磁性材料料基础知识培训

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1、磁性材料料基础知识培训 磁性材料：磁性材料： 概述：磁性是物质的基本属性之一。磁性现象是与各种形式的电荷运动相关联的， 由于物质内部的电子运动和自旋会产生一定大小的磁场，因而产生磁性。一切物质都具有磁性。自然界的按磁性的不同可以分为顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，反铁磁性物质，以及亚铁磁性物质，其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为磁性材料。 磁性材料的分类，性能特点和用途：磁性材料的分类，性能特点和用途： 1 铁氧体磁性材料，一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。他们大多具有亚铁磁性。 特点：电阻率远比金属高，约为 1-10（12 次方）欧/厘米，因此涡

2、损和趋肤效应小，适于高频使用。饱和磁化强度低，不适合高磁密度场合使用。居里温度比较低。 2 铁磁性材料铁磁性材料： 指具有铁磁性的材料。 例如铁镍钴及其合金， 某些稀土元素的合金。在居里温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。 3 亚铁磁性材料亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，例如各种铁氧体，在奈尔温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。 4 永磁材料永磁材料：磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性，特点是矫顽力高和磁能积大。可分为三类，金属永磁，例，铝镍钴，稀土钴，铷铁硼等。 铁氧体永磁，例，钡铁氧体，锶铁氧体，其他永磁，如塑料等。 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换

3、在设计软磁器件时， 首先要根据电路的要求确定器件的电压电流特性。 器件的电压电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。 设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 磁性材料是一种重要的电子材料。 早期的磁性材料主要采用金属及合金系统，随着生产的发展，在电力工业、电讯工程及高频无线电技术等方面， 迫切要求提供一种具有很高电阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁铁矿及其他具有磁性的氧化物的基础上，研制出了一种新型磁性材料铁氧体。 铁氧体

4、属于氧化物系统的磁性材料， 是以氧化铁和其他铁族元素或稀土元素氧化物为主要成分的复合氧化物，可用于制造能量转换、传输和信息存储的各种功能器件。 铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型 （R3Fe5O12） ； 磁铅石型 （MFe12O19） ； 钙钛矿型 （MFeO3） 。其中 M 指离子半径与 Fe2相近的二价金属离子， R 为稀土元素。按铁氧体的用途不同， 又可分为软磁、 硬磁、 矩磁和压磁等几类。 硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体 BaFe1

5、2O19。这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电讯器件如录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而已在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。 镁锰铁氧体 MgMnFe3O4，镍钢铁氧体 NiCuFe2O4 及稀土石榴型铁氧体 3Me2O35Fe2O3（Me 为三价稀土金属离子，如 Y3、Sm3、Gd3等）是主要的旋磁铁氧体材料。磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下， 电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中， 其偏振面会不断绕传播方向旋转的现象。旋磁现象实际应用在微波波段，因此，旋磁铁氧体材料也称为微波铁氧体。主要用于雷达、通讯、导航、遥测、遥控等电子设备中。 重要的矩磁

6、材料有锰锌铁氧体和温度特性稳定的 LiNiZn 铁氧体、LiMnZn 铁氧体。矩磁材料具有辨别物理状态的特性，如电子计算机的“1”和“0”两种状态，各种开关和控制系统的“开”和“关”两种状态及逻辑系统的“是”和“否”两种状态等。几乎所有的电子计算机都使用矩磁铁氧体组成高速存贮器。另一种新近发展的磁性材料是磁泡材料。 这是因为某些石榴石型磁性材料的薄膜在磁场加到一定大小时， 磁畴会形成圆柱状的泡畴，貌似浮在水面上的水泡，泡的“有”和“无”可用来表示信息的“1”和“0”两种状态。由电路和磁场来控制磁泡的产生、消失、传输、分裂以及磁泡间的相互作用，即可实现信息的存储记录和逻辑运算等功能，在电子计算机

7、、自动控制等科学技术中有着重要的应用。 压磁材料是指磁化时能在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料。目前应用最多的是镍锌铁氧体，镍铜铁氧体和镍镁铁氧体等。压磁材料主要用于电磁能和机械能相互转换的超声器件、磁声器件及电讯器件、电子计算机、自动控制器件等。3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时， 首先要根据电路的要求确定器件的电压电流特性。 器件的电压电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。 设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟

8、磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 磁性材料是一种重要的电子材料。 早期的磁性材料主要采用金属及合金系统，随着生产的发展，在电力工业、电讯工程及高频无线电技术等方面， 迫切要求提供一种具有很高电阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁铁矿及其他具有磁性的氧化物的基础上，研制出了一种新型磁性材料铁氧体。 铁氧体属于氧化物系统的磁性材料， 是以氧化铁和其他铁族元素或稀土元素氧化物为主要成分的复合氧化物，可用于制造能量转换、传输和信息存储的各种功能器件。 铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型 （R3Fe5O12） ； 磁铅石型 （MFe12O19） ； 钙钛矿型 （MFeO

