硅鋼片基本知識

1、稀土永磁材料(釵鐵硼 NdFeB )按生產(chǎn)工藝不同分為以下三種:(1) 燒結(jié)釵鐵硼(Sintered NdFeB )(燒結(jié)釵鐵硼永磁體經(jīng)過氣流磨制粉后冶煉而成，矯頑力值很高，且擁有極高的磁性能，其最大磁能積(BHmax)高過鐵氧體(Ferrite)10倍以上。其本身的機械性能亦相當之好，可以切割加工不同的形狀和鉆孔。高性能產(chǎn)品的最高工作溫度可達200攝氏度。由於它的物質(zhì)含量容易導致銹蝕，所以根據(jù)不同要求必須對表面進行不同的涂層處理。(如鍍Zn,Ni,Au,Epoxy等)。非常堅硬和脆、有高抗退磁性、高成本/性能比例、不適用于高工作溫度)。(2) 粘結(jié)釵鐵硼(Bonded NdFeB )粘結(jié)釵鐵

2、硼是將釵鐵硼粉末與樹脂、塑膠或低熔點金 屬等粘結(jié)劑均勻混合，然后用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的復合型釵鐵硼永磁體。產(chǎn)品一次成形，無需二次加工、可直接做成各種復雜的形狀。粘結(jié)釵鐵硼的各個方向都有磁性，可以加工成釵鐵硼壓縮模 具和注塑模具。精密度高、磁性能極佳、耐腐蝕性好、溫度穩(wěn)定性好。(3) 注塑釵鐵硼(Zhusu NdFeB )有極高之精確度、容易制成各向異性形狀復雜的薄壁環(huán) 或薄磁體。磁屏蔽要采用高磁導率的軟磁材料。釵鐵硼、橡膠磁是永磁材料，不能用作磁屏蔽罩；永磁鐵氧體也不能作磁屏蔽罩。運動磁場是指動態(tài)磁場的話，就需要電阻較大的材料，頻率較低的話，采用硅鋼片效果不錯，頻率高 的話，就用軟

3、磁鐵氧體好了。三種充磁方式1、不飽和充磁是指是指在磁化時，能量達不到飽和充磁的95%以上，這種充磁是可逆的，即隨著時間和外力磁場的變化，磁石的剩磁會逐步下降，這種充磁方式只在一般工作場合使用。2、飽和充磁：是指充磁能量達到磁性材料，磁化特性拐點所需的能量，一般為磁性材料內(nèi)稟矯頑力(或剩磁)的1.5倍(臨界拉量)-2倍，通常取2倍，此種方式可以使磁石飽和充磁，在一般情況下不會發(fā)生退磁現(xiàn)象。3、過飽和充磁是指充磁能量超過磁性材料磁化特性拐點所需的能量，一般力磁性材料內(nèi)稟矯頑力的3倍，由于磁性材料特性，磁石的表面磁場在達到飽和后，隨外加磁化能量的提高，只有微量變化。所以在對磁能要求的較高的環(huán)境中，都

4、采用這種方式。(如:精密手機揚聲器、高檔汽車揚聲器、高檔耳機等退磁是將工件置于交變磁場中，產(chǎn)生磁滯回線，當交變磁場的幅值逐漸遞減時，磁滯回線的軌跡也越來越 小，當磁場強度降為零時，使工件中殘留的剩磁 Br接近于零。退磁時電流與磁場的方向和大小的變化必須 換向衰減同時進行”。交流退磁A交流電退磁通過法對于中小型工件的批量退磁，最好把工件放在裝有軌道和拖板的退磁機上退磁，退磁時，將工件放在拖1m以外處板上置于線圈前 30cm處，線圈通電時，將工件沿著軌道緩慢地從線圈中通過并遠離線圈至少 斷電。對于不能放在退磁機上退磁的重型或大型工件，也可以將線圈套在工件上，通電時緩慢地將線圈通過并 遠離工件，至少

