技术磁化2讲解课件

第3章技术磁化2磁性材料中的基本现象；磁畴结构；技术磁化；动态磁化第3章技术磁化2磁性材料中的基本现象；3.3技术磁化本节主要讲述下面几个方面：☞磁化曲线；☞磁化机制；☞可逆畴壁位移磁化过程；☞不可逆畴壁位移磁化过程；☞可逆磁畴转动磁化过程；☞不可逆磁畴转动磁化过程；☞静磁参数分析3.3技术磁化本节主要讲述下面几个方面：磁化：材料从磁中性状态变到所有磁畴都取向外磁场方向的磁饱和状态的过程；反磁化：从磁化饱和状态回到退磁状态的过程；技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移实现宏观磁化的过程；内禀磁化：铁磁体在技术磁化饱和以后，强磁场使磁畴内磁化强度发生变化的过程。几个基本概念3.3.1磁化曲线磁化：材料从磁中性状态变到所有磁畴都取向外磁场方向的磁饱和状磁中性磁饱和磁化过程反磁化过程内禀磁化技术磁化畴壁位移磁化畴壁转动磁化动态磁化静态磁化磁化过程磁中性磁饱和磁化过程反磁化过程内禀磁化技术磁化畴壁位移磁化畴磁化曲线包含的五个特征部分：oMHabcd(1)(2)(3)(4)(5)磁化曲线☞起始部分：

M=ciH☞锐利部分（ab）M=ciH+bH2/8π☞非线性陡峻部分（bc）主要为不可逆畴壁位移磁化，畴壁位移呈现巴克豪生跳跃☞趋近饱和部分（cd)满足趋近饱和定律：☞顺磁部分磁化曲线趋近水平磁化曲线包含的五个特征部分：oMHabcd(1)(2)(3)3.3.2 磁化机制磁性材料沿外磁场H方向上的磁化强度MH为磁化过程引起磁化强度的改变为磁畴体积变化，畴壁位移磁化自发磁化强度变化，顺磁磁化磁畴夹角变化，畴壁转动磁化3.3.2 磁化机制磁性材料沿外磁场H方向上的磁化强度MH为得出磁化过程的磁化机制有三种：☞畴壁位移的磁化过程；☞磁畴转动的磁化过程；☞顺磁磁化过程。图片更直观，见书P85技术磁化过程得出磁化过程的磁化机制有三种：图片更直观，技术磁化过程第3章技术磁化2讲解课件3.3.3可逆畴壁位移磁化过程MsH0以180度畴壁为例：3.3.3可逆畴壁位移磁化过程MsH0以180度畴壁为例第3章技术磁化2讲解课件畴壁位移过程存在两种模型：（1）内应力模型应力模型主要考虑磁体内应力的起伏分布引起的内部能量变化，形成对畴壁的阻力。畴壁位移过程存在两种模型：（2）含杂模型含杂模型主要考虑磁体内杂质引起其内部能量的起伏变化，形成对畴壁位移的阻力。杂质对畴壁位移有两个作用：a.杂质的穿孔作用；b.退磁场作用（2）含杂模型3.3.5不可逆畴壁位移磁化过程铁磁体内存在应力和杂质以及晶界等结构的起伏变化分布，是产生不可逆畴壁位移的根本原因。3.3.5不可逆畴壁位移磁化过程铁磁体内存在应力和杂质以dd磁场继续增大时，畴壁可能有多次跳跃式的位移，即巴克豪生跳跃；巴克豪生跳跃磁场继续增大时，畴壁可能有多次跳跃式的位移，即巴克豪生第3章技术磁化2讲解课件3.3.4可逆磁场转动磁化过程无外磁场时的自由能曲线外加磁场后重新取向的自由能曲线3.3.4可逆磁场转动磁化过程无外磁场时的自由能曲线外加第3章技术磁化2讲解课件以单轴各向异性单畴颗粒为例：导致不可逆畴转的原因是铁磁体内存在着广义的各向异性能的起伏变化。3.3.6不可逆畴转磁化过程以单轴各向异性单畴颗粒为例：导致不可逆畴转的原因是铁磁体内存见P102见P1023.3.7静磁参数分析起始磁化率影响因素材料的饱和磁化强度 起始磁化率µi与MS2成正比磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λS 通常K1和λS越小越好内应力和掺杂及其分布；

