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、高導磁性
1)所謂鐵磁性材料具有高導磁性,是指在外磁場作用下能夠被強烈磁化而呈現很大磁性。鐵磁性物質能夠被強烈磁化,是由其特殊的微觀結構決定的。
2)磁疇是指磁性材料內部的一個個小區域,每個區域內部包含大量原子,這些原子的磁矩都象一個個小磁鐵那樣整齊排列,但相鄰的不同區域之間原子磁矩排列的方向不同,如下圖所示:
各個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,對外不顯示磁性。但在外磁場的作用下,磁疇大致按外磁場的方向排列,這樣就產生一個很強的與外磁場同方向的磁化磁場,使鐵磁物質內的磁感應強度大大增加,從而使鐵磁物質對外呈現很強的磁性?;蛘哒f鐵磁物質被外磁場強烈磁化了。
2、磁飽和性
1)磁飽和是磁性材料的一種物理特性,指的是導磁材料由于物理結構的限制,所通過的磁通量無法無限增大,從而保持在一定數量的狀態。出現磁飽和的原因是當外磁場磁場強度H增大到一定數值時,鐵磁物質內磁疇基本上已全部按外磁場方向排列,再增大H,附加磁場的增加也很有限。
2)上圖是研究鐵磁性材料磁化過程的實驗裝置和磁化曲線B-H曲線。圖中環形鐵圈內放的是待研究的鐵磁性材料。利用雙刀雙擲開關可改變線圈中電流方向,利用調節電阻器來改變線圈中的電流大小,從而改變磁場強度H,線圈內部的磁感應強度B可用測量儀器測出。利用描點法可畫出磁化線B-H曲線。
3)鐵磁性材料飽和時的磁感強度Bm又稱為飽和磁通密度Bs,它是鐵磁性材料的一個重要磁性指標。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)鐵磁性材料在反復磁化的過程中,它的磁感應強度總是滯后于它的磁場強度的變化,這種現象叫做磁滯。磁滯是由于摻雜和內應力等的作用,當撤掉外磁場時,磁疇的疇壁很難恢復到原狀而表現出來的現象。
2)上圖中當線圈電流減小到零時,由勵磁電流產生的磁場強度H也為零,但鐵芯在磁化時所獲得的磁性還沒完全消失,這時鐵芯中所保留的磁感應強度稱為剩磁。為去掉剩磁,要在線圈中通以反向電流,以便產生一個反向的磁場強度H來進行反向磁化,使剩磁為零的反向磁場強度叫矯頑力。
3)在鐵磁性材料被反復交變磁化的情況下,表示B與H關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磁化過程中,因磁滯現象外磁場要克服磁疇間阻礙使磁矩轉向而消耗的能量。這部分能量轉化為熱能,使設備升溫,效率降低,它是電氣設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,磁滯損耗還和反復磁化的頻率有關,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磁系數,剩磁和矯頑力都很小,磁滯回線窄,磁滯損耗小。一般用來制作電機、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,其特點是在很小的外磁場作用下,就能磁化并達到飽和。去掉外磁場后磁性基本飽和。矩磁材料可用來制作記憶元件。
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