5、1m以外處斷電。B衰減法由于交流電的方向不斷的換向，故可用自動衰減退磁器或調(diào)壓器逐漸降低電流為零進行退磁，如將工件 放在線圈內(nèi)、夾在探傷機的兩磁化夾頭之間、或用支桿觸頭接觸工件后將電流遞減到零進行退磁 對于大型承壓設備的焊縫，也可用交流電磁軸退磁。將電磁軸兩極跨接在焊縫兩側(cè)，接通電源，讓電磁軸 沿焊縫緩慢移動，當遠離焊縫 1m以外再斷電，進行退磁。直流電退磁直流電磁化過的工件用直流電退磁，可采用直流換向衰減或超低頻電流自動退磁。A直流換向衰減退磁通過不斷改變直流電（包括三相全波整流電）的方向，同時使通過工件的電流遞減到零進行退磁。電流 衰減的次數(shù)應盡可能多（一般要求30次以上），每次衰減的電流

6、幅度應盡可能小，如果衰減的幅度太大，則達不到退磁目的。B超低頻電流自動退磁超低頻通常指頻率為 0.510Hz ,可用于對三相全波整流電磁化的工件進行退磁。C加熱工件退磁通過加熱提高工件溫度至居里點以上，是最有效的退磁方法，但這種方法不經(jīng)濟，也不實用。1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指標？永磁材料的主要磁性能指標是：剩磁（Jr, Br）、矯頑力（bHc）、內(nèi)稟矯頑力（jHc）、磁能積（BH）m。我們通常所說的永磁材料的磁性能，指的就是這四項。永磁材料的其它磁性能指標還有：居里溫度（Tc）、可工作溫度（Tw）、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù) （Br 9, jHc。）回復導磁率（卬rec）退磁曲線

7、方形度（Hk/ jHc）、高溫 減磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能還包括密度、電導率、熱導率、熱膨脹系數(shù)等；機械性能則包括維氏硬度、抗壓（拉）強度、沖擊韌性等。此外，永磁材料的性能指標中還有重要的一項，就是表面狀態(tài)及其耐腐蝕性能。2、什么叫磁場強度（H）?1820年，丹麥科學家奧斯特（H. C. Oersted）發(fā)現(xiàn)通有電流的導線可以使其附近的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而揭示了電與磁的基本關(guān)系，誕生了電磁學。實踐表明：通有電流的無限長導線在其周圍所產(chǎn)生的磁場強弱與電流的大小成正比，與離開導線的距離成反比。 定義載有1安培電流的無限長導線在距離導線1/2兀米遠處的磁場強度為1A/

8、m（安/米，國際單位制 SI）;在CGS單位制（厘米-克-秒）中，為紀念奧斯特對電磁學的貢獻，定義載有1安培電流的無限長導線在距離導線0.2厘米遠處磁場強度為1Oe （奧斯特），1Oe=1/（4；t3 .一X10 ） A/m。磁場強度通常用 H表示。3、什么叫磁極化強度（J）,什么叫磁化強度（M）,二者有何區(qū)別？現(xiàn)代磁學研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料也不例外，其鐵磁現(xiàn)象是起源于材料內(nèi)部原子的 核外電子運動形成的微電流，亦稱分子電流。這些微電流的集合效應使得材料對外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁 特性。因為每一個微電流都產(chǎn)生磁效應，所以把一個單位微電流稱為一個磁偶極子。定義在真空中每單位外磁場

