什么是磁性材料?

[拼音]：cixing cailiao

[外文]：magnetic material

具有铁磁性能的材料。电工技术中常用的磁性材料可分为高磁导率、低矫顽力、低剩磁的软磁材料和高矫顽力、高剩磁的永磁材料两大类。永磁材料又称硬磁材料。

磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，其他均为弱磁性物质。磁性材料有各向同性和各向异性之分。各向异性材料的磁性能依方向不同而异。因此，在使用各向异性材料时，必须注意其磁性能的方向。电工领域中常用的磁性材料都属于强磁性物质。反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。

反映磁性材料磁化特性的曲线。可以用于确定磁性材料的一些基本特性参量如磁导率μ、饱和磁通密度Bs、剩余磁场强度即矫顽力Hc、剩余磁通密度即剩磁Br，以及磁滞损耗P等。 基本磁化曲线是铁磁物质以磁中性状态为出发点，在反复磁化过程中B 随H 变化规律的曲线，简称磁化曲线（图1）。它是确定软磁材料工作点的依据。B 和H 的关系如下：

B＝μ0（H＋M ）

式中μ0为真空磁导率(又称磁常数)，在国际单位制(SI)中，其值为μ0=4π×10-7亨／米；H为磁场强度，单位为安／米(A/m);M 为磁化强度，单位为安／米(A/m)。图中磁化到饱和时的B值称为饱和磁通密度Bs，相应的磁场强度为 Hs。通常，要求磁性材料有高的Bs值。

磁化曲线上任一点的B 与H 之比就是磁导率μ，即对于各向同性的导磁物质μ＝B/H， 常用的是相对磁导率μr=μ/μ0，它是无量纲的纯数，用以表示物质的磁化能力。因此，按μr的大小，把各类物质划分为：μr<1的抗磁性物质，μr>1的顺磁性物质，μr»1的强磁性物质。根据B-H 曲线可以描绘出μ-H 曲线，图中μm和μi分别称为最大磁导率和初始磁导率。μi是在低磁场下使用软磁材料的一个重要参量。

图2表示外磁场H 变化一周时B 随H变化而形成的闭合曲线。

由于B 的变化滞后于H，这个现象称为磁滞。闭合曲线称为磁滞回线。图中可见，当Hs降为零时，B 并不回到零，而仅到b点，此值(Br)称为剩余磁通密度，简称剩磁。若要使Br降到零，需加一反磁场，这个反磁场强度的绝对值称为磁感应矫顽力，简称矫顽力Hc。Br与Bs之比称为剩磁比或称开关矩形比(Br/Bs)，它表征矩磁材料磁滞回线接近矩形的程度。磁滞回线的形状和面积直接表征磁性材料的主要磁特性。

软磁材料的磁滞回线窄，故矫顽力低，磁滞损耗也低(图3a)，

常用于电机、变压器、继电器的铁心磁路。若磁滞回线窄而接近于矩形(称为矩磁材料)(图3c)，则这种软磁材料不仅矫顽力低而且Br/Bs值也高，适宜作记忆元件和开关元件。永磁材料其磁滞回线面积宽大（图3b），Br和Hc都大，经饱和磁化后，储存的磁场能量大。常用作发电机、电动机的永磁磁极和测量仪表、扬声器中的永磁体等。

单位重量的磁性材料在交变磁场中磁化，从变化磁场中吸收并以热的形式耗散的功率称为磁损耗或铁损耗P。 它主要由磁滞损耗和涡流损耗引起。其中由磁滞现象引起的能量损耗称为磁滞损耗，它与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞损耗功率Ph可由下式计算

Ph=кhƒB囓V式中ƒ为频率(Hz)；Bm为最大磁通密度(T)；指数 n为经验参数，和Bm大小有关；V为磁性材料的体积；кh为与铁磁物质性质有关的系数。在交变磁场中导电物质（包括铁磁物质）将感应出涡流，由涡流产生的电阻损耗称为涡流损耗。涡流损耗的功率Pe可由下式计算

Pe=кeƒ2B娽V

式中кe为与材料的电阻率、截面大小、形状有关的系数。Ph和Pe是衡量电工设备、仪表产品质量好坏的重要参数。

参考文章

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