功能材料(磁性材料).ppt

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第第77章章磁性材料磁性材料教学目标教学目标l知识与能力知识与能力l1、了解磁化与退磁的概念。

l2、了解磁性材料及其应用l教学重点：

教学重点：

l磁化和退磁l教学难点：

教学难点：

l磁记录我们周围的磁现象我们周围的磁现象一、无处不在的磁一、无处不在的磁一、无处不在的磁一、无处不在的磁二二二二.地磁场地磁场地磁场地磁场地理的南北极与地磁的地理的南北极与地磁的N、S极相反。

极相反。

我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象戴戴“头罩头罩”的鸽子为什么会迷失方向？

的鸽子为什么会迷失方向？

一一.磁化和退磁磁化和退磁1、磁化：

、磁化：

钢铁物体与磁铁接触后显钢铁物体与磁铁接触后显示磁性的现象叫做磁化。

示磁性的现象叫做磁化。

2、退磁、退磁：

原来有磁性的物体，经过原来有磁性的物体，经过高温、剧烈振动或者遂渐减弱的交变高温、剧烈振动或者遂渐减弱的交变磁场的作用，就会失去磁性，这种现磁场的作用，就会失去磁性，这种现象叫做退磁象叫做退磁具具备备强强磁磁性性的的材材料料称称为为磁磁性性材材料料。

磁磁性性材材料料具具有有能能量量转转换换、存存储储或或改改变变能能量量状状态态的的功功能能，是是重重要要的的功功能能材材料料。

按按矫矫顽顽力力的的大大小小可可将将磁磁性性材材料料分分为为硬硬磁磁、半半硬硬磁磁、软软磁磁材材料料三三种种。

从从应应用用方方面面考考虑虑，磁磁性性材材料料可可分分为为软软磁磁材材料料、硬硬磁磁材材料料、磁磁记记录录材材料料及及一一些些特特殊殊用用途途的的磁磁性材料等等。

性材料等等。

磁磁性性材材料料广广泛泛地地应应用用于于计计算算机机、通通讯讯、自自动动化化、音音像像、电电机机、仪仪器器仪仪表表、航航空空航航天天、农农业业、生生物与医疗等技术领域。

物与医疗等技术领域。

磁磁性性材材料料的的应应用用已已涉涉及及到到工工、农农、医医、现现代代科科技技、国国防防和和人人类类生生活活的的各各个个领领域域。

新新型型磁磁性性材材料料、新新技技术术和和新新工工艺艺不不断断涌涌现现。

是最活跃的材料领域之一是最活跃的材料领域之一。

7.1软磁材料用途：

用途：

发电机、电动机、变压器、电磁发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。

磁头与磁记录介质；计算机磁心等。

要求：

要求：

高的饱和磁感应强度、高的最大高的饱和磁感应强度、高的最大磁导率、高的居里温度和低的损耗。

磁导率、高的居里温度和低的损耗。

分类：

分类：

高磁饱和材料，中磁饱和中导磁高磁饱和材料，中磁饱和中导磁材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、材料，高导磁材料，高硬度、高电阻、高导磁材料，矩磁材料，恒磁导率材料，高导磁材料，矩磁材料，恒磁导率材料，磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。

磁温度补偿材料，磁致伸缩材料。

软软磁磁材材料料的的种种类类很很多多，大大致致可可分分为为金金属属软软磁磁材材料料及及软软磁磁铁铁氧氧体体。

现现有有软软磁磁材材料料若若按按磁磁特特性性可可分分为为高高磁磁感感材材料料、高高导导磁磁材材料料、高高矩矩形形比比材材料料、恒恒导导磁磁材材料料、温温度度补补偿偿材材料料等等；若若按按材材料料的的成成分分，可可分分为为电电工工纯纯铁铁、Fe-SiFe-Si合合金金、Ni-FeNi-Fe合合金金、Fe-A1Fe-A1合合金金（包包括括Fe-Si-AlFe-Si-Al合合金金）和和Fe-CoFe-Co合合金金等等；也也可可分分为为晶晶态态、非非晶晶态态及纳米晶软磁材料等。

及纳米晶软磁材料等。

软软磁磁材材料料的的种种类类很很多多，大大致致可可分分为为金金属属软软磁磁材材料料及及软软磁磁铁铁氧氧体体。

现现有有软软磁磁材材料料若若按按磁磁特特性性可可分分为为高高磁磁感感材材料料、高高导导磁磁材材料料、高高矩矩形形比比材材料料、恒恒导导磁磁材材料料、温温度度补补偿偿材材料料等等；若若按按材材料料的的成成分分，可可分分为为电电工工纯纯铁铁、Fe-SiFe-Si合合金金、Ni-FeNi-Fe合合金金、Fe-A1Fe-A1合合金金（包包括括Fe-Si-AlFe-Si-Al合合金金）和和Fe-CoFe-Co合合金金等等；也也可可分分为为晶晶态态、非非晶晶态态及纳米晶软磁材料等。

