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H 作用下,必有相應(yīng)的磁化強度M 或磁感應(yīng)強度B,它們隨磁場強度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個特點:磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當磁場強度H足夠大時,磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms,繼續(xù)增大H,Ms保持不變;以及當材料的M值達到飽和后,外磁場H降低為零時,M并不恢復(fù)為零,而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于M~H曲線或B~H曲線上的某一點,該點常稱為工作點。
電力工業(yè)的發(fā)展促進了金屬磁性材料──硅鋼片(Si-Fe合金)的研制。永磁金屬從 19世紀的碳鋼發(fā)展到后來的稀土永磁合金,性能提高二百多倍。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,軟磁金屬材料從片狀改為絲狀再改為粉狀,仍滿足不了頻率擴展的要求。
20世紀40年代,荷蘭J.L.斯諾伊克發(fā)明電阻率高、高頻特性好的鐵氧體軟磁材料,接著又出現(xiàn)了價格低廉的永磁鐵氧體。
50年代初,隨著電子計算機的發(fā)展,美籍華人王安首先使用矩磁合金元件作為計算機的內(nèi)存儲器,不久被矩磁鐵氧體記憶磁芯取代,后者在60~70年代曾對計算機的發(fā)展起過重要的作用。
50年代初人們發(fā)現(xiàn)鐵氧體具有獨特的微波特性,制成一系列微波鐵氧體器件。壓磁材料在次世界大戰(zhàn)時即已用于聲納技術(shù),但由于壓電陶瓷的出現(xiàn),使用有所減少。
后來又出現(xiàn)了強壓磁性的稀土合金。非晶態(tài)(無定形)磁性材料是近代磁學(xué)研究的成果,在發(fā)明快速淬火技術(shù)后,1967年解決了制帶工藝,正向?qū)嵱没^渡。
永磁材料有多種用途。
①基于電磁力作用原理的應(yīng)用主要有:揚聲器、話筒、電表、按鍵、電機、繼電器、傳感器、開關(guān)等。
②基于磁電作用原理的應(yīng)用主要有:磁控管和行波管等微波電子管、顯像管、鈦泵、微波鐵氧體器件、磁阻器件、霍爾器件等。
③基于磁力作用原理的應(yīng)用主要有:磁軸承、選礦機、磁力分離器、磁性吸盤、磁密封、磁黑板、玩具、標牌、密碼鎖、復(fù)印機、控溫計等。其他方面的應(yīng)用還有:磁療、磁化水、磁麻醉等。
根據(jù)使用的需要,永磁材料可有不同的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。有些材料還有各向同性和各向異性之別。
硅鋼片是一種合金,在純鐵中加入少量的硅(一般在4.5%以下)形成的鐵硅系合金稱為硅鋼。該類鐵芯具有的飽和磁感應(yīng)強度值為20000Gs;由于它們具有較好的磁電性能,又易于大批生產(chǎn),價格便宜,機械應(yīng)力影響小等優(yōu)點,在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用,如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量的材料。特別是在低頻、大功率下為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ,適用于各類電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯,這類合金韌性好,可以沖片、切割等加工,鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加,一般使用頻率不超過400Hz。從應(yīng)用角度看,對硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素:磁性和成本。對小型電機、電抗器和繼電器,可選純鐵或低硅鋼片;對于大型電機,可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無取向冷軋硅鋼片;對變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時,常用帶材的厚度為0.2~0.35毫米;在400Hz下使用時,常選0.1毫米厚度為宜。厚度越薄,價格越高。