9、3） 。其中 M 指离子半径与 Fe2相近的二价金属离子， R 为稀土元素。按铁氧体的用途不同， 又可分为软磁、 硬磁、 矩磁和压磁等几类。 软磁材料是指在较弱的磁场下， 易磁化也易退磁的一种铁氧体材料。 有实用价值的软磁铁氧体主要是锰锌铁氧体 MnZnFe2O4 和镍锌铁氧体 NiZnFeO4。软磁铁氧体的晶体结构一般都是立方晶系尖晶石型，这是目前各种铁氧体中用途较广，数量较大，品种较多，产值较高的一种材料。主要用作各种电感元件，如滤波器、变压器及天线的磁性和磁带录音、录像的磁头。 软磁功率铁氧体生产工艺流程软磁功率铁氧体生产工艺流程 作者：佚名 来源：网络 点击数： 202 更新时间：20

10、07-10-22 各工艺说明： 原材料检验：对各种原材料纯度及含杂量进行检验。 配料：为粉料提供合适的化学成分。 混合：使粉料均衡。 预烧：使粉料初步铁氧体化,减少烧结变形 粉碎： 对预烧料颗粒进行破碎， 并制成具有一定粒度及粘度的料浆。加醇搅拌：使料浆与 PVA 溶液充分混合。 造粒：使料浆干燥成具有一定粒度的颗粒料。 成型：将颗粒料压制成具有一定外形、尺寸和强度的坯件。 烧结：使成型坯件进一步铁氧体化。 磨加工：使磁心具有良好的尺寸精度,性能符合物理特性。 检分：对产品进行分选并剔除不合格。 包装：对产品进行有效包装，避免在储存和运输中损伤 5 软磁材料软磁材料：容易磁化和退磁的材料。锰锌

11、铁氧体软磁材料，其工作频率在 1K-10M 之间。镍锌铁氧体软磁材料，工作频率一般在 1-300MHZ 铁氧体是一种非金属磁性材料，一般由铁、锰、镁、铜等金属氧化物粉末按一定比例混合压制成型，然后在高温下烧结而成的。 由于它的制造方法与陶瓷相似，所以又称它为磁性瓷， 在电性能上它呈半导体特性， 外观上它呈深灰色或黑色，硬而且脆。铁氧体有两个突出的特点：一是电阻率 高，二是磁导率高，这使它能够在很宽的频率范围内（从 kHz 到 MHz）广泛应用，而且高频、低功率的磁心都由整块的铁氧体组成。从组成上分，铁氧体可分为 MnZn 铁氧体和 NiZn 铁氧体，它们在性能上存在一定的差异。 MnZn 铁氧

12、体的饱和磁密 Bs 一般为（0.20.35）T，电阻率为（10103）m，居里温度在 200左 右，磁导率高，相对初始磁导率i 可高达 10000， 适合于 1MHz 以下做变压器和扼流圈等磁心。NiZn 铁氧体比 MnZn 铁氧体电阻率更高，一般为 （105108）m，饱和磁密 Bs 为（0.30.5）T，磁导率比MnZn 的低，居里温度高于 MnZn 铁氧体。它可用在（1300）MHz的高 频情况，性能优于 MnZn 铁氧体。但由于我国镍金属含量没有锰的含量丰富，NiZn 铁氧体的价格要比 MnZn 铁氧体高很多。 值得注意的是：铁氧体的温度特性比较差，随着温度的升高，饱和磁密下降很明显。

13、另外，由于铁氧体的饱和磁密不高（一般小于 0.5T），因而它在低频下几乎不能使用。 3.4 铁粉心材料铁粉心材料 铁粉心材料多年来被广泛用于射频（RF）领域中，现在它作为恒磁通功率磁元件大量地应用在电力电子电路中。 它内部固有的 分布气隙使它非常适于做各种储存能量的电感。在需要气隙的情况下，它还可以取代铁氧体和铁合金叠片的应用，作为输出滤波电感、功率因数校正电感、连续模式 的反激式电感及EMI/RFI 应用的电感铁心，初始相对磁导率i 在 10100 范围内， 饱和磁通密度在 （0.51.4） T 之间， 矫顽力 Hc 一般也不 大，在（3.510）Oe 左右。（三）. 常用软磁磁芯的特点比较

14、 1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较: MPP 磁芯: 使用安匝数 100kHz: me : 10 125 HF 磁芯: 使用安匝数800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在 200kHz 以内频率特性稳定; 但高频损耗大，适合于 10kHz 以下使用。 FeSiAlF 磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于 8kHz。DC偏压能力介于 MPP 与 HF 之间。 铁氧体： 饱和磁密低(5000Gs)，DC 偏压能力最小 2. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较: 硅钢和 FeSiAl 材料具有高的饱和磁感应值 Bs， 但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内； 坡莫合

15、金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但Bs 不够高，频率大于 20kHz 时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂； 钴基非晶合金具有高的磁导率、低、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感，但是Bs 值低，价格昂贵； 铁基非晶合金具有高 Bs 值、 价格不高,但有效磁导率值较低。 纳米晶合金的磁导率、 Hc 值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感 Bs 与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金的 Bs 值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶

16、合金与铁氧体相比，在低于50kHz 时，在具有更低损耗的基础上具有高二至三倍的工作磁感，磁芯体积可小一倍以上。2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度 Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度 Br：是磁滞回线上的特征参数，H 回到 0 时的 B值。 矩形比：BrBs 矫顽力 Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率：是磁滞回线上任何点所对应的 B 与 H 的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率i、最大磁导率m、微分磁导率d、振幅磁导率a、有效磁导率e、脉冲磁导率p。 居里温度 Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗 P：磁滞损耗 Ph 及涡流损耗 Pe P = Ph + Pe =