软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起,开始使用低碳钢制造电机和变压器,在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。
磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种
软磁材料。由于铁磁性颗粒很小(高频下使用的为0.5~5微米),又被非磁性电绝缘膜物质隔开,因此,一方面可以隔绝涡流,材料适用于较高频率;另一方面由于颗粒之间的间隙效应,导致材料具有低导磁率及恒导磁特性;又由于颗粒尺寸小,基本上不发生集肤现象,磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在1.4T左右;磁导率范围从22~100;初始磁导率μi随频率的变化稳定性好;直流电流叠加性能好;但高频下损耗高。
坡莫合金粉芯主要有
钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。
是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。主要特点是:饱和磁感应强度值在7500Gs左右;磁导率范围大,从14~550;在粉末磁芯中具有最低的损耗;温度稳定性极佳,广泛用于太空设备、露天设备等;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等,
高磁通粉芯HF是由50%Ni、50%Fe粉构成。主要特点是:饱和
磁感应强度值在15000Gs左右;磁导率范围从14~160;在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度,最高的直流偏压能力;磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等,在DC电路中常用,高DC偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP。
铁硅铝粉芯由6%Al、9%Si、85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯,损耗比铁粉芯低80%,可在8kHz以上频率下使用;饱和磁感在1.05T左右;导磁率从26~125;磁致伸缩系数接近0,在不同的频率下工作时无噪声产生;比MPP有更高的DC偏压能力;具有最佳的
性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作
变压器铁芯使用。
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:br∕bs 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μ: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μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 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 = af + bf2+ c pe ∝ f2 t2 / ,ρ 降低, 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc;降低涡流损耗pe 的方法是减薄
磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为: 总功率耗散(mw)/表面积(cm2)
铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成
磁性材料的基本组元。 按(主要成分、磁性特点、结构特点)制品形态分类: (1) 粉芯类: 磁粉芯,包括:铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯(high flux)、
坡莫合金粉芯(mpp)、铁氧体磁芯 (2) 带绕铁芯:硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金
到20世纪初,研制出了硅钢片代替低碳钢,提高了变压器的效率,降低了损耗。硅钢片在电力工业用
软磁材料中仍居首位。到20年代,无线电技术的兴起,促进了高
导磁材料的发展,出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代,是科学技术飞速发展的时期,雷达、电视广播、集成电路的发明等,对软磁材料的要求也更高,生产出了
软磁合金薄带及
软磁铁氧体材料。进入70年代,随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展,研制出了磁头用软磁合金,除了传统的晶态软磁合金外,又兴起了另一类材料-
非晶态软磁合金。