GBT 43870.2-2024 磁性材料居里温度的测量方法 第2部分：软磁材料标准立项发展报告

磁性材料居里温度的测量方法第2部分：软磁材料标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasuringMethodsofCurieTemperatureofMagneticMaterials—Part2:SoftMagneticMaterials摘要关键词：磁性材料；居里温度；软磁材料；测量方法；国家标准；标准化Keywords:Magneticmaterials;Curietemperature;Softmagneticmaterials;Measuringmethods;Nationalstandard;Standardization1引言1.1研究背景居里温度（CurieTemperature,\(T_C\)）是磁性材料最基本的本征物理参数之一，指材料从铁磁性（或亚铁磁性）状态转变为顺磁性状态的临界温度。当温度超过居里温度时，材料将失去自发磁化能力，导致磁导率急剧下降、磁滞损耗消失等宏观性能突变。因此，居里温度直接决定了磁性材料的最高工作温度和应用边界条件。软磁材料作为磁性材料的重要分支，具有高磁导率、低矫顽力、低损耗等特性，广泛用于电机铁芯、变压器、电感器、传感器以及电磁屏蔽等场景。近年来，随着新能源汽车驱动电机向高功率密度方向发展、5G基站电源模块向高频化小型化方向演进，以及光伏逆变器和储能变流器的快速普及，对软磁材料在高温环境下的磁性能稳定性提出了极为严苛的要求。在此背景下，居里温度的准确测量已成为材料研发、生产质量控制及应用选型中的关键环节。1.2国内外标准现状在国际层面，国际电工委员会（IEC）已发布IEC60404-7:2019《磁性材料第7部分：开磁路磁偶极矩测量方法》，其中涉及居里温度测量的相关内容，但该方法主要针对取向硅钢等特定材料类别，对于种类繁多、性能各异的软磁材料（如锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、金属粉末磁芯、非晶纳米晶合金等）缺乏系统性和针对性。日本工业标准JISC2562中虽有关于铁氧体居里温度的测试方法，但该标准已多年未更新，难以覆盖新材料体系的需求。在国内，长期以来缺乏一项专门针对软磁材料居里温度测量的国家标准。各企业和科研机构多参考通用的热分析标准（如GB/T19466.1差示扫描量热法）或自行制定企业规范，导致测量原理不一致、测试条件差异大、数据可比性差等问题突出。例如，采用差示扫描量热法（DSC）与采用磁导率-温度曲线法测得的居里温度结果可能存在5~15℃的差异，已成为行业内的显著痛点。1.3标准编制目的针对上述问题，全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会（SAC/TC89）组织相关单位提出制定《磁性材料居里温度的测量方法第2部分：软磁材料》国家标准的立项申请。该标准旨在建立统一的软磁材料居里温度测量方法体系，明确测量原理和操作流程，解决行业内测试结果一致性差的问题，为材料研发、质量控制和国际贸易提供技术依据。2标准编制过程与工作原则2.1编制过程概况本标准编制工作遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求，标准制定过程分为预研、立项、起草、征求意见、审查、报批等若干阶段。编制组在前期广泛调研了国内外相关标准和文献，收集了不同类别软磁材料的居里温度实测数据，为技术指标的确定提供了充分的数据支撑。在征求意见阶段，标准草案面向全行业公开征求意见，共收到来自高校、科研院所、生产企业、检测机构等多方反馈意见。编制组对所有意见进行了逐条处理和分析，对测量条件设定、数据处理方法、报告格式等内容进行了有益补充和修改完善，保证了标准的技术合理性和可操作性。2.2编制工作原则标准编制过程中遵循了以下原则：（1）科学性原则。以磁学理论和热力学基本规律为技术基础，确保测量方法原理的科学严谨性。居里温度的物理定义与测量方法之间的对应关系经过多方论证，确保测量结果能真实反映材料的本征特性。（2）可操作性原则。充分考虑不同规模企业和检测实验室的设备条件和技术能力差异，避免对仪器设备提出过度苛刻的要求，使标准具有广泛的适用性和推广价值。（3）协调一致性原则。在技术指标的确定上，参考了IEC60404-7等国际先进标准的技术思路，同时兼顾国内材料和设备的具体情况，确保标准的国际协调性，为后续国际贸易中的检测互认奠定基础。