9、對一個磁偶極子產(chǎn)生的最大力矩為磁偶極矩pm，每單位材料體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和為磁極化強度J,其單位為 T （特斯拉，在 CGS單位制中，J的單位為 Gs, 1T=10000Gs ）。定義一個磁偶極子的磁矩為 pm/gO, g0為真空磁導率，每單位材料體積內(nèi)磁矩的矢量和為磁化強度M,其SI單位為A/m , CGS單位為Gs（高斯）。M與J的關(guān)系為：J=卬0 M,在CGS單位制中，卬0=1,故磁極化強度與磁化強度的值相等；在 SI單 位制中，110=4n X0-7 H/m （亨/米）。4、 什么叫磁感應強度（B）,什么叫磁通密度（B） , B與H, J , M之間存在什么樣的關(guān)系？理論與實踐均表明

10、，對任何介質(zhì)施加一磁場 H時（該磁場可由外部電流或外部永磁體提供，亦可由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供，由永磁體對永磁介質(zhì)本身提供的磁場又稱退磁場-關(guān)于退磁場的概念，見 9 Q）,介質(zhì)內(nèi)部的磁場強度并不等于 H,而是表現(xiàn)為H與介質(zhì)的磁極化強度 J之和。由于介質(zhì)內(nèi)部的磁場強度是由磁 場H通過介質(zhì)的感應而表現(xiàn)出來的，為與H區(qū)別，稱之為介質(zhì)的磁感應強度，記為B:B=n 0 H+J （SI 單位制）（1-1）B=H+4兀M （CGS單位制）磁感應強度 B的單位為T, CGS單位為Gs （1T=104Gs ）。對于非鐵磁性介質(zhì)如空氣、水、銅、鋁等，其磁極化強度J、磁化強度M幾乎等于0,故在這些介質(zhì)中磁場強度H

11、與磁感應強度B相等。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應強度B又可定義為磁力線通量的密度，磁感應強度B和磁通密度B在概念上可以通用。J值和磁感應強度 B值5、什么叫剩磁（Jr, Br）,為什么在永磁材料的退磁曲線上任意測量點的磁極化強度 必然小于剩磁Jr和Br值?永磁材料在閉路狀態(tài)下經(jīng)外磁場磁化至飽和后，再撤消外磁場時，永磁材料的磁極化強度J和內(nèi)部磁感應強度B并不會因外磁場H的消失而消失，而會保持一定大小的值，該值即稱為該材料的剩余磁極化強度Jr和剩余磁感應強度 Br,統(tǒng)稱剩磁。剩磁Jr和Br的單位與磁極化強度和磁感應強度單位相同。根據(jù)關(guān)系式（1-1）可知，在永磁材料的退磁曲線上，磁場

12、 H為0時，Jr=Br，磁場H為負值時，J與B 不相等，便分成了 J-H和B-H二條曲線。從關(guān)系式（1-1）還可以看到，隨著反向磁場 H的增大，B從最大值 Br=Jr變化到0,最后為負值，對于現(xiàn)代永磁材料，B退磁曲線的變化規(guī)律往往為直線；J退磁曲線的變化規(guī)律則不同：隨著反向磁場H的增大，B值線性減小，由于B值的減小量總是大于或等于反向磁場H的增大量，故在J退磁曲線上的一定區(qū)域內(nèi)可以保持相對平直的直線，但其 J值總是小于Jr。6、什么叫矯頑力（bHc），什么叫內(nèi)稟矯頑力（jHc） ?在永磁材料的退磁曲線上，當反向磁場 H增大到某一值bHc時，磁體的磁感應強度 B為0,稱該反向磁場 H值為該材料的

13、矯頑力 bHc ;在反向磁場H= bHc時，磁體對外不顯示磁通，因此矯頑力 bHc表征永磁材 料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應的能力。矯頑力bHc是磁路設計中的一個重要參量之一。值得注意的是：矯頑力 bHc在數(shù)值上總是小于剩磁 Jr。因為從（1-1 ）式可以看到，在 H= bHc處，B= 0,則卬0 bHc =J，上面已經(jīng)說明，在J退磁曲線上任意點的磁極化強度值總是小于剩磁Jr,故矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁 Jr。例如：Jr =12.3kGs的磁體，其bHc不可能大于12.3kOe。換句話說，剩磁 Jr在數(shù)值上是矯頑力 bHc的理論極限。當反向磁場H= bHc時，雖然磁體的磁感應強度 B

