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磁性材料测量(6)——铁磁材料的磁化过程 -龙8官网app下载地址

the author:  page views:870  release time:2015-06-24


1. 磁畴结构

        铁磁材料在微观领域可自发磁化形成微小的磁偶极子此外一个典型多晶材料是由许多晶体构成的每个微晶有一个特有易磁化方向这些晶体排列是随机的因此材料由大量随机排列的磁极构成但是即使在技术上让所有微晶在一个方向上排列也可以说保证良好的纹理),整个磁体由于畴机构的存在也可以进行退磁

        局部磁化状态取决于许多因素如晶粒结构晶粒尺寸存在的杂质和局部应力而更重要的是局部磁能量的平衡局部磁能量可以包含多个部分例如:

1静磁能退磁磁场的相应能量

2磁晶能各向异性晶体相应能量

3交换能相邻磁偶极矩间相互交换的能量

4磁致弹性能磁致伸缩效应的能量

5畴壁能相邻电子自旋交互存在的能量

        磁性材料自发产生磁化方向相同的小区域——确保自由能最小的磁域 给出了形成畴结构的过程——每个后续区域呈现低能量状态最后一个最低静磁能小区域实际上没有磁通泄漏磁化强度平均值为零所有的磁场能量都包含在材料中真正的磁性材料由于晶粒边界杂质机械缺陷等影响磁畴结构非常复杂

c6 1

  畴壁dw隔开磁化方向相反的任何畴 1.2)。这样的畴壁相对较薄小于 10 μm),而且在这样小的体积内基本磁偶极子反向排列磁畴和畴壁的存在对磁滞回线和磁化曲线表示的磁化过程有显著的影响

c6 2

2. 磁化曲线

 磁化曲线代表极化强度 j或磁感应强度 b和磁场强度 之间的关系它包含给定磁性材料的基本信息通常可在材料目录中查出

  2.1 给出一个典型的磁化曲线磁化过程可分成几个部分从材料完全退磁状态开始当有外加的小磁场作用时磁畴自发从最接近外磁场方向开始磁化逐渐消耗在其他畴区域对于一个小磁场这个过程是可逆的如果移去磁场材料将回到初始状态而没有磁滞

        下一部分磁化曲线以最大磁导率为特征在本部分中畴壁运动是不可逆的如果我们移去磁场由于畴壁的新位置材料仍然被部分磁化即出现磁滞效应

c6 3

个别畴壁的运动位移是可检测的从一个固定位置到另一外置畴壁的位移是不连续的这种不规则的磁化可由缠绕在磁化材料上线圈的脉冲电压产生这种现象叫做巴克豪森效应”。注意与畴壁运动有关的不连续变化量在图 2.1 中这部分曲线放大后是不光滑的巴克豪森噪声很大程度取决于微观结构和机械压力因此它通常用于材料评价和无损检测

当进一步增加磁场高于拐点),畴壁运动过程消失了而且磁畴排列旋转到与磁化方向一致——沿着磁场的方向强制磁化随着磁场强度的增大极化值达到饱和极化强度 js 附近然后随磁场变化就很小了

原始磁化曲线可以通过测量由直流磁场变化引起的磁感应强度变化获得退磁后的开始状态)。实际上更常见更简单的是使样品在交变磁场磁化磁化曲线是磁滞回线端点的连线见下一节)。通过交流励磁确定的磁化曲线磁场强度和磁感应强度都可以是非正弦的因此关系式 b = f (h) 通常决定于 b的有效值或者其平均值)。

 

3. 磁滞回线

磁滞是所有铁磁材料的一个实际特征——通常是象征磁性的一个代名词典型的磁滞回线如图 3.1 所示

从退磁状态开始第一个路径是类似于原始磁化曲线01之间的一部分但是如果开始减小磁场强度则会沿路径1-2返回这是由于畴壁位置不可逆转引起磁化曲线的上升因此回到磁场强度为零的位置2材料依然被磁化且该磁化成为剩磁感应强度br简称剩磁)。

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 继续施加相反方向的磁场再次获得零值至位置 3这个磁测被称为矫顽磁场矫顽力hc矫顽力是软磁材料磁化时一个非常重要的参数因为磁损耗取决于磁滞回线很明显矫顽力越小的功率损耗越小 3.1 收集了一些典型软磁材料磁滞回线的参数

 3.1 各种软磁材料磁滞回线的主要参数

材料

hc / (a/m)

bs / t

70

2.16

纯度99.9的铁

0.8

2.16

硅钢无取向

40

1.95

硅钢有取向

12

2.01

硅钢立方结构

6

2.01

镍铁导磁合金 78ni-22fe

4

1.05

镍铁钼超导磁合金 79ni-16fe-5mo

0.15

0.79

波门杜尔铁钴合金 50fe-50co

160

2.46

非晶态合金 fe40-ni38-mo4-b18

8

0.88

非晶态合金 co66-fe4-b14-si15-ni1

0.24

0.55

纳米晶毫微坡莫合金材料 fe86-zr7-cu1-b6

3

1.52

其他磁滞参数来自硬磁材料永磁)。在这种情况下剩磁感应强度和矫顽力应尽可能高因为参数bhmax 代表存储磁性的能量同样代表与其他永磁的吸引力), 3.2 收集了各种典型永磁材料磁滞回线的参数

 3.2 各种典型永磁材料磁滞回线的参数

材料

hc / (a/m)

br / t

(bh)max / (kj/m3)

铁盐酸 bafe12o19

144

0.35

26

铝镍钴合金 fe-co-ni-al

52

1.30

44

smco5

690

0.92

200

sm (co-fe-cu-zr)

560

1.12

240

nd-fe-b

780

1.35

320

到达磁滞回线的第 点后可以在负方向上继续增加磁场直到反向端点——接近负饱和度 bs )。接下来如果我们继续研究磁场和磁感应强度从正值和负值的变化将回不到起始点 0但可在点 接近闭合环路如果用交变正弦磁场来磁化材料也会形成闭环的环路交变磁场每个周期将对应于围绕环路的一个完整过程)。磁滞回线的不同由于磁化过程中峰值的不同——通过改变这个峰值即可以获得一簇磁滞回线通过连接这些回线的端点曲线很接近延伸的原始磁化曲线

如果在磁滞回线任意点的磁化场方向逆转回线不遵循相同的轮廓线但形成了一个子磁滞回线的支线对于软磁材料磁滞回线 b(h)  j(h) 几乎是相同的而硬磁材料由于更高的磁场强度值两者会出现显著的差异


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