（4）先进性原则。将近年来国内在磁性测量领域的新技术和新方法纳入标准考量范围，为行业的技术进步预留接口，避免标准发布即落后的局面。3标准主要技术内容3.1适用范围本标准规定了软磁材料居里温度的测量方法，适用于锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等软磁铁氧体材料，以及金属软磁材料、非晶纳米晶软磁合金、金属粉末磁芯等软磁材料的居里温度测量。标准明确了适用的温度测量范围，通常在室温至材料居里温度以上适当区间内进行测试。3.2测量原理本标准提出了两种可选的测量原理方法，分别为磁导率-温度法和差示扫描量热法。磁导率-温度法的基本原理是：在弱交变磁场作用下，软磁材料的初始磁导率（\(\mu_i\)）随温度升高而增大，在接近居里温度时出现急剧变化（霍普金森效应），并在超过居里温度后迅速降为接近真空磁导率（\(\mu_0\)）的水平。通过对磁导率-温度曲线的特征拐点进行分析，即可确定居里温度。对于多数软磁材料而言，磁导率变化最为剧烈的温度点被定义为居里温度。在实际操作中，通常采用将\(\mu_i-T\)曲线的急剧下降段外推与高温端平坦段基线相交的方法来确定\(T_C\)值。差示扫描量热法（DSC）的基本原理是：材料在发生铁磁-顺磁转变时伴随有比热容的异常变化或磁性贡献的比热峰，虽非一级相变，但在DSC曲线上仍会出现可辨识的热效应特征信号，利用该特征信号确定居里温度。为保证测量结果的科学性和可比性，标准将磁导率-温度法作为规范性方法予以推荐，将DSC法作为可选的替代方法。当两种方法测量结果出现分歧时，应以磁导率-温度法的测量结果为准。3.3测量设备与试样要求标准对测量装置的结构、性能指标和校准要求做出了明确规定。对于磁导率-温度法，标准要求测量装置应能提供频率和幅值稳定的交变激励磁场，磁场频率可调或选定固定频率；应具备可控升温的加热系统和精确的温度测量与记录装置；温度测量精度要求在±1℃以内。被测样品通常制成环形（或条形）磁芯，其上绕制激励线圈和感应线圈（或采用单线圈方式），或者直接使用商品化的软磁磁芯作为试样。标准对试样的几何尺寸、绕线匝数、激励磁场强度等参数的选取原则进行了规定，以确保测量状态尽可能接近材料的初始磁导率状态。对于DSC法，标准要求使用具有足够灵敏度和温度精度的差示扫描量热仪，对试样形态（粉末或小块体）、升温速率、气氛条件等做了规定，升温速率通常选用5~20℃/min范围。3.4测量步骤标准规定的测量流程主要包括以下几个关键步骤：（1）试样准备与预处理：按照标准要求制备合格试样，必要时进行退火处理以消除内应力；记录试样的尺寸、密度等基本信息。（2）仪器准备与校准：按仪器操作规范预热稳定，使用标准物质对温控系统进行校准。（3）装样与连接：将试样装入测量装置，连接好测量线路，确保接触良好，并将初始温度设置在远离居里温度的低温端。（4）升温与数据采集：以规定的升温速率（通常为2~5℃/min）进行升温，同步连续记录磁导率（或热流）信号与温度数据。（5）数据处理与结果确定：按照标准规定的作图方法或数值分析方法确定居里温度值。（6）报告编制：按照标准附录中给出的报告格式编制测量报告。3.5数据处理与结果表示标准对居里温度的确定方法给出了明确定义：以磁导率-温度曲线下降段最大斜率点处切线与高温端基线延长线的交点所对应的温度作为居里温度。该方法在不同材料体系中的适用性和重复性已经过实验验证。结果表示方面，标准要求居里温度以摄氏度（℃）表示，同时标注测量条件；对于重要应用场景，可同时给出热力学温度（K）。标准还规定了实验室内重复性和实验室间再现性的要求，对合理的结果偏差范围给出了参考界限，并给出了测量不确定度的评定指引。4标准创新点与预期效益4.1主要创新点本标准的主要技术亮点体现为以下三个方面：（1）建立统一的居里温度定义和判定准则。此前业内对居里温度的取值方法存在差异，有的取磁导率下降段的拐点温度，有的取磁导率降至某一特定比例的温度。本标准通过大量实验数据比对和理论分析，确定了将最大斜率点切线与高温基线的交点作为居里温度判据，方法清晰明了，有利于不同实验室间取得一致的结果。（2）实现多种软磁材料体系测量方法的整合。标准在制定过程中充分考虑了软磁铁氧体、金属软磁粉芯、非晶纳米晶合金等不同材料体系在电导率、频响特性、热稳定性等方面的差异，有针对性地规定了不同的测试条件和参数设置要求，在一项标准框架下实现了多类材料测量需求的统一覆盖。