内应力和掺杂越小越好控制晶粒尺寸的大小； 晶粒尺寸越大越好材料的织构化3.3.7静磁参数分析起始磁化率影响因素材料的饱和磁剩余磁化强度影响因素

应力作用

杂质和气孔的分布

材料的织构产生退磁场，提供反磁化核，降低剩磁影响MS取向关键在于提高材料的定向度提高剩磁的方法：剩余磁化强度影响因素应力作用杂质和气孔的分布矫顽力的影响因素畴壁位移的阻力畴转过程的阻力应力模型：含杂模型：对反磁化核生长的阻滞：磁畴各向异性：应力各向异性：形状各向异性：矫顽力的影响因素畴壁位移的阻力畴转过程的阻力应力模型：磁畴各最大磁能积（BH）maxH=0时，BH=0；B=0时，BH=0所以在这两个状态之间BH必然存在最大值根据可以（BH）max确定永磁体的最佳形状。BBBHH(BH)max最大磁能积（BH）maxH=0时，BH=0；B=0时，BH=矩形比矩形比R是表征磁滞回线矩形程度，定义为：矩形比最高可达到1Br为剩磁，BS为饱和磁感强度实际中，磁化很难达到饱和，所以用剩磁比Rr和记忆矩形比RS代替最大磁感强度最大磁场强度的负半值开关元件参数，要求Rr≥0.9记忆元件参数，要求为0.8~0.9矩形比矩形比R是表征磁滞回线矩形程度，定义为：矩形比最高可达3.4动态磁化本节将要讲述的主要内容：

动态磁化过程；

动态磁性参数；

磁损耗；3.4动态磁化本节将要讲述的主要内容：动态磁化过程；3.4.1动态磁化过程稳定磁化状态新的磁化状态改变磁场不考虑建立新的平衡状态的时间问题静态磁化考虑磁化的时间问题动态磁化磁滞损耗磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗3.4.1动态磁化过程稳定磁化状态新的磁化状态改不考虑建立新动态磁滞回线和动态磁化曲线动态磁滞回线和动态磁化曲线abcBmHmHCHSBSBrBH磁化曲线动态磁滞回线饱和磁滞回线频率不变，改变场强，即得到一系列动态磁滞曲线。动态磁滞回线的顶点（Hm，Bm）的连线为动态磁化曲线。动态磁滞回线和动态磁化曲线动态磁滞回线和动态磁化曲线abcB动态磁滞回线形状钼-坡莫合金的磁滞回线01232465kHz25kHz100kHzH交变磁场强度减小或频率增加时，动态磁滞回线逐渐趋近于椭圆。因此弱场高频情况下，可采用椭圆近似表示铁磁材料的动态磁滞回线。动态磁滞回线形状钼-坡莫合金的磁滞回线01232465kHzB-t、H-t曲线BBHHtt000BmHmT/4T/23T/4TT/4T/23T/4Tδ/ω椭圆动态磁滞回线和铁磁体中相应B-t、H-t曲线若H呈正弦周期变化，则B也呈正弦变化，但在时间上,B要落后H相位角它们的数学表达式为：B-t、H-t曲线BBHHtt000BmHmT/4T/23T相位角的起因磁化落后磁场变化的现象，磁化的时间效应。磁滞现象；涡流效应；磁导率的频散和吸收现象；磁后效相位角的起因磁化落后磁场变化的现象，磁化的时间效应。磁滞现3.4.2动态磁性参数复数磁导率；截止频率fr；品质因数Q；损耗因子tg；乘积3.4.2动态磁性参数复数磁导率；复数磁导率H用复数表示为：B用复数表示为：复数磁导率则为：实部，它代表单位体积材料中的磁能存储虚部，它代表单位体积材料在交变磁场中每磁化一周的磁能损耗

复数磁导率H用复数表示为：B用复数表示为：复数磁导率复数磁导率的矢量图解复数磁导率的矢量图解+i–i0复数磁导率的矢量图解复数磁导率的矢量图解+i–i0交流电桥法测量复数磁导率环状样品的等效模拟电路RL环状铁磁样品等效电路根据欧姆定律求出：其中，为环形线圈常数交流电桥法测量复数磁导率环状样品的等效模拟电路RL环状铁磁样截止频率frffr00.51磁谱曲线和截止频率fr磁谱曲线上，下降到初始值的一半或达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率fr。

