磁性材料的基本特性

       1. 磁性材料的磁化曲線

       磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場(chǎng)H 作用下，必有相應(yīng)的磁化強(qiáng)度M 或磁感應(yīng)強(qiáng)度B，它們隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的變化曲線稱為磁化曲線（M～H或B～H曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個(gè)特點(diǎn)：磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H足夠大時(shí)，磁化強(qiáng)度M達(dá)到一個(gè)確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當(dāng)材料的M值達(dá)到飽和后，外磁場(chǎng)H降低為零時(shí)，M并不恢復(fù)為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當(dāng)于M～H曲線或B～H曲線上的某一點(diǎn)，該點(diǎn)常稱為工作點(diǎn)。

       2. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù)

       飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。

       剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時(shí)的B值。

       矩形比：Br∕Bs

       矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。

       磁導(dǎo)率μ：是磁滯回線上任何點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。

       初始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp。
       
       居里溫度Tc：鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降，達(dá)到某一溫度時(shí)，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。

       損耗P：磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ 降低，

       磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為：

       總功率耗散（mW）/表面積（cm2）

       3. 軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

       在設(shè)計(jì)軟磁器件時(shí)，首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓～電流特性。器件的電壓～電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設(shè)計(jì)者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)計(jì)軟磁器件通常包括三個(gè)步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據(jù)磁性參數(shù)要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應(yīng)的電氣參數(shù)。

       磁性材料是一種重要的電子材料。早期的磁性材料主要采用金屬及合金系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在電力工業(yè)、電訊工程及高頻無線電技術(shù)等方面，迫切要求提供一種具有很高電阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁鐵礦及其他具有磁性的氧化物的基礎(chǔ)上，研制出了一種新型磁性材料——鐵氧體。鐵氧體屬于氧化物系統(tǒng)的磁性材料，是以氧化鐵和其他鐵族元素或稀土元素氧化物為主要成分的復(fù)合氧化物，可用于制造能量轉(zhuǎn)換、傳輸和信息存儲(chǔ)的各種功能器件。

       鐵氧體磁性材料按其晶體結(jié)構(gòu)可分為：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁鉛石型（MFe12O19）；鈣鈦礦型（MFeO3）。其中M指離子半徑與Fe2＋相近的二價(jià)金屬離子，R為稀土元素。按鐵氧體的用途不同，又可分為軟磁、硬磁、矩磁和壓磁等幾類。

       軟磁材料是指在較弱的磁場(chǎng)下，易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料。有實(shí)用價(jià)值的軟磁鐵氧體主要是錳鋅鐵氧體Mn－ZnFe2O4和鎳鋅鐵氧體Ni－ZnFeO4。軟磁鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)一般都是立方晶系尖晶石型，這是目前各種鐵氧體中用途較廣，數(shù)量較大，品種較多，產(chǎn)值較高的一種材料。主要用作各種電感元件，如濾波器、變壓器及天線的磁性和磁帶錄音、錄像的磁頭。

       硬磁材料是指磁化后不易退磁而能長期保留磁性的一種鐵氧體材料，也稱為永磁材料或恒磁材料。硬磁鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)大致是六角晶系磁鉛石型，其典型代表是鋇鐵氧體BaFe12O19。這種材料性能較好，成本較低，不僅可用作電訊器件如錄音器、電話機(jī)及各種儀表的磁鐵，而已在醫(yī)學(xué)、生物和印刷顯示等方面也得到了應(yīng)用。

       鎂錳鐵氧體Mg－MnFe3O4，鎳鋼鐵氧體Ni－CuFe2O4及稀土石榴型鐵氧體3Me2O3•5Fe2O3（Me為三價(jià)稀土金屬離子，如Y3＋、Sm3＋、Gd3＋等）是主要的旋磁鐵氧體材料。磁性材料的旋磁性是指在兩個(gè)互相垂直的直流磁場(chǎng)和電磁波磁場(chǎng)的作用下，電磁波在材料內(nèi)部按一定方向的傳播過程中，其偏振面會(huì)不斷繞傳播方向旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。旋磁現(xiàn)象實(shí)際應(yīng)用在微波波段，因此，旋磁鐵氧體材料也稱為微波鐵氧體。主要用于雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙控等電子設(shè)備中。

       重要的矩磁材料有錳鋅鐵氧體和溫度特性穩(wěn)定的Li－Ni－Zn鐵氧體、Li－Mn－Zn鐵氧體。矩磁材料具有辨別物理狀態(tài)的特性，如電子計(jì)算機(jī)的“1”和“0”兩種狀態(tài)，各種開關(guān)和控制系統(tǒng)的“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)及邏輯系統(tǒng)的“是”和“否”兩種狀態(tài)等。幾乎所有的電子計(jì)算機(jī)都使用矩磁鐵氧體組成高速存貯器。另一種新近發(fā)展的磁性材料是磁泡材料。這是因?yàn)槟承┦袷痛判圆牧系谋∧ぴ诖艌?chǎng)加到一定大小時(shí)，磁疇會(huì)形成圓柱狀的泡疇，貌似浮在水面上的水泡，泡的“有”和“無”可用來表示信息的“1”和“0”兩種狀態(tài)。由電路和磁場(chǎng)來控制磁泡的產(chǎn)生、消失、傳輸、分裂以及磁泡間的相互作用，即可實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)記錄和邏輯運(yùn)算等功能，在電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等科學(xué)技術(shù)中有著重要的應(yīng)用。

       壓磁材料是指磁化時(shí)能在磁場(chǎng)方向作機(jī)械伸長或縮短的鐵氧體材料。目前應(yīng)用最多的是鎳鋅鐵氧體，鎳銅鐵氧體和鎳鎂鐵氧體等。壓磁材料主要用于電磁能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的超聲器件、磁聲器件及電訊器件、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制器件等。