（3）兼顾先进性与实用性的平衡。标准编写过程中，编制组依托国家重点研发计划项目的最新研究成果，获得了大量高精度比对测量数据。在此基础上确立的测量方法和指标既反映了当前测量技术水平，又不过度超前于行业主流设备能力，做到了可落地、可执行、可推广。4.2预期实施效益该标准的实施预计将带来以下三个层面的积极影响。在产业层面，统一测量方法将直接解决上下游企业间因测量手段不同而产生的质量争议，有利于建立更为顺畅的供应链质量衔接机制，提升产业链整体效率。在技术层面，准确可比的居里温度数据将为新材料研发提供可靠的性能评价依据，加速高性能软磁材料的国产化替代进程，特别是在新能源汽车驱动电机和光伏逆变器等关键应用领域具有重要价值。在国际贸易层面，该标准的发布也为后续主导制定相应国际标准积累了技术基础，有助于增强我国在磁性材料国际标准化领域的话语权。5主要起草单位介绍5.1中国计量科学研究院本标准的主要起草单位之一——中国计量科学研究院（NationalInstituteofMetrology,NIM），是隶属于国家市场监督管理总局的国家级计量科学研究和溯源机构，也是国家磁性材料计量检测领域的权威技术机构。中国计量科学研究院成立于1955年，经过近七十年的发展，已形成涵盖长度、热工、力学、电磁、光学、声学、电离辐射、化学等十大计量领域的学科布局，是国家计量基准体系的建立和维护主体。在磁性材料计量领域，中国计量科学研究院建有国家磁性材料计量标准装置，承担着全国磁性材料量值溯源与传递的核心职能。在科研能力方面，中国计量科学研究院电磁计量科学研究所拥有一支以博士和高级职称为主体的高水平研究团队，长期从事磁性材料磁特性精密测量方法研究、磁测量仪器计量校准技术研究以及相关计量基标准装置的研制工作。近年来，该团队先后承担了多项国家重点研发计划项目和国家科技支撑计划课题，研究内容涵盖软磁材料交直流磁性能测量、高频磁损耗精确表征、磁性纳米材料磁性能评价等前沿方向。特别是在居里温度精密测量领域，研究团队建立了基于精密磁导率谱测量的居里温度高精度测量装置，测量不确定度水平达到国际先进水平。在国际合作方面，中国计量科学研究院代表中国参与国际计量局（BIPM）框架下的物质量咨询委员会（CCQM）相关比对工作，并与国际电工委员会IEC/TC68（磁合金和磁钢）以及TC51（磁性元件）技术归口工作保持密切协作关系。作为多家标准化技术委员会的委员单位，中国计量科学研究院在磁性材料领域国家标准的制修订中发挥着重要的技术支撑作用，先后参与起草了GB/T3656、GB/T9637等多部磁性材料基础标准与方法标准。在本标准的编制过程中，中国计量科学研究院主要负责测量原理的论证、测量装置的搭建与验证、以及方法重复性和再现性的实验考核等工作，为标准核心框架的形成提供了关键数据支撑。该院在研究中积累了大量不同种类软磁材料的居里温度实测数据，为标准的技术指标设定和测量条件优化提供了扎实的科学依据。同时，依托其完善的量值溯源体系，该院也为标准实施推广提供了系统的计量校准技术服务保障，确保标准在实际应用中能够发挥应有的规范效应。除中国计量科学研究院外，本标准编制还积极吸纳了行业内多家骨干企业和科研院所参与起草，充分体现了产、学、研、用各方资源协同的标准制定模式。6结论与展望GB/T43870.2-2024《磁性材料居里温度的测量方法第2部分：软磁材料》作为我国首项专门针对软磁材料居里温度测量的国家标准，填补了该细分领域标准化工作的空白。该标准的制定建立在充分的理论分析和可靠的实验数据基础上，核心测量方法学与国际主流技术相衔接，同时充分兼顾了国内行业技术装备与操作实践的现实水平。该标准的发布将进一步统一软磁材料居里温度测量规则，为提升我国软磁材料产品质量的一致性和国际市场竞争力发挥重要的基础性支撑作用。参考文献[1]GB/T43870.2-2024，磁性材料居里温度的测量方法第2部分：软磁材料[S].北京：中国标准出版社，2024.[2]GB/T1.1-2020，标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则[S].北京：中国标准出版社，2020.[3]IEC60404-7:2019,Magneticmaterials—Part7:Methodofmeasurementofthemagneticdipolemomentofmagneticmaterialsinanopenmagneticcircuit[S].Geneva:IEC