磁谱是复数磁导率的实部和虚部随频率变化的关系曲线。材料的工作频率f应小于截止频率fr，否则器件将不能正常工作一般而言，材料的μi越低，其fr越高。因此，要提高材料的高频应用范围，降低材料的起始磁导率是一个有效手段。截止频率frffr00.51磁谱曲线和截止频率fr磁谱曲线上品质因数Q前图所示的等效电路中，电阻R产生损耗，电感L存储能量单位时间在电感中损耗的能量为：单位时间在电阻中能量的贮存为：Q定义为材料在交变磁化时，能量的贮存和能量的损耗之比：

又：得出：品质因数Q前图所示的等效电路中，电阻R产生损耗，电感L存储能损耗因子tg称为材料的损耗因子，有：

其物理意义为：铁磁材料在交变磁化过程中能量的损耗与贮存之比

比较Q的定义，发现：损耗因子tg称为材料的损耗因子，有：其物理意义为：铁磁材乘积对于软磁材料，我们希望材料的Q值越高越好，值越大越好，因此常用

和Q的乘积表示软磁材料的技术指标。当材料作为器件使用时，通常采用开气隙的方法来提高器件的Q值。开气隙以后，器件的Q值增加，

值却降低了，但乘积与开气隙前相同，保持为一个常量，即：即为斯诺克公式。乘积对于软磁材料，我们希望材料的Q值越高越好，3.4.3磁损耗磁损耗包括三个方面：涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗，即低频、弱场（B<0.01T）条件下，磁损耗由列格公式表示：磁滞损耗涡流损耗剩余损耗磁滞损耗涡流损耗剩余损耗3.4.3磁损耗磁损耗包括三个方面：涡流损耗、磁滞损耗和剩涡流损耗涡流损耗We可表示为：

常数材料厚度电阻率降低涡流损耗的方法：1．降低材料厚度d；2．提高材料电阻率ρ涡流是在迅速变化的磁场中的导体内部产生的感生电流，它使线圈发热产生涡流损耗

涡流损耗涡流损耗We可表示为：常数材料厚度电阻率降低涡流损磁滞损耗由于磁滞现象而产生的功率损耗称为磁滞损耗

。每磁化一周的磁滞损耗数值上等于磁滞回线的面积,即：降低磁滞损耗的最好方法是减小铁磁材料的矫顽力HC

磁滞损耗由于磁滞现象而产生的功率损耗称为磁滞损耗。每磁化一剩余损耗剩余损耗是指除了涡流损耗和磁滞损耗以外的其它所有损耗。在低频弱场中，剩余损耗主要是磁后效损耗。在高频情况下，剩余损耗主要是尺寸共振损耗、畴壁共振损耗和自然共振损耗。为了降低材料的剩余损耗，可以从下面两个方面入手：一、减少扩散离子浓度，从而抑制离子扩散过程；二、控制产品的成分和制备工艺，使之在应用频率和工作温度范围内避开损耗最大值。剩余损耗剩余损耗是指除了涡流损耗和磁滞损耗以外的其它所有损耗磁导率的减落有些铁磁样品经过动态磁中性化后，其起始磁导率μi随时间而降低，最后达到稳定值。这种现象称为磁导率的减落，它是磁后效的一种表现形式。

0500100015001020304050μi-24.2℃-36.8℃t(min)碳钢的减落曲线通常采用减落因子DF表示磁导率的减落程度：其中μi1为经过时间t1所测得的起始磁导率；μi2为经过时间t2所测得的起始磁导率。对于软磁材料，要求减落系数DF越小越好。磁导率的减落有些铁磁样品经过动态磁中性化后，其起始磁导率μi综合性能测量系统综合性能测量系统第3章技术磁化2磁性材料中的基本现象；磁畴结构；技术磁化；动态磁化第3章技术磁化2磁性材料中的基本现象；3.3技术磁化本节主要讲述下面几个方面：☞磁化曲线；☞磁化机制；☞可逆畴壁位移磁化过程；☞不可逆畴壁位移磁化过程；☞可逆磁畴转动磁化过程；☞不可逆磁畴转动磁化过程；☞静磁参数分析3.3技术磁化本节主要讲述下面几个方面：磁化：材料从磁中性状态变到所有磁畴都取向外磁场方向的磁饱和状态的过程；反磁化：从磁化饱和状态回到退磁状态的过程；技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移实现宏观磁化的过程；内禀磁化：铁磁体在技术磁化饱和以后，强磁场使磁畴内磁化强度发生变化的过程。几个基本概念3.3.1磁化曲线磁化：材料从磁中性状态变到所有磁畴都取向外磁场方向的磁饱和状磁中性磁饱和磁化过程反磁化过程内禀磁化技术磁化畴壁位移磁化畴壁转动磁化动态磁化静态磁化磁化过程磁中性磁饱和磁化过程反磁化过程内禀磁化技术磁化畴壁位移磁化畴磁化曲线包含的五个特征部分：oMHabcd(1)(2)(3)(4)(5)磁化曲线☞起始部分：