及纳米晶软磁材料等。

7.1.1电工用纯铁电电工工用用纯纯铁铁含含碳碳量量极极低低，其其纯纯度度在在99.95以以上上，退退火火态态起起始始磁磁导导率率i为为3005000，最最大大磁磁导导率率m为为6000120000，矫矫顽顽力力Hc为为39.895.5Am。

电电工工用用纯纯铁铁主主要要用用于于制制造造电电磁磁铁铁的的铁铁芯芯和和磁磁极极，继继电电器器的的磁磁路路和和各各种种零零件件，感感应应式式和和电电磁磁式式测测量量仪仪表表的的各各种种零零件件，杨杨声声器器的的磁磁路路，电电话话中中的的振振动动膜膜，磁磁屏屏蔽蔽，电电机机中中用用以以导导引引直直流流磁磁通通的的磁磁极极及及冶冶金金原原料料等等。

我我国国生生产产的的电电工工用用纯纯铁铁的的机机械械性性能能如如下下：

抗抗拉拉强强度度b27kgmm2；延延伸伸率率525；断断面面收收缩缩率率60；布氏硬度；布氏硬度HB131。

表表7-l几种电工用纯铁的磁性能几种电工用纯铁的磁性能影影响响纯纯铁铁磁磁性性能能的的因因素素有有多多种种，包包括括晶晶粒粒的的结结晶晶轴轴对对磁磁化化方方向向的的取取向向关关系系，纯纯铁铁中中的的杂杂质质，晶晶粒粒大大小小，金金属属的的塑塑性性变变形形，加加工工过过程程中中的的内内应应力力等等等等。

为为了了改改善善纯纯铁铁的的磁磁性性能能，除除严严格格控控制制冶冶炼炼与与轧轧制制过过程程，还还可可以以采采用用高高温温长长时时间间氢氢气气退退火火，消消除除晶晶格格畸畸变变和和内内应应力力，粗粗化化晶晶粒粒。

电电工工用用纯纯铁铁只只能能在在直直流流磁磁场场下下工工作作，在在交交变变磁磁场场下下工工作作，涡涡流流损损耗耗大大。

在在纯纯铁铁中中加加入入少少量量硅硅（0.380.45）形形成成固固溶溶体体，可可以以提提高高合合金金电电阻阻率率，减减少少材材料料涡涡流流损损耗耗。

随随着着纯纯铁铁中中含含硅硅量量的的增增加加，磁磁滞滞损损耗耗降降低低，而而在在弱弱磁磁场场和和中中等等磁磁场场下下，磁磁导导率率增增加加。

但但硅硅含含量量高高于于4，材料变脆。

，材料变脆。

7.1.2电工用硅钢片电工用硅钢片电电工工用用硅硅钢钢片片按按材材料料生生产产方方法法，结结晶晶织织构构和和磁磁性性能能可可分分为为以以下下四四类类；

（1）热热轧轧非非织织构构（无无取取向向）的的硅硅钢钢片片；

（2）冷冷轧轧非非织织构构（无无取取向向）的的硅硅钢钢片片；（3）冷冷轧轧高高斯斯织织构构（单单取取向向）的的硅硅钢钢片；片；（4）冷轧立方织构冷轧立方织构（双取向双取向）的硅钢片。

的硅钢片。

电电工工用用硅硅钢钢片片主主要要用用于于各各种种形形式式的的电电机机、发发电电机机和和变变压压器器中中，在在扼扼流流圈圈、电电磁磁机机构构、继电器、测量仪表中也大量使用。

继电器、测量仪表中也大量使用。

不不同同的的工工作作环环境境，对对硅硅钢钢片片的的性性能能提提出出了了不不同同的的要要求求，一一般般将将实实用用的的硅硅钢钢片片按按强强磁磁场场、中中等等磁磁场场（51000Am）、弱弱磁磁场场（0.20.8Am）下下工工作作来来分分类类。

硅硅钢钢片片的的机机械械性性能能与与硅硅含含量量、晶晶粒粒大大小小、结结晶晶结结构构、有有害害杂杂质质（碳碳，氧氧，氢氢）含含量量分分布布状状况况以以及及钢钢板板厚厚度度有有关关，在在很很大大程程度度上上取取决决于于有有害害杂杂质质含含量量、冶冶炼炼方方法法、轧轧制制的的压压下下制制度度、退退火火温温度度和和介介质以及钢板表面状况等。

