软磁材料基础知识文档格式.docx
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10.2提高起始磁导率的途径
1、影响磁导率的因素
首先是从磁化的机理（可逆磁畴转动、可逆畴壁位移）分析磁化的动力（饱和磁化强度）和阻力（内应力、参杂、空泡、晶界）。
对于可逆磁畴转动，
，对于可逆畴壁位移，
，其中
，由此可知，磁导率为材料的二级磁参数，不仅与其内禀参数（如Ms、K、λ等）相关，而且与其工艺参数等相关。
2、提高磁导率的条件
必要条件
①
Ms要高（Ms2）；
②
k1,s0;
充分条件
原料杂质少，；
密度要提高（P），即材料晶粒尺寸要大（D）；
③
结构要均匀（晶界阻滞）；
④
消除内应力s•σ；
⑤
.气孔,另相（退磁场）。
10.3金属软磁材料
10.3.1工业纯铁
1、特点
纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金元素。
室温性能：
Bs=2.15（T），居里点θf=770℃，μm=20000，ρ=0.1×
10-6（Ω.m）。
杂质对其性能有较大影响
2、应用
作金属磁性材料的重要原料；
在直流磁场中，作为恒定磁场中的磁导体。
如作磁极和磁屏蔽。
3、分类
10.3.2铁硅合金
铁硅合金，通常又称为硅钢片、电工钢。
在变压器、电动机、和发电机等电力设备和通信设备中，它是最重要的铁芯材料，在国民经济中占有重要的地位。
1、硅对合金性能的影响
①硅的加入可以降低铁硅合金的磁晶各向异性常数，同时随着硅含量的增大，饱和磁致伸缩系数可以逐渐趋于零。
这对提高磁导率和降低矫顽力是有利的
②添加硅可以提高合金的电阻率。
这对降低涡流损耗特别重要。
饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降。
硬度增加、延伸率、冲击韧性下降。
加工困难。
铁硅合金的密度随含硅量增大而下降，制成铁芯后，对减轻变压器和电机的重量有利。
⑥
硅促进钢中碳的石墨化，退火时钢的脱碳倾向增加，同时还可以与钢中的O2合成SiO2，使钢脱氧。
这样可使损耗下降，磁性能改善，而且避免碳和氧所引起的老化现象。
⑦
硅钢的磁性对温度、振动及应力等敏感性较少，具有较高的稳定性。
2、硅钢片的退火
3、硅钢片的制备
10.3.3铁镍合金（permalloy）
含Ni为30%~90%的铁-镍系软磁合金一般统称为坡莫合金（或叵姆合金）。
1、特点与分类
2、铁镍合金相图
含镍量从30%到100%的镍铁合金在室温下是由单一的面心立方结构的γ相组成。
在合金含量小于30%时，γ相在较低温度下可通过马氏体相变转变为体心立方的α相，这种结构转变有明显的热滞现象，即升温时的α→γ转变a温度和降温时γ→α的转变温度不重合。
两相区难以确定。
在相当于FeNi3、FeNi、Fe3Ni成分处会发生有序和无序相转变。
有序化转变温度在506℃
3、合金成分对电磁性能的影响
电阻率的最大值出现在含Ni量30~40%的范围。
在纯金属中加入杂质元素后，由于电子运动的自由程缩短，电阻率必然增加。
加入的杂质元素愈多，则电阻率值愈高。
对铁镍合金而言，含Ni35%以下，是Ni原子固溶在Fe中。
而Ni35%以上，是Fe原子固溶在Ni
居里温度
在含Ni量为0~10%和65~100%两个成分范围内，居里温度随镍含量的增加而下降。
当含镍量为35%左右时，由于非磁性相的出现，居里温度急剧下降。
在67%Ni附近，由于点阵距离刚好满足出现最大的交换能，故居里温度出现最大值。
饱和磁感应强度
由于镍原子的玻尔磁子数比铁小，所以0~20%Ni之间，Bs随含镍量的增加而下降。
在20~35%Ni范围内，由于出现了非磁性相，Bs发生突变而迅速一降。
磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λs
通过控制冷却速度和成分可有效地控制K1和λs，从而达到提高磁性能的目的。
4、热处理对铁镍合金磁性的影响
叵姆处理
获得高磁导率的材料，要使软磁材料呈单相的固溶体、低的K1和s值、高的Bs。
为了避免有序化，同时减少内应力。
一般采用双重热处理（叵姆处理）的方法：
将坡莫合金退火后从600将样品放在铜板上，在空气中急冷，或在随炉冷却后，再加热到600，然后快速冷却，即进行双重热处理。
磁场热处理
将坡莫合金在其居里温度附近加磁场冷却，或进行磁场热处理，在平行所加磁场的方向上测量的磁化曲线均呈出矩形磁滞回线，而在垂直方向上为平直的磁化曲线。
5、多元系坡莫合金
在Ni-Fe合金中加入钼、铬、铜等元素的多元系坡莫合金，可不进行急冷处理，只要冷却速度适当，其初始磁导率可比二元系坡莫合金高几倍。
而且电阻率也比78.5%Ni坡莫合金要高3倍，为0.60×
10-3（Ω.m），但饱和磁感应强度从1.3（T）降到0.6~0.8（T）。
合金元素对高磁导率Fe-Ni合金性能
钼
钼小于15%时，在Ni大于50%铁-镍合金中完全固溶，它使：
