整性、均勻性； 2.2.晶界狀態(tài)晶界狀態(tài): : 厚薄、氣孔、另相；厚薄、氣孔、另相； 3.3.晶粒內(nèi)氣孔晶粒內(nèi)氣孔, ,另相另相: : 大小

19、、多少和分布；大小、多少和分布； 高高材料材料: :大晶粒大晶粒, ,晶粒均勻完整晶粒均勻完整, ,晶界薄晶界薄, ,無氣無氣孔和另相孔和另相( (四四).).內(nèi)應(yīng)力對內(nèi)應(yīng)力對的影響：的影響： 1.1.有磁化過程中的磁致伸縮引起，它與有磁化過程中的磁致伸縮引起，它與 s s 成正成正 比；比； 2.2.燒結(jié)后冷卻速度太快，晶格應(yīng)變和離子、空位燒結(jié)后冷卻速度太快，晶格應(yīng)變和離子、空位 分布不均勻而產(chǎn)生畸變；分布不均勻而產(chǎn)生畸變； 3.3.由氣孔、雜質(zhì)、另相、晶格缺陷、結(jié)晶不均勻由氣孔、雜質(zhì)、另相、晶格缺陷、結(jié)晶不均勻 等引起的應(yīng)力，與原材料純度和工藝有關(guān)等引起的應(yīng)力，與原材料純度和工藝有關(guān)。 1

20、. 1.原材料：純度高、活性好、雜質(zhì)少原材料：純度高、活性好、雜質(zhì)少, ,對對MnZnMnZn材料材料 而言粒度最好在而言粒度最好在0.150.150.25 0.25 m m范圍內(nèi)。特別注范圍內(nèi)。特別注 意半徑較的大雜質(zhì)混入；意半徑較的大雜質(zhì)混入； 2.2.配方除滿足高配方除滿足高MsMs，更重要是滿足，更重要是滿足k k1 1 0, 0, s s 0 0； 一般當要求一般當要求i i在在50005000以下時以下時, ,可以加入必要的添可以加入必要的添 加劑如加劑如 CaO, TiOCaO, TiO2 2, LaO,CuO, Bi, LaO,CuO, Bi2 2O O3 3, B, B2 2

21、O O3 3, BaO, , BaO, V V2 2O O5 5,ZrO,ZrO2 2 等，以改善損耗特性及其它性能的作用等，以改善損耗特性及其它性能的作用 3.3.保證獲得高密度及優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)，造成磁化過程保證獲得高密度及優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)，造成磁化過程 以壁移為主。用二次還原燒結(jié)法和平衡氣氛燒結(jié)以壁移為主。用二次還原燒結(jié)法和平衡氣氛燒結(jié) 法是獲得穩(wěn)定優(yōu)良性能必不可少的條件；法是獲得穩(wěn)定優(yōu)良性能必不可少的條件； 4.4.采用適當?shù)臒崽幚砉に囘M一步改善顯微結(jié)構(gòu)性能，采用適當?shù)臒崽幚砉に囘M一步改善顯微結(jié)構(gòu)性能， 促使均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)節(jié)離子、空位的穩(wěn)促使均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)節(jié)離子、空位的穩(wěn) 定分

22、布狀態(tài)。定分布狀態(tài)。1-3 軟磁鐵氧體的磁譜軟磁鐵氧體的磁譜一、軟磁鐵氧體磁譜及形狀一、軟磁鐵氧體磁譜及形狀 磁譜：軟磁材料在弱交變磁場中，復(fù)磁導(dǎo)率磁譜：軟磁材料在弱交變磁場中，復(fù)磁導(dǎo)率r r = = r r - - r r 隨頻率變化的曲線隨頻率變化的曲線frr1234一般軟磁鐵氧體材料的磁譜一般軟磁鐵氧體材料的磁譜鐵氧體磁譜分區(qū)：鐵氧體磁譜分區(qū)： 1.1.低頻低頻( f10( f10( f 101010Hz)-Hz)-交換區(qū)交換區(qū)fcL=n/2舉例： f=106Hz，=103，=30，=173cm影響磁譜的因素影響磁譜的因素1.1.疇壁共振：疇壁共振： m m 有效質(zhì)量；有效質(zhì)量； ：勁度

23、系數(shù)（勁度系數(shù)（P56P56） ：為疇壁在其能谷中離開最低能量的平衡位置時為疇壁在其能谷中離開最低能量的平衡位置時所受到的回復(fù)力大小的量度，是一個結(jié)構(gòu)靈敏常數(shù)所受到的回復(fù)力大小的量度，是一個結(jié)構(gòu)靈敏常數(shù)2.2.自然共振自然共振: : 外加交變場，磁晶各向異性場和退磁場聯(lián)合作用；外加交變場，磁晶各向異性場和退磁場聯(lián)合作用； 1.1.單疇單疇: : r r = r = rH Hk k 2.2.多疇多疇:H Hk k r r 1MHz,f 1MHz,以以NiZnNiZn為主為主; ; f 100MHz,f 100MHz,以平面六角結(jié)構(gòu)材料為主以平面六角結(jié)構(gòu)材料為主; ;3.3.加入磁晶各向異性很強的