质以及钢板表面状况等。

硅硅钢钢片片的的磁磁性性能能同同样样与与硅硅含含量量、冶冶炼炼过过程程、热热处处理理工工艺艺、晶晶粒粒大大小小有有关关。

一一般般认认为为，硅硅含含量量在在66.5的的钢钢具具有有高高的的磁磁导导率率（i，m），硅硅也也使使铁铁的的磁磁各各向向异异性性和和磁磁致致伸伸缩缩降降低低。

考考虑虑到到硅硅钢钢的的机机械械性性能能及及加加工工工工艺艺性性能能，其其中中硅硅的的含含量量不不宜宜超超过过4。

另另外外，碳碳、氢氢、硫硫、锰锰等等元元素素均均对对合合金金的的磁磁性性能能有有不不利利影影响响；增增大大晶晶粒粒可可以以改改善善硅硅钢钢的的磁磁性性能能，但但使使磁磁滞滞损损耗增加。

耗增加。

为为为为了了了了进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高电电电电工工工工钢钢钢钢的的的的磁磁磁磁性性性性能能能能，高高高高斯斯斯斯研研研研制制制制了了了了具具具具有有有有取取取取向向向向结结结结晶晶晶晶结结结结构构构构的的的的硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片高高高高斯斯斯斯织织织织构构构构硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片（冷冷冷冷轧轧轧轧取取取取向向向向硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片）。

这这这这种种种种结结结结构构构构中中中中，铁铁铁铁晶晶晶晶格格格格的的的的易易易易磁磁磁磁化化化化方方方方向向向向100100轴轴轴轴与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向吻吻吻吻合合合合，难难难难磁磁磁磁化化化化方方方方向向向向111111轴轴轴轴与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向成成成成5555角角角角，中中中中等等等等磁磁磁磁化化化化轴轴轴轴110110与与与与轧轧轧轧制制制制方方方方向向向向成成成成9090角，如图角，如图角，如图角，如图7-17-1所示。

所示。

所示。

所示。

图图7-1Fe-Si3.8合金单晶体合金单晶体磁化方向示意图磁化方向示意图这这种种织织构构以以符符号号（110）100表表示示，（110）面面与与轧轧制制面面吻吻合合，而而100方方向向与与轧轧制制方方向向吻吻合合。

由由于于结结构构上上特特点点，冷冷轧轧取取向向硅硅钢钢片片具具有有磁磁各各向向异异性性，在在强强磁磁场场内内，单单位位铁铁损损的的各各向向异异性性最最大大，在在弱弱磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度和和磁磁导导率率的的各各向向异异性性最最大大。

因因此此，用用这这种种硅硅钢钢片片制制铁芯时常采用转绕方式。

铁芯时常采用转绕方式。

立立方方织织构构硅硅钢钢片片指指晶晶粒粒按按立立方方体体取取向向，即即立立方方体体的的（100）面面与与轧轧制制面面相相吻吻合合，立立方方体体的的棱棱100轴轴沿沿轧轧制制方方向向取取向向。

立立方方体体的的棱棱即即易易磁磁化化方方向向是是沿沿着着和和横横着着轧轧制制方方向向取取向向的的，中中等等难难磁磁化化轴轴110则则与与轧轧制制方方向向成成45角角，而而最难磁化轴最难磁化轴111则偏离磁化平面。

则偏离磁化平面。

立立方方织织构构硅硅钢钢在在性性能能上上优优于于上上述述高高斯斯织织构构硅硅钢钢，如如果果两两种种织织构构合合金金的的含含硅硅量量相相同同，立立方方织织构构极极薄薄带带钢钢的的磁磁导导率率比比高高斯斯织织构构带带钢钢高高；沿沿轧轧制制和和垂垂直直于于轧轧制制方方向向切切取取的的立立方方织织构构试试样样，无无论论在在弱弱磁磁场场或或强强磁磁场场内内，都都具具有有同同样样高高的的磁磁导导率率。

表表5-2为为两两种种织织构构硅硅钢钢片片性性能能比比较较。

虽虽然然立立方方织织构构硅硅钢钢片片显显示示了了诸诸多多优优势势，但但限限于于其其制制造造工工艺艺不不过过关关，故故只只用用于于制制造造个个别别试试验验用用变变压压器器，电电动动机机和和发发电电机机，难难以以批批量生产。

量生产。

表表7-2高斯织构和立方织构硅钢片性能比较高斯织构和立方织构硅钢片性能比较工工工工业业业业上上上上使使使使用用用用的的的的硅硅硅硅钢钢钢钢片片片片一一一一般般般般都都都都在在在在交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场下下下下工工工工作作作作，为为为为减减减减小小小小铁铁铁铁芯芯芯芯的的的的涡涡涡涡流流流流损损损损耗耗耗耗，硅硅硅硅钢