电阻率上升
含78.5%Ni的铁-镍合金的K1和λs更接近零
钼可以阻止有序相FeNi3的形成，因而可以降低热处理的冷却速度
钼使K1=0的合金镍含量增加。
4Mo-79Ni
5Mo-80Ni
6Mo-81Ni
降低合金的μ0Ms和居里温度。
铜
改善合金的冷加工性能
铜使合金的μa及μm值提高，且降低了磁导率对成分的敏感性，即当合金成分偏离最佳成分时，对μa及μm值影响不大
铜可抑制合金中有序相FeNi3的形成，因而可以降低热处理的冷却速度
其它元素
锰可提高电阻率、降低矫顽力值，可以脱硫、脱氧、改善热加工性能。
铬使铁镍合金的居里温度降低，抑制有序相的形成，提高合金的电阻率值
钒、铌、钛等可提高合金的硬度，改善耐磨性。
碳可以脱氧，但C含量大于0.05%时使磁性急剧下降。
硅加入0.05%左右对合金磁性有利，因其和锰可复合脱氧，使脱氧颗粒呈大颗粒。
磷大于0.06%时，使合金的μ值急剧下降。
10.3.4纳米晶软磁材料（NanocrystallineSoftMagneticMaterials）
1、纳米晶软磁材料的发展历史
1988Fe-Si-B-Nb-Cu
byYoshizawaetal;
1989Fe-Si-B-Nb-Au
byKataokaetal;
1989Fe-Zr-B（NANOPERM）byMasamotoetal;
1990Fe-Si-B-V-Cu,bySawaandTakahashi;
1991Fe-（Ti,Zr,Hf,Nb,Ta）-B-Cu,bySuzukietal
1991Fe-Si-B-（Nb,Ta,Mo,W）-CubyYoshizawa
1992Fe-Ge-B-Nb-Cu,Fe-Si-B-（Al,P,Ga,Ge）-Nb-CubyYoshizawa
1993Fe-Al-Si-Nb-B,byChouetal;
1994Fe-Si-B-Nb-Ga,byTomida;
1995Fe-Si-B-U-Cu,bySovak;
1996Fe-Si-B-Nd-CubyMulleretal;
1997,HITPERMbyMcHenryinCarnegieMellonUniversity
…
2、纳米晶软磁材料及优异性能的原因
随机备向异性模型
非晶铁磁体随机各向异性模型
纳米晶合金中的随机各向异性模型
Herzer模型
扩展随机各向异性模型
由于超微纳米晶粒间的铁磁交换耦合作用，使纳米晶粒内的局域磁晶各向异性被有效地平均掉了，显著降低了合金的磁各向异性，因而合金具有高软磁性能。
3、几类典型的纳米晶软磁材料
①FINEMET软磁合金
②NANOPERM软磁合金
③HITPERM软磁合金
4、纳米晶软磁材料制备方法
5、纳米晶软磁材料的应用
10.4铁氧体软磁材料
10.4.1软磁铁氧体材料特性要求
四高----µ
i、Q、fr、稳定性（M、DF）；
1、软磁铁氧体材料的分类
按晶体结构:
尖晶石型;
平面六角晶系；
按材料应用性能分：
.高磁导率材料（µ
i=2000--4104）：
低频、宽频带变压器及小型脉冲变压器；
低损耗材料：
电源磁芯,高功率场合；
低损耗高温定性材料:
通信滤波器磁芯；
高频大磁场材料：
空腔谐振器、高功率变压器等；
功率铁氧体（高Bs）材料：
开关电源及低频功率变压器；
高密度记录材料：
用做录音,录象磁头；
电波吸收体材料：
吸收电磁波能量，广泛应用于抗干扰电子技术。
2、如何提高软磁铁氧体材料的磁导率
提高材料的Ms
选高Ms的单元铁氧体
加入Zn,使MAs降低
②降低k1和s
选L=0的单元铁氧体，MnFe2O4,Li0.5Fe2.5O4
选择L被淬灭;
NiFe2O4
CuFe2O4
离子取代降低k1,s
③显微结构
结晶状态:
晶粒大小、完整性、均匀性；
晶界状态:
厚薄、气孔、另相；
晶粒内气孔,另相:
大小、多少和分布；
高µ
材料:
大晶粒,晶粒均匀完整,晶界薄,无气孔和另相。
2、如何提高软磁铁氧体材料的截止频率
降低ZnO含量→i，fr
.选k1较高的材料为高频材料；
f1MHz,以MnZn为主；
f>
1MHz,以NiZn为主；
100MHz,以平面六角结构材料为主；
3.加入磁晶各向异性很强的离子Co2+；
1>
.冻结畴壁的移动,提高畴壁共振频率；
2>
.形成Co2Y相,增大材料的磁晶各向异性；
加入低熔点物质PbO、CuO；
掺入低熔点物质，可使T烧降低150～200C;
提高密度；
细化晶粒，磁化过程主要以畴转为主，在MnZn,NiZn；
中都可以运用；
降低烧结温度，细化晶粒；
形成多孔细晶粒结构:
利用形状各向异性,退磁场作用；
（气孔）,在NiZn中普遍采用；
应用时:
i.
①对k1<
0（s<
0）材料加张力;
k1>
0（s>
0）压力；
ii.
②开气隙,使µ
i；
iii.
③加直流偏磁场（固定畴壁）。
3、软磁铁氧体的损耗
4、软磁铁氧体的稳定性
磁导率的温度稳定性及其影响因素
磁导率的减落及影响因素
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