軟磁材料基礎知識連載(一)

 2019-04-16 23:11  198人閱讀   雙一流大學網

軟磁材料基礎知識連載(一)

基本概念 :(根據我國的計量法,物理量單位采用國際單位制,即SI。為方便理解,這里列出一些常用量的換算。)

磁感應強度B:

磁感應強度B可以這樣定義,足夠小的電流元Idl(I為導線回路中的恒定電流,dl為導線回路中沿電流方向所取的矢量線元)在磁場中所受的力最大方向時,所受到的最大力dFmax與Idl的比值。B=dFmax/Idl

在SI中,磁感應強度B單位特[斯拉]T,1T=1N/A?m=1Wb/m2,1T=10000Gs(高斯)。

磁場強度H:

磁場強度H與電場中的電位移矢量D相似。

真空中磁場的磁感應強度B0,由于引入磁介質而產生附加磁場,其磁感應強度B’,則磁介質總的磁感應強度B是B0和B’的矢量和,即B=B0+B’。B與B0的大小比稱相對磁導率 μr= B/B0 。不同的物質對磁場的影響非常大,因此引出了一個輔助矢量——磁場強度H。磁介質內磁場強度H沿閉合路徑的環流等于閉合路徑包圍的所有傳導電流的代數和(存在磁介質時的環路安培定理)。H=NI/ , 為到磁環有效磁路長度。

B-H磁化曲線:

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軟磁材料在交變磁場中,剛開始O點隨著電流nI變大, B開始緩慢變大,當到a點時,B急劇變大,當到b點,B增加變緩,當到c點H再變大時,B幾乎不再變大,我們說材料被磁化到了飽和。達到飽和之后,無論H怎樣增大,材料的磁感應強度也不再增大。此時的磁感應強度 稱為飽和磁感應強度,用Bs來表示。B-H關系畫成曲線,就是材料B-H磁化曲線。飽和磁感應強度是磁性材料的一個重要指標。

在SI中,磁場強度H單位是安[培]每米(A/m)。

磁導率μ:

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在各向同性的均勻磁介質中,B與H成正比關系:B=μH,μ稱為磁介質的磁導率 μ=B/H,磁導率實際上代表了磁性材料被磁化的容易程度。在磁化的不同階段,材料的磁導率也不同,磁導率在最高點稱為最大磁導率。在磁化起始點的磁導率稱為初始磁導率,簡稱初導。磁導率是軟磁材料另一個非常重要指標。

在SI單位制中,磁導率的單位亨[利]每米H/m,常用T/(A/m),T/(A/cm),但一般用相對磁導率μr來表示。1(H/m)=T/(A/m)=100T/(A/cm),在有些資料上用特/奧(斯特)(T/Oe)或高斯/奧(斯特)(Gs/Oe),高斯與奧斯特都是以前的物理量。1A/m=4πe-3 Oe ,磁導率為1Gs/Oe 的磁介質的相對磁導率為1。相對磁導率μr是無量綱量。


(一)非晶、納米晶軟磁合金帶材
生產過程簡介:

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非晶態軟磁合金帶材是60年代問世的一種高新技術材料,其制備工藝采用速度為每秒近一百萬度的快速冷凝技術,將熔融合金鋼水急速冷卻成厚度約25-30微米的合金帶材,其微觀結構完全不同于傳統的金屬合金材料。具有優異的磁性能(電阻率高、損耗小);硬度高、韌性好,耐高溫耐腐蝕;機電耦合系數、熱傳導性好;是一種綠色、環保、高效、節能的功能材料。

單包、三包制帶工藝裝置示意:



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非晶、納米晶材料技術簡介
1非晶軟磁合金材料及其應用
  
1.1非晶軟磁合金材料及其形成機理
  
我們根據原子排列方式把物質劃分為晶體和非晶體兩類。物質里面的原子排列是整齊有序的叫做晶體;物質的原子排列是混亂的叫做非晶體。通常情況下,金屬及合金在從液體凝固成固體時,原子總是從液體的混亂排列轉變成整齊的排列,即成為晶體。但是,如果金屬或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高達一百萬度的冷卻速率將鐵-硼合金熔體凝固),原子來不及整齊排列便被凍結住了,最終的原子排列方式類似于液體,是混亂的,這就是非晶合金(又稱為金屬玻璃)。 如下圖左為晶態結構,右圖為非晶態結構。



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