M=ciH☞锐利部分（ab）M=ciH+bH2/8π☞非线性陡峻部分（bc）主要为不可逆畴壁位移磁化，畴壁位移呈现巴克豪生跳跃☞趋近饱和部分（cd)满足趋近饱和定律：☞顺磁部分磁化曲线趋近水平磁化曲线包含的五个特征部分：oMHabcd(1)(2)(3)3.3.2 磁化机制磁性材料沿外磁场H方向上的磁化强度MH为磁化过程引起磁化强度的改变为磁畴体积变化，畴壁位移磁化自发磁化强度变化，顺磁磁化磁畴夹角变化，畴壁转动磁化3.3.2 磁化机制磁性材料沿外磁场H方向上的磁化强度MH为得出磁化过程的磁化机制有三种：☞畴壁位移的磁化过程；☞磁畴转动的磁化过程；☞顺磁磁化过程。图片更直观，见书P85技术磁化过程得出磁化过程的磁化机制有三种：图片更直观，技术磁化过程第3章技术磁化2讲解课件3.3.3可逆畴壁位移磁化过程MsH0以180度畴壁为例：3.3.3可逆畴壁位移磁化过程MsH0以180度畴壁为例第3章技术磁化2讲解课件畴壁位移过程存在两种模型：（1）内应力模型应力模型主要考虑磁体内应力的起伏分布引起的内部能量变化，形成对畴壁的阻力。畴壁位移过程存在两种模型：（2）含杂模型含杂模型主要考虑磁体内杂质引起其内部能量的起伏变化，形成对畴壁位移的阻力。杂质对畴壁位移有两个作用：a.杂质的穿孔作用；b.退磁场作用（2）含杂模型3.3.5不可逆畴壁位移磁化过程铁磁体内存在应力和杂质以及晶界等结构的起伏变化分布，是产生不可逆畴壁位移的根本原因。3.3.5不可逆畴壁位移磁化过程铁磁体内存在应力和杂质以dd磁场继续增大时，畴壁可能有多次跳跃式的位移，即巴克豪生跳跃；巴克豪生跳跃磁场继续增大时，畴壁可能有多次跳跃式的位移，即巴克豪生第3章技术磁化2讲解课件3.3.4可逆磁场转动磁化过程无外磁场时的自由能曲线外加磁场后重新取向的自由能曲线3.3.4可逆磁场转动磁化过程无外磁场时的自由能曲线外加第3章技术磁化2讲解课件以单轴各向异性单畴颗粒为例：导致不可逆畴转的原因是铁磁体内存在着广义的各向异性能的起伏变化。3.3.6不可逆畴转磁化过程以单轴各向异性单畴颗粒为例：导致不可逆畴转的原因是铁磁体内存见P102见P1023.3.7静磁参数分析起始磁化率影响因素材料的饱和磁化强度 起始磁化率µi与MS2成正比磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λS 通常K1和λS越小越好内应力和掺杂及其分布；

内应力和掺杂越小越好控制晶粒尺寸的大小； 晶粒尺寸越大越好材料的织构化3.3.7静磁参数分析起始磁化率影响因素材料的饱和磁剩余磁化强度影响因素

应力作用

杂质和气孔的分布

材料的织构产生退磁场，提供反磁化核，降低剩磁影响MS取向关键在于提高材料的定向度提高剩磁的方法：剩余磁化强度影响因素应力作用杂质和气孔的分布矫顽力的影响因素畴壁位移的阻力畴转过程的阻力应力模型：含杂模型：对反磁化核生长的阻滞：磁畴各向异性：应力各向异性：形状各向异性：矫顽力的影响因素畴壁位移的阻力畴转过程的阻力应力模型：磁畴各最大磁能积（BH）maxH=0时，BH=0；B=0时，BH=0所以在这两个状态之间BH必然存在最大值根据可以（BH）max确定永磁体的最佳形状。BBBHH(BH)max最大磁能积（BH）maxH=0时，BH=0；B=0时，BH=矩形比矩形比R是表征磁滞回线矩形程度，定义为：矩形比最高可达到1Br为剩磁，BS为饱和磁感强度实际中，磁化很难达到饱和，所以用剩磁比Rr和记忆矩形比RS代替最大磁感强度最大磁场强度的负半值开关元件参数，要求Rr≥0.9记忆元件参数，要求为0.8~0.9矩形比矩形比R是表征磁滞回线矩形程度，定义为：矩形比最高可达3.4动态磁化本节将要讲述的主要内容：