24、離子加入磁晶各向異性很強的離子 CoCo2+ 2+ 1.1.凍結(jié)疇壁的移動凍結(jié)疇壁的移動, ,提高疇壁共振頻率提高疇壁共振頻率 2.2.形成形成CoCo2 2Y Y相相, ,增大材料的磁晶各向異性增大材料的磁晶各向異性; ;4. 加入低熔點物質(zhì)加入低熔點物質(zhì)PbO,CuO 摻入低熔點物質(zhì)，可使摻入低熔點物質(zhì)，可使T燒燒降低降低150200 C;提高密提高密度度, 細化晶粒細化晶粒, 磁化過程主要以疇轉(zhuǎn)為主磁化過程主要以疇轉(zhuǎn)為主,在在MnZn,NiZn 中都可以運用中都可以運用;5. 降低燒結(jié)溫度降低燒結(jié)溫度,細化晶粒細化晶粒; 形成多孔細晶粒結(jié)構(gòu)形成多孔細晶粒結(jié)構(gòu):利用形狀各向異性利用形狀各向

25、異性,退磁場作用退磁場作用 (氣孔氣孔),在在NiZn 中普遍采用；中普遍采用；6.應(yīng)用時應(yīng)用時: 對對 k10( s0( s0)壓力壓力; 開氣隙開氣隙,使使i ; 加直流偏磁場加直流偏磁場(固定疇壁固定疇壁);1-4 1-4 軟磁鐵氧體的損耗軟磁鐵氧體的損耗一、一、.概述概述產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因:軟磁材料在弱交變場軟磁材料在弱交變場,一方面會受磁化一方面會受磁化而儲能而儲能,另一方面由于各種原因造成另一方面由于各種原因造成B落后于落后于H而而產(chǎn)生損耗產(chǎn)生損耗,即材料從交變場中吸收能量并以熱能即材料從交變場中吸收能量并以熱能形式耗散形式耗散. )sin( ),cos(00mmmmHBHBchet

26、antantantancaBefmitan2二二. .磁損耗分類磁損耗分類: : 非共振區(qū)（損耗較小）非共振區(qū)（損耗較?。? : 1. 1.渦流損耗渦流損耗; ; 2. 2.磁滯損耗磁滯損耗; ; 3. 3.剩余損耗剩余損耗; ; 共振區(qū)（損耗較大）共振區(qū)（損耗較大）: : 4. 4.尺寸損耗尺寸損耗; ; 5. 5.疇壁損耗疇壁損耗; ; 6. 6.自然共振自然共振（一）、（一）、 渦流損耗渦流損耗渦流損耗渦流損耗：由于電磁感應(yīng)引起渦流而產(chǎn)生。：由于電磁感應(yīng)引起渦流而產(chǎn)生。一般鐵氧體一般鐵氧體 很高時很高時, ,可忽略渦流損耗可忽略渦流損耗; ;對高對高 材料，材料，由于由于FeFe2+2+

27、含量較高，（含量較高，（ =10=10-2-21010 m m），），渦流損耗渦流損耗較大。較大。降低渦流損耗的有效方法是降低渦流損耗的有效方法是: :提高提高 ( (晶粒內(nèi)部的晶粒內(nèi)部的 , ,晶界的晶界的 ) )effdiie2231tan2 1. 1.晶粒內(nèi)部晶粒內(nèi)部: : 防止防止FeFe2+2+出現(xiàn)出現(xiàn), ,如配方中如配方中FeFe2 2O O3 350mol%50mol%則在則在還原氣氛下燒結(jié)還原氣氛下燒結(jié); ;主要在高頻主要在高頻NiZnNiZn要防止要防止FeFe2+2+產(chǎn)生產(chǎn)生, ,則在氧氣氛下燒結(jié)則在氧氣氛下燒結(jié); ; 采用缺鐵配方采用缺鐵配方, Fe, Fe2 2O O3

28、 350mol%, P n n型型導(dǎo)電導(dǎo)電; ; 加入適量的加入適量的MnMn2+2+,Co,Co2+2+, ,抑制抑制FeFe2+2+; ;原因原因:Mn:Mn2+2+,Co,Co2+2+的電子擴散激活能高于的電子擴散激活能高于FeFe2+2+, ,使得使得即使存在部分即使存在部分FeFe2+2+也使也使 . . MnMn2+2+,Co,Co2+2+在高溫?zé)Y(jié)中在高溫?zé)Y(jié)中具有比具有比NiNi對氧的親和力還要強對氧的親和力還要強, ,由二價由二價 三價三價, ,而而低溫還原性強由三價低溫還原性強由三價二價；二價； 降低降低T T燒燒, , 因因FeFe2+ 2+ 隨隨 T T燒燒 而而 (

