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磁性材料的简介、用途以及特殊功能
添加时间:2022.10.17 来源:一方贸易 浏览次数:
磁性材料的简介

磁性是物质最基本属性之一。自然界存在的物质按其磁性可分为:顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质等。其中,铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质,一般所说的磁性材料都指这两类。

磁性材料可分为金属磁性材料和铁氧体磁性材料两大类。按其磁特性和应用,又可分为软磁、永磁、磁记录、矩磁、旋磁、压磁、磁光等材料。

磁性器件是利用磁性材料的磁特性和各种特殊效应制成的转换、传递、存储能量和信息的零部件。

磁性材料的用途

1、永磁材料

常见的永磁材料有铝镍钴合金、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的,目前我国能制造的铝镍钴合金的型号主要有LNG34,LNG52,LNGJ32,LNGJ56等。由于铝镍钴的主要特点是高Br(剩余磁感应强度)、低矫顽力的永磁材料,其相对磁导率在 3 以上,所以在具体应用时,其磁极须做成长柱体或长棒体,以尽量减少退磁场作用。铝镍钴磁体本身矫顽力低,所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝镍钴永磁材料,以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。铝镍钴磁体的优点是温度系数小,而且因温度变化而发生的永磁特性的退化也较小,但该材料硬而脆,加工困难。铝镍钴的主要应用在电子点火系统、电度表、伏安表、医疗仪器、工业电机、磁力簧片开关、发电机、手动工具、自动售货机等领域。

铁氧体永磁材料是目前应用非常广泛的永磁材料之一,其主要成分是MoFe2O3。具有矫顽力大,重量轻,原材料来源丰富,价格便宜,耐氧化,耐腐蚀,磁晶体的各向异性常数大,退磁曲线近似为直线等优点。而缺点是剩磁较低,温度系数大,易碎。铁氧体永磁材料的矫顽力介于铝镍钴合金材料和稀土钴永磁材料之间。由于其剩磁较低,故一般适合设计成扁平形状。由于成本低廉,铁氧体磁材有广阔的应用领域,从电机、扬声器到玩具、工艺品,因而是目前应用最广的永磁材料。稀土永磁材料具有矫顽力高;最大磁能积大;可逆磁导率等于一的优点。因此其磁性能远超过铁氧体和铝镍钴等其他磁性材料稀土永磁材料的出现,使得重量轻、体积小的永磁同步电机相继问世,从而扩大了永磁同步电机的应用范围。稀土钴永磁材料性能优异,但价格较高,因此在设计时必须精打细算,力求用最小的体积达到预期的效果。由于稀土钴永磁材料的矫顽力很大,可作成薄片永磁材料,以减少体积,节省材料。常用的稀土永磁材料有SmPrCo、SmCoPeCo、SmPrNdCo、CeCoCuFe、Sm2Co17等。

2、软磁材料

软磁材料按成分可分为九类,下面依次介绍其特点。

(1)、纯铁和低碳钢。含碳量低于0.04%,包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高,价格低廉,加工性能好;但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大,只适于静态下使用,如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。

(2)、铁硅系合金。含硅量0.5%~4.8%,一般制成薄板使用,俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后,可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加,热导率降低,脆性增加,饱和磁化强度下降,但其电阻率和磁导率高,矫顽力和涡流损耗减小,从而可应用到交流领域,制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。

(3)、铁铝系合金。含铝6%~16%,具有较好的软磁性能,磁导率和电阻率高,硬度高、耐磨性好,但性脆,主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。

(4)、铁硅铝系合金。在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感,脆性大,加工性能差。主要用于音频和视频磁头。

(5)、镍铁系合金。镍含量30%~90%,又称坡莫合金,通过合金化元素配比和适当工艺,可控制磁性能,获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高,对应力较敏感,可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料

(6)、铁钴系合金。钴含量27%~50%。具有较高的饱和磁化强度,电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。

(7)、软磁铁氧体。非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高(10-2~1010Ω•m),饱和磁化强度比金属低,价格低廉,广泛用作电感元件和变压器元件(见铁氧体)。

(8)、非晶态软磁合金。一种无长程有序、无晶粒合金,又称金属玻璃,或称非晶金属。其磁导率和电阻率高,矫顽力小,对应力不敏感,不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性,具有耐蚀和高强度等特点。此外,其居里点比晶态软磁材料低得多,电能损耗大为降低,是一种正在开发利用的新型软磁材料。

(9)、超微晶软磁合金。20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成,具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能,不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小,且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超微晶合金。

磁性材料的特殊功能

(1)、磁弹性材料。这种磁性材料在磁场的作用下形状发生改变,具体表现可为长度上的伸长或缩短,体积上的膨胀和收缩。

(2)、磁电阻材料。这种磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变。

(3)、磁制冷材料。磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术 ,基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应(magneto caloriceffect)即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量,而等温退磁时从外界吸取热量,以达到制冷目的。这种材料的优点是环境友好,无环境污染和破坏;高效节能,卡诺循环效率可达到60~70%;稳定可靠。

(4)、磁流体。又称磁性液体或铁流体。是一种对磁场敏感可流动的液体磁性材料。它是将掺入到载液中的铁磁性微粒(<10nm)用分散剂均匀地分散,使成为某种具有流动性的悬浮状的胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异,可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。磁性材料是电子工业的重要基础功能材料,广泛应用于计算机、电子器件、通讯、汽车和航空航天等工业领域和家用电器、儿童玩具等日常生活用品,随着世界经济和科学技术的迅猛发展,磁性材料的需求将空前广阔。
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