动态磁化过程；

动态磁性参数；

磁损耗；3.4动态磁化本节将要讲述的主要内容：动态磁化过程；3.4.1动态磁化过程稳定磁化状态新的磁化状态改变磁场不考虑建立新的平衡状态的时间问题静态磁化考虑磁化的时间问题动态磁化磁滞损耗磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗3.4.1动态磁化过程稳定磁化状态新的磁化状态改不考虑建立新动态磁滞回线和动态磁化曲线动态磁滞回线和动态磁化曲线abcBmHmHCHSBSBrBH磁化曲线动态磁滞回线饱和磁滞回线频率不变，改变场强，即得到一系列动态磁滞曲线。动态磁滞回线的顶点（Hm，Bm）的连线为动态磁化曲线。动态磁滞回线和动态磁化曲线动态磁滞回线和动态磁化曲线abcB动态磁滞回线形状钼-坡莫合金的磁滞回线01232465kHz25kHz100kHzH交变磁场强度减小或频率增加时，动态磁滞回线逐渐趋近于椭圆。因此弱场高频情况下，可采用椭圆近似表示铁磁材料的动态磁滞回线。动态磁滞回线形状钼-坡莫合金的磁滞回线01232465kHzB-t、H-t曲线BBHHtt000BmHmT/4T/23T/4TT/4T/23T/4Tδ/ω椭圆动态磁滞回线和铁磁体中相应B-t、H-t曲线若H呈正弦周期变化，则B也呈正弦变化，但在时间上,B要落后H相位角它们的数学表达式为：B-t、H-t曲线BBHHtt000BmHmT/4T/23T相位角的起因磁化落后磁场变化的现象，磁化的时间效应。磁滞现象；涡流效应；磁导率的频散和吸收现象；磁后效相位角的起因磁化落后磁场变化的现象，磁化的时间效应。磁滞现3.4.2动态磁性参数复数磁导率；截止频率fr；品质因数Q；损耗因子tg；乘积3.4.2动态磁性参数复数磁导率；复数磁导率H用复数表示为：B用复数表示为：复数磁导率则为：实部，它代表单位体积材料中的磁能存储虚部，它代表单位体积材料在交变磁场中每磁化一周的磁能损耗

复数磁导率H用复数表示为：B用复数表示为：复数磁导率复数磁导率的矢量图解复数磁导率的矢量图解+i–i0复数磁导率的矢量图解复数磁导率的矢量图解+i–i0交流电桥法测量复数磁导率环状样品的等效模拟电路RL环状铁磁样品等效电路根据欧姆定律求出：其中，为环形线圈常数交流电桥法测量复数磁导率环状样品的等效模拟电路RL环状铁磁样截止频率frffr00.51磁谱曲线和截止频率fr磁谱曲线上，下降到初始值的一半或达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率fr。

磁谱是复数磁导率的实部和虚部随频率变化的关系曲线。材料的工作频率f应小于截止频率fr，否则器件将不能正常工作一般而言，材料的μi越低，其fr越高。因此，要提高材料的高频应用范围，降低材料的起始磁导率是一个有效手段。截止频率frffr00.51磁谱曲线和截止频率fr磁谱曲线上品质因数Q前图所示的等效电路中，电阻R产生损耗，电感L存储能量单位时间在电感中损耗的能量为：单位时间在电阻中能量的贮存为：Q定义为材料在交变磁化时，能量的贮存和能量的损耗之比：

又：得出：品质因数Q前图所示的等效电路中，电阻R产生损耗，电感L存储能损耗因子tg称为材料的损耗因子，有：

其物理意义为：铁磁材料在交变磁化过程中能量的损耗与贮存之比

比较Q的定义，发现：损耗因子tg称为材料的损耗因子，有：其物理意义为：铁磁材乘积对于软磁材料，我们希望材料的Q值越高越好，值越大越好，因此常用