软磁材料的种类、特点及应用

一软磁材料的发展

软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起,开始使用低碳钢制造电机和变压器,在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初,研制出了硅钢片代替低碳钢,提高了变压器的效率,降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代,无线电技术的兴起,促进了高导磁材料的发展,出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代,是科学技术飞速发展的时期,雷达、电视广播、集成电路的发明等,对软磁材料的要求也更高,生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代,随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展,研制出了磁头用软磁合金,除了传统的晶态软磁合金外,又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。

二常用软磁磁芯的种类

铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。

按(主要成分、磁性特点、结构特点)制品形态分类:

(1)粉芯类:磁粉芯,包括:铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯(highflux)、坡莫合金粉芯(mpp)、铁氧体磁芯

(2)带绕铁芯:硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金

三常用软磁磁芯的特点及应用

(一)粉芯类

1.磁粉芯

磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小(高频下使用的为0.5~5微米),又被非磁性电绝缘膜物质隔开,因此,一方面可以隔绝涡流,材料适用于较高频率;另一方面由于颗粒之间的间隙效应,导致材料具有低导磁率及恒导磁特性;又由于颗粒尺寸小,基本上不发生集肤现象,磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。

磁芯的有效磁导率μe及电感的计算公式为:μe=dl/4n2s×109

其中:d为磁芯平均直径(cm),l为电感量(享),n为绕线匝数,s为磁芯有效截面积(cm2)。

(1)铁粉芯

常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在1.4t左右;磁导率范围从22~100;初始磁导率μi随频率的变化稳定性好;直流电流叠加性能好;但高频下损耗高。

(2).坡莫合金粉芯

坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(mpp)及高磁通量粉芯(highflux)。

mpp是由81%ni、2%mo及fe粉构成。主要特点是:饱和磁感应强度值在7500gs左右;磁导率范围大,从14~550;在粉末磁芯中具有最低的损耗;温度稳定性极佳,广泛用于太空设备、露天设备等;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300khz以下的高品质因素q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的lc电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等,在ac电路中常用,粉芯中价格最贵。

高磁通粉芯hf是由50%ni、50%fe粉构成。主要特点是:饱和磁感应强度值在15000gs左右;磁导率范围从14~160;在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度,最高的直流偏压能力;磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等,在dc电路中常用,高dc偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于mpp。

(3)铁硅铝粉芯(koolmμcores)

铁硅铝粉芯由9%al、5%si,85%fe粉构成。主要是替代铁粉芯,损耗比铁粉芯低80%,可在8khz以上频率下使用;饱和磁感在1.05t左右;导磁率从26~125;磁致伸缩系数接近0,在不同的频率下工作时无噪声产生;比mpp有更高的dc偏压能力;具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。

2.软磁铁氧体(ferrites)

软磁铁氧体是以fe2o3为主成分的亚铁磁性氧化物,采用粉末冶金方法生产。有mn-zn、cu-zn、ni-zn等几类,其中mn-zn铁氧体的产量和用量最大,mn-zn铁氧体的电阻率低,为1~10欧姆-米,一般在100khz以下的频率使用。cu-zn、ni-zn铁氧体的电阻率为102~104欧姆-米,在100khz~10兆赫的无线电频段的损耗小,多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。磁芯形状种类丰富,有e、i、u、ec、etd形、方形(rm、ep、pq)、罐形(pc、rs、ds)及圆形等。在应用上很方便。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率,粉末冶金方法又适宜于大批量生产,因此成本低,又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感,在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定,在150khz以下基本保持不变。随着软磁铁氧体的出现,磁粉芯的生产大大减少了,很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计