14、為0,磁體對外不顯示磁通，但磁體內(nèi)部的微觀磁 偶極矩的矢量和往往并不為 0，也就是說此時磁體的磁極化強度J在原來的方向往往仍保持一個較大的值。因此，bHc還不足以表征磁體的內(nèi)稟磁特性；當反向磁場 H增大到某一值jHc時，磁體內(nèi)部的微觀磁偶極 矩的矢量和為0,稱該反向磁場H值為該材料的內(nèi)稟矯頑力jHc o內(nèi)稟矯頑力jHc是永磁材料的一個非常重要的物理參量，對于 jHc遠大于bHc的磁體，當反向磁場 H 大于bHc但小于jHc時，雖然此時磁體已被退磁到磁感應強度B反向的程度，但在反向磁場H撤消后，磁體的磁感應強度B仍能因內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和處在原來方向而回到原來的方向。也就是說，只要 反向磁

15、場H還未達到jHc,永磁材料便尚未被完全退磁。因此，內(nèi)稟矯頑力jHc是表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應，以保持其原始磁化狀態(tài)能力的一個主要指標。矯頑力bHc和內(nèi)稟矯頑力jHc的單位與磁場強度單位相同7、什么叫磁能積（BH）m ?在永磁材料的B退磁曲線上（二象限），不同的點對應著磁體處在不同的工作狀態(tài)，B退磁曲線上的某一點所對應的Bm和Hm （橫坐標和縱坐標）分別代表磁體在該狀態(tài)下， 磁體內(nèi)部的磁感應強度和磁場的大小， Bm和Hm的絕對值的乘積（BmHm ）代表磁體在該狀態(tài)下對外做功的能力，等同于磁體所貯存的磁能量，稱為磁能積。在B退磁曲線上的Br點和bHc點，磁體的（BmHm ） =

16、0,表示此時磁體對外做功的能力為 0,即磁能積為0;磁體在某一狀態(tài)下（BmHm ）的值最大，表示此時磁體對外做功的能力最大，稱為該磁 體的最大磁能積，或簡稱磁能積，記為（BH）max或（BH）m。因此，人們通常都希望磁路中的磁體能在其最大磁能積狀態(tài)下工作。磁能積的單位在SI制中為J/m3（焦耳/立方米），在CGS制中為MGOe（兆高奧斯特）, 100/4 兀 J/n?=1 MGOe。8、什么叫居里溫度（Tc），什么叫磁體的可工作溫度 Tw,二者有何關(guān)系？隨著溫度的升高，由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇，磁性材料內(nèi)部的微觀磁偶極矩的排列逐步紊亂，宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強度 J隨著溫度的升高而減

17、小，當溫度升高至某一值時，材料的磁極化強度J降為0,此時磁性材料的磁特性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣，將此溫度稱為該材料的居里溫度Tc。居里溫度Tc只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織形貌及其分布無關(guān)。在某一溫度下永磁材料的磁性能指標與室溫相比降低一規(guī)定的幅度，將該溫度稱為該磁體的可工作溫度Tw。由于磁性能的這一降低幅度需要視該磁體的應用條件及要求而定，因此，所謂的磁體的可工作溫度Tw對于同一磁體來說是一個待定值，也就是說，同一永磁體在不同的應用場合可以有不同的可工作溫度Two顯然，磁性材料的居里溫度 Tc代表著該材料的理論工作溫度極限。事實上，永磁材料的實際可工作T w遠低于Tc。例如，純?nèi)?/p>