29、(高溫時高溫時O O2 2少少);); 2.提高晶界的提高晶界的 (主要對主要對MnZn) 對于高對于高材料材料,只能選擇添加劑只能選擇添加劑;二次球磨加入二次球磨加入:CaO SiO2、V2O5 SiO2、 BaO SiO2;如如 SiO2量偏高量偏高,不能再加不能再加,否則將引起異常晶粒否則將引起異常晶粒生長生長; 加入加入 Nb2O3、TaO、PbO、LaO、CuO 可降低可降低T燒燒 , 促進晶粒細化促進晶粒細化, 晶界增多晶界增多,提高電阻率提高電阻率; 加入加入TiO2, 即使即使 Fe2+ 限制在限制在 Ti4+ 附近附近, 防止防止 Fe2+Fe3+ +e導(dǎo)電機構(gòu)形成導(dǎo)電機構(gòu)形

30、成; 燒結(jié)后熱處理使晶粒表面吸氧燒結(jié)后熱處理使晶粒表面吸氧: Fe2+ Fe3+ (3000C以上以上)（二）、（二）、 磁滯損耗磁滯損耗磁滯損耗：是指軟磁材料在交變場中存在不可逆磁磁滯損耗：是指軟磁材料在交變場中存在不可逆磁化而形成磁滯回線，所引起材料損耗，大小正比于化而形成磁滯回線，所引起材料損耗，大小正比于回線面積回線面積.原因原因:不可逆的壁移不可逆的壁移,使使B落后于落后于H.降低損耗的方法降低損耗的方法: 1.低場下低場下,防止不可逆磁化過程產(chǎn)生防止不可逆磁化過程產(chǎn)生,降低損耗與提降低損耗與提 高高i的方法一致的方法一致; 但同時應(yīng)注意但同時應(yīng)注意 防止不可逆防止不可逆壁壁移的出現(xiàn)

31、移的出現(xiàn) 2.高場下高場下,使不可逆磁化過程盡快完成使不可逆磁化過程盡快完成,減少磁滯回減少磁滯回線面積線面積.磁滯損耗的表達式：磁滯損耗的表達式：其中其中 ; b= d; b= di i /dH (b/dH (b為瑞利系數(shù)為瑞利系數(shù)) )1.1.如如 b b不變不變, ,在相同的在相同的BmBm條件下條件下, , i i , , 但當?shù)攊 i , ,往往仍可使往往仍可使b b 。2.2.如如 i i不變不變, ,使使b b 即減少不可逆壁移所占比例，即減少不可逆壁移所占比例， 。 因此使晶粒尺寸因此使晶粒尺寸 , ,并使并使k k1 10,0,使磁化以使磁化以可逆壁移、疇轉(zhuǎn)為主。（如叵明伐

32、效應(yīng)凍結(jié)壁，不可逆壁移、疇轉(zhuǎn)為主。（如叵明伐效應(yīng)凍結(jié)壁，不可逆壁移難于發(fā)生）可逆壁移難于發(fā)生）mmmiinBBaBbtg338338ibaintgintg 從上面看出從上面看出, 降磁滯損耗方法：降磁滯損耗方法： （一）在低場作用下：（一）在低場作用下： 1.tg n 與與 i 一致一致,即要使可逆磁化為主即要使可逆磁化為主: 2.但隨但隨i 不可逆磁化易產(chǎn)生不可逆磁化易產(chǎn)生,即即b ,故須采用故須采用 i 與與不不 一致的方法一致的方法: 晶粒較小晶粒較小,均勻均勻,完整完整;晶界相對較厚晶界相對較厚,氣氣孔少?？咨?。 舉例：舉例： 在在MnZn中中,如用如用Ti4+取代部分取代部分Fe3+

33、， Ti4+取代使取代使 k10；可可降低降低T燒燒,，晶粒生長較小，氣孔率低，晶粒生長較小，氣孔率低; 在在NiZn中加入中加入Co(少量少量)形成形成Ku(單軸各向異性單軸各向異性);產(chǎn)生產(chǎn)生叵明法效應(yīng)叵明法效應(yīng): 等導(dǎo)型等導(dǎo)型 ;蜂腰型蜂腰型(在弱場下）；在弱場下）；（二）在強場作用下（二）在強場作用下: 加速不可逆磁化的發(fā)生加速不可逆磁化的發(fā)生(在小在小H發(fā)生發(fā)生)要要Hc小小, i ,使磁使磁滯回線面積滯回線面積 : 配方原則配方原則: k10, s 0原料要求純原料要求純,活性好活性好,與與i 一致一致(高高材料材料); 工藝原則工藝原則: 高密度高密度,較大晶粒較大晶粒,均勻均勻,完整完整,無異相摻雜無異相摻雜,內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 ; 晶界薄而整齊晶界薄而整齊,氣孔少氣孔少;與高與高Bs材料基本一致；材料基本一致；叵明法效應(yīng)叵明法效應(yīng): : 磁滯回線具有下列特性稱為叵明法效應(yīng)