鐵磁性材料的性能以及分類

鐵磁性材料主要是指鐵、鈷、鎳及其合金或某些含鐵的氧化物。

一、鐵磁性材料的磁性能

1、高導(dǎo)磁性

1）所謂鐵磁性材料具有高導(dǎo)磁性，是指在外磁場(chǎng)作用下能夠被強(qiáng)烈磁化而呈現(xiàn)很大磁性。鐵磁性物質(zhì)能夠被強(qiáng)烈磁化，是由其特殊的微觀結(jié)構(gòu)決定的。

2）磁疇是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如下圖所示：

各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般具有很多磁疇，這些磁疇任意取向，排列混亂，磁性相互抵消，對(duì)外不顯示磁性。但在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇大致按外磁場(chǎng)的方向排列，這樣就產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的與外磁場(chǎng)同方向的磁化磁場(chǎng)，使鐵磁物質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增加，從而使鐵磁物質(zhì)對(duì)外呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性。或者說(shuō)鐵磁物質(zhì)被外磁場(chǎng)強(qiáng)烈磁化了。

2、磁飽和性

1）磁飽和是磁性材料的一種物理特性，指的是導(dǎo)磁材料由于物理結(jié)構(gòu)的限制，所通過(guò)的磁通量無(wú)法無(wú)限增大，從而保持在一定數(shù)量的狀態(tài)。出現(xiàn)磁飽和的原因是當(dāng)外磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H增大到一定數(shù)值時(shí)，鐵磁物質(zhì)內(nèi)磁疇基本上已全部按外磁場(chǎng)方向排列，再增大H，附加磁場(chǎng)的增加也很有限。

2）上圖是研究鐵磁性材料磁化過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置和磁化曲線B-H曲線。圖中環(huán)形鐵圈內(nèi)放的是待研究的鐵磁性材料。利用雙刀雙擲開關(guān)可改變線圈中電流方向，利用調(diào)節(jié)電阻器來(lái)改變線圈中的電流大小，從而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度H，線圈內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可用測(cè)量?jī)x器測(cè)出。利用描點(diǎn)法可畫出磁化線B-H曲線。

3）鐵磁性材料飽和時(shí)的磁感強(qiáng)度Bm又稱為飽和磁通密度Bs，它是鐵磁性材料的一個(gè)重要磁性指標(biāo)。由B=Φ/S可知，要得到一定的磁通Φ，容許磁通密度越大，所需鐵芯的截面積就越小，而容許磁通密度則取決于鐵磁性材料的Bs。

3、磁滯性

1）鐵磁性材料在反復(fù)磁化的過(guò)程中，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是滯后于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象叫做磁滯。磁滯是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場(chǎng)時(shí)，磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原狀而表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象。

2）上圖中當(dāng)線圈電流減小到零時(shí)，由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H也為零，但鐵芯在磁化時(shí)所獲得的磁性還沒完全消失，這時(shí)鐵芯中所保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩磁。為去掉剩磁，要在線圈中通以反向電流，以便產(chǎn)生一個(gè)反向的磁場(chǎng)強(qiáng)度H來(lái)進(jìn)行反向磁化，使剩磁為零的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度叫矯頑力。

3）在鐵磁性材料被反復(fù)交變磁化的情況下，表示B與H關(guān)系的閉合曲線稱為磁滯回線。

4）磁滯損耗是鐵磁性材料在反復(fù)磁化過(guò)程中，因磁滯現(xiàn)象外磁場(chǎng)要克服磁疇間阻礙使磁矩轉(zhuǎn)向而消耗的能量。這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使設(shè)備升溫，效率降低，它是電氣設(shè)備中鐵損的組成部分。磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗越大。此外，磁滯損耗還和反復(fù)磁化的頻率有關(guān)，頻率越高，磁滯損耗就越大。

二、鐵磁性材料分類

1、軟磁材料

軟磁材料具有很高的導(dǎo)磁系數(shù)，剩磁和矯頑力都很小，磁滯回線窄，磁滯損耗小。一般用來(lái)制作電機(jī)、變壓器及電器鐵芯。常用的有硅鋼、鑄鐵、坡莫合金和鐵氧體等。

2、硬磁材料

具有較大的剩磁和矯頑力，磁滯回線較寬，一般用來(lái)制作永久磁鐵。常用材料有碳鋼、鈷鋼、鎢鋼等。

3、矩磁材料

矩磁材料的磁滯回線呈矩形，其特點(diǎn)是在很小的外磁場(chǎng)作用下，就能磁化并達(dá)到飽和。去掉外磁場(chǎng)后磁性基本飽和。矩磁材料可用來(lái)制作記憶元件。