能對磁場作出某種方式反應(yīng)的材料稱為磁性材料。按照物質(zhì)在外磁場中表現(xiàn)出來磁性的強弱,可將其分為抗磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)、鐵磁性物質(zhì)、反鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)。大多數(shù)材料是抗磁性或順磁性的,它們對外磁場反應(yīng)較弱。鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)是強磁性物質(zhì),通常所說的磁性材料即指強磁性材料。對于磁性材料來說,磁化曲線和磁滯回線是反映其基本磁性能的特性曲線。鐵磁性材料一般是Fe,Co,Ni元素及其合金,稀土元素及其合金,以及一些Mn的化合物。磁性材料按照其磁化的難易程度,一般分為軟磁材料及硬磁材料。
實驗表明,任何物質(zhì)在外磁場中都能夠或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。根據(jù)物質(zhì)在外磁場中表現(xiàn)出的特性,物質(zhì)可分為五類:順磁性物質(zhì),抗磁性物質(zhì),鐵磁性物質(zhì),亞鐵磁性物質(zhì),反磁性物質(zhì)。
根據(jù)分子電流假說,物質(zhì)在磁場中應(yīng)該表現(xiàn)出大體相似的特性,但在此告訴我們物質(zhì)在外磁場中的特性差別很大。這反映了分子電流假說的局限性。實際上,各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是有差異的,這種物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異性是物質(zhì)磁性差異的原因。我們把順磁性物質(zhì)和抗磁性物質(zhì)稱為弱磁性物質(zhì),把鐵磁性物質(zhì)稱為強磁性物質(zhì)。通常所說的磁性材料是指強磁性物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料,不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小,硬磁性材料剩磁較大。
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,必有相應(yīng)的磁化強度M 或磁感應(yīng)強度B,它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為磁化曲線(M~H或B~H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M~H曲線或B~H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(yīng)強度Bs:其大小取決于材料的成分,它所對應(yīng)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(yīng)強度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù),H回到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(yīng)力等)。
磁導率μ:是磁滯回線上任何點所對應(yīng)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μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。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 / ,ρ 降低,降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc;降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。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(cm2)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(shè)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(shè)計者必須熟悉材料的磁化過程并掌握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)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(yīng)的電氣參數(shù)。