18、的 Nd-Fe-B磁體的Tc為312 C，而其實際可工作 Tw通常不到100 C。通過 在Nd-Fe-B合金中添加重稀土金屬以及 Co、Ga等元素，可顯著提高 Nd-Fe-B磁體的Tc和可工作Tw。 值得注意的是，任何永磁體的可工作 Tw不僅與磁體的Tc有關(guān)，還與磁體的jHc等磁性能指標、以及磁體 在磁路中的工作狀態(tài)有關(guān)。9、什么叫永磁體的回復導磁率（卬rec.）什么叫J退磁曲線方形度（Hk/jHc）,它們有何意義?當磁體處在動態(tài)工作條件下時，外部反向磁場H或磁體內(nèi)部的退磁場 Hd呈周期性變化，此時如圖 2所示的工作點D亦呈周期性往復變化，定義在磁體的B退磁曲線上工作點 D往復變化的軌跡為磁體

19、的動態(tài)回復 線，該線的斜率為回復導磁率 卬rec.o顯然，回復導磁率卬rec表征了磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性，它也是永磁體的B退磁曲線方形度，因此它是永磁體的一個重要的磁特性指標之一。對于Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，B退磁曲線為直線且 bHc約等于Br,其回復導磁率 卬rec等于B退磁曲線的斜率且 卬rec.=1.031.10。卬re c越小，磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性就越好。值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的回復導磁率卬re拓不同工作點就有不同的值，此時如何把磁體設計在最穩(wěn)定的工作狀態(tài)，就顯得非常重要。定義磁體的J退磁曲線上，J=0.9Jr時的反向磁場大/J、為 Hk , H

20、k/jHc可以直觀地表示磁體的 J退磁曲線 方形度。對于具有高jHc的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，jHc遠遠大于bHc，當反向磁場大于 bHc但小于jHc時， 相應的B退磁曲線已進入第三象限。由（1-1 ）式可知，此時若磁體的 J退磁曲線仍為直線，則相應第三象 限的B退磁曲線亦保持直線，此時磁體的？rec仍保持較小值，在反向外磁場撤消后，磁體的工作點仍能恢復到原來的位置。因此， Hk/jHc也是永磁體的一個重要的磁特性指標之一，它和11 rec一樣，表征了磁體在動態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性。一.磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲線磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場H作用下，必有

21、相應的磁化強度 M或磁感應強度B ,它們隨磁場強度 H的變化曲線稱為磁化曲線 （MH或BH曲線）。磁化曲線一般來 說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當磁場強度 H足夠大時，磁化強度 M達到一 個確定的飽和值 Ms ,繼續(xù)增大H , Ms保持不變；以及當材料的 M值達到飽和后，外磁場 H降低為零 時，M并不恢復為零，而是沿 MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于MH曲線或BH曲線上的某一點，該點常稱為工作點。2. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù)飽和磁感應強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應強度Br：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到

22、0時的B值。矩形比：Br / Bs矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應力等）。磁導率頭:是磁滯回線上任何點所對應的 B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。初始磁導率卬i、最大磁導率pm、微分磁導率q、振幅磁導率田、有效磁導率岬、脈沖磁導率卬居里溫度Tc :鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。損耗P:磁滯損耗Ph及渦流損耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe f2 t2 / , P降低，磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力 Hc；降低渦流損耗

23、Pe的方法是減薄磁性材料的厚度 t及提高材料的電阻率P o在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為：總功率耗散（mW） /表面積（cm（1）粉芯類：磁粉芯，包括：鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯（ High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）、鐵氧體磁芯 （2）帶繞鐵芯：硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金三常用軟磁磁芯的特點及應用）3. 軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換在設計軟磁器件時，首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓電流特性。器件的電壓電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設計者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設計軟磁器件通常包括三個步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據(jù)磁性參數(shù)要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應的電氣參數(shù)。二、軟磁材料的發(fā)展及種類1.軟磁材料的發(fā)展軟磁材料在工業(yè)中的應用始于19世紀末。隨著電力工及電訊技術(shù)的興起，開始使用低碳鋼制造電機和變壓器，在電話線路中的電感線圈