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          什么是軟磁材料?
          2012-7-5

            所謂軟磁材料是那些具有大的磁導率和低的矯頑力的一類材料,特指那些矯頑力小、容易磁化和退磁的磁性材料。所謂的軟,指這些材料容易磁化,在磁性上表現“軟”。軟磁材料的用途非常廣泛。因為它們容易磁化和退磁,而且具有很高的導磁率,可以起到很好的聚集磁力線的作用,所以軟磁材料被廣泛用來作為磁力線的通路,即用作導磁材料,例如變壓器、傳感器的鐵芯,磁屏蔽罩,特殊磁路的軛鐵等。

          幾種常見的軟磁材料:

          (1)硅鋼片:

            硅鋼是含硅量在3%左右的硅鐵合金。硅鋼片大量用于中低頻變壓器和電機鐵芯。硅鋼的特點是具有常用軟磁材料中最高的飽和磁感應強度(2.0T以上),因此作為變壓器鐵芯使用時可以在很高的工作點工作(如工作磁感值1.5T)。但是,硅鋼在常用的軟磁材料中鐵損也是最大的,為了防止鐵芯因損耗太大而發熱,它的使用頻率不高,一般只能工作在20KHz以下,主要用于工頻變壓器。

            硅鋼通常是薄片狀的,這是為了減小變壓器鐵芯的渦流損耗。目前硅鋼片主要分熱軋和冷軋兩大類。熱軋硅鋼,是把硅鋼板坯在850℃以上加熱后軋制,然后再進行退火。由于軋制溫度高,所軋制出來的硅鋼片都是各向同性的,也就是說硅鋼片的磁性在各個方向上相同。這種各向同性的硅鋼也叫做無取向硅鋼。無取向硅鋼大量應用在電機中的定子或者轉子。因為要制造電機定子和轉子,就要在大的硅鋼片上沖壓出圓形的零件。這時總是希望硅鋼片沿圓周方向磁性一致,所以要用無取向硅鋼。

            為了獲得更好的磁性能,后來人們發明了冷軋硅鋼片,即在較低溫度下軋制,再退火。冷軋取向硅鋼片是其中的代表。冷軋取向硅鋼片首先對板坯進行冷軋,使得材料內部產生很多結構缺陷。在隨后的退火過程中,材料發生結構上的變化(稱為再結晶),這種變化會使硅鋼片在某個方向上磁性能非常好,也就是說磁性能和方向有關,因此被稱為取向硅鋼。在最終使用時,讓鐵芯中的磁力線沿磁性能最好的方向通過,這樣便可以最大限度地發揮硅鋼片的磁性能潛力。例如,在變壓器中,鐵芯材料的磁力線是沿一個方向通過的,如果把硅鋼片適當裁剪,然后卷繞成鐵芯,使得鐵芯周長方向恰好是硅鋼片磁性能最好的方向,那么鐵芯的磁導率就會很高,容易磁化,能量損耗小,最終提高了變壓器效率。

            我國對硅鋼片的編號是:熱軋硅鋼片D(如D31指含硅3.1%的熱軋硅鋼);冷軋硅鋼片DT;高磁感取向硅鋼片Q和QG。這些材料的磁性能可以從相關的書籍和手冊中得到。


          (2)坡莫合金:

            坡莫合金指鐵鎳合金,其含鎳量的范圍很廣,在35%-90%之間。坡莫合金的最大特點是具有很高的弱磁場導磁率。它們的飽和磁感應強度一般在0.6--1.0T之間。

            最簡單的坡莫合金是鐵鎳兩種元素組成的合金,通過適當的軋制和熱處理,它們能夠具備高磁導率,同時也可以合理搭配鐵和鎳的含量,獲得比較高的飽和磁感應強度。但是,這種坡莫合金的電阻率低,力學性能不好,所以實際應用并不很多。

            目前大量應用的坡莫合金是在鐵鎳的基礎上添加一些其它元素,例如鉬、銅等。添加這些元素的目的是增加材料的電阻率,以減小做成鐵芯后的渦流損失。同時,添加元素也可以提高材料的硬度,這尤其有利于作為磁頭等有磨損的應用。

            坡莫合金的生產過程比較復雜。例如,板材軋制的工藝、退火溫度、時間、退火后的冷卻快慢等都對材料最終的磁性能有很大影響。

            我國的坡莫合金牌號是1JXX。其中,J表示“精密合金”,“1”表示軟磁,后面的數字為序號,通常表示合金中的含鎳量,例如:1J50、1J85等。坡莫合金具有高的磁導率,所以常常用在中高頻變壓器鐵芯或者對靈敏度有嚴格要求的器件中,例如高頻(數十KHz)開關電源變壓器、精密互感器、漏電開關互感器、磁屏蔽、磁軛等。


          (3)軟磁鐵氧體:

            鐵氧體是一系列含有氧化鐵的復合氧化物材料(或者稱為陶瓷材料)。鐵氧體的特點是飽和磁感應強度很低(0.5T以下),但導磁率比較高,而且電阻率很高(這時因為鐵氧體是由很小的顆粒壓制成的,顆粒之間的接觸不好,所以導電不佳),因此非常有利于降低渦流損耗。正因為如此,鐵氧體能夠在很高的頻率(可以達到MHz頻率范圍,甚至更高頻率)下使用,而它的飽和磁感應強度低,因此不適合在低頻下使用。鐵氧體最廣泛的用途是高頻變壓器鐵芯和各種電感鐵芯。


          (4)非晶合金:

            下面要具體介紹非晶合金,這里不再重復。


           

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