硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

磁性材料

一. 磁性材料的基本特性

1. 磁性材料的磁化曲线

磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。

2. 软磁材料的常用磁性能参数

饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。

剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。

矩形比：br∕bs

矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。

磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。

初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。

居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。

损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低，

磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：

总功率耗散（mw）/表面积（cm2）

3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换

在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。

二、软磁材料的发展及种类

1. 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。

2. 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（high flux）、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、粉粒的大小和外形、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。

铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化

铁粉芯初始磁导率随频率的变化

(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（high flux）。

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（kool mμ cores）

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。磁芯外形种类丰富，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。国内外铁氧体的生产厂家很多，在此仅以美国的magnetics公司生产的mn-zn铁氧体为例介绍其应用状况。分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及emi材料、功率型材料。

电信用铁氧体的磁导率从750～2300, 具有低损耗因子、高品质因素q、稳定的磁导率随温度/时间关系, 是磁导率在工作中下降最慢的一种，约每10年下降3%～4%。广泛应用于高q滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器。宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体，磁导率分别有5000、10000、15000。其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗/频率特性。广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和emi上多用。功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度，为4000～5000gs。另外具有低损耗/频率关系和低损耗/温度关系。也就是说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。

(二) 带绕铁芯

1. 硅钢片铁芯

硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000gs；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料。也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。非凡是在低频、大功率下最为适用。常用的有冷轧硅钢薄板dg3、冷轧无取向电工钢带dw、冷轧取向电工钢带dq，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400hz。从应用角度看，对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35毫米；在400hz下使用时，常选0.1毫米厚度为宜。厚度越薄，价格越高。

2. 坡莫合金

坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在30~90%范围内。是应用非常广泛的软磁合金。通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过105的初始磁导率、超过106的最大磁导率、低到2‰奥斯特的矫顽力、接近1或接近0的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄带及各种使用形态。常用的合金有1j50、1j79、1j85等。1j50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3倍。做成较高频率(400~8000hz)的变压器，空载电流小，适合制作100w以下小型较高频率变压器。1j79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。1j85 的初始磁导率可达十万105以上，适合于作弱信号

的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等。

3. 非晶及纳米晶软磁合金（amorphous and nanocrystalline alloys）

硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利。从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。目前美、日、德国已具有完善的生产规模，并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作，经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成，共取得科研成果134项，国家发明奖2项，获专利16项，已有近百个合金品种。钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线。生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件，年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线，进入国际先进水平行列。

目前，非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为：

初始磁导率μo = 14 × 104

钴基非晶最大磁导率μm= 220 × 104

钴基非晶矫顽力hc = 0.001 oe

钴基非晶矩形比br/bs = 0.995

钴基非晶饱和磁化强度4πms = 18300gs

铁基非晶电阻率ρ= 270μΩ/cm

常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1j79 及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点，在不同的方面得到应用。

牌号基本成分和特征：

1k101 fe-si-b 系快淬软磁铁基合金

1k102 fe-si-b-c 系快淬软磁铁基合金

1k103 fe-si-b-ni 系快淬软磁铁基合金

1k104 fe-si-b-ni mo 系快淬软磁铁基合金

1k105 fe-si-b-cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金

1k106 高频低损耗fe-si-b 系快淬软磁铁基合金

1k107 高频低损耗fe-nb-cu-si-b 系快淬软磁铁基纳米晶合金

1k201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金

1k202 高剩磁比快淬软磁钴基合金

1k203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金

1k204 高频低损耗快淬软磁钴基合金

1k205 高起始磁导率快淬软磁钴基合金

1k206 淬态高磁导率软磁钴基合金

1k501 fe-ni-p-b 系快淬软磁铁镍基合金

1k502 fe-ni-v-si-b 系快淬软磁铁镍基合金

400hz: 硅钢铁芯非晶铁芯

功率(w) 45 45

铁芯损耗(w) 2.4 1.3

激磁功率(va) 6.1 1.3

总重量(g) 295 276

（1）铁基非晶合金(fe-based amorphous alloys)

铁基非晶合金是由80%fe及20%si,b类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54t），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较

磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，非凡是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm 左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10khz 以下频率使

2）铁镍基、钴基非晶合金(fe-ni based-amorphous alloy)

铁镍基非晶合金是由40%ni、40%fe及20%类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔0.8t〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1j79便宜30－50％。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1j79，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是国内开发最早，也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种，年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（1k503）获得国家发明专利和美国专利权。

(4) 铁基纳米晶合金（nanocrystalline alloy）

铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的nb、cu、si、b元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20 nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2t)、高初始磁导率(8×104)、低hc(0.32a/m), 高磁感下的高频损耗低（p0.5t／20khz＝30w/kg），电阻率为80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高, 经纵向或横向磁场处理，可得到高br(0.9)或低br 值(1000gs)。是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围：50hz-100khz，最佳频率范围：20khz-50khz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯。

（三）常用软磁磁芯的特点比较

1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较：

mpp 磁芯：使用安匝数< 200，50hz~1khz，μe ：125 ~ 500 ；1 ~ 10khz；μe ：125 ~ 200；> 100khz：μe：10 ~ 125

hf 磁芯：使用安匝数< 500，能使用在较大的电源上，在较大的磁场下不易被饱和，能保证电感的最小直流漂移，μe ：20 ~ 125

铁粉芯：使用安匝数>800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在200khz以内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于10khz以下使用。

fesialf磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于8khz。dc偏压能力介于mpp与hf之间。

铁氧体：饱和磁密低(5000gs)，dc偏压能力最小

3. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较：

硅钢和fesial 材料具有高的饱和磁感应值bs，但其有效磁导率值低，非凡是在高频范围内；坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但bs 不够高，频率大于20khz 时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂；

钴基非晶合金具有高的磁导率、低hc、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感，但是bs 值低，价格昂贵；

铁基非晶合金具有高bs值、价格不高，但有效磁导率值较低。

纳米晶合金的磁导率、hc值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感bs与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金的bs值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比，在低于50khz时，在具有更低损耗的基础上具有高2至3倍的工作磁感，磁芯体积可小一倍以上。

四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计

开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。（一）、高频功率变压器

变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下：

p=kfnbsi×10-6t=hcpc＋hwpw

其中，p为电功率；k为与波形有关的系数；f为频率；n为匝数；s为铁芯面积；b为工作磁感；i为电流；t为温升；pc为铁损；pw为铜损；hc和hw为由实验确定的系数。

由以上公式可以看出：高的工作磁感b可以得到大的输出功率或减少体积重量。但b值的增加受到材料的bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的b＝bm－br，即磁感bm和剩磁br之差要大；同时要求高的脉冲磁导率。非凡是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。

线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感bm值或电感量l，另一个是工作磁场hm或工作电流i，储能w＝1/2li2。这就要求材料有足够高的bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在±bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，非凡是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。

通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不轻易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2－3倍，加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，非凡适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率20－50khz、功率50kw以下，是变压器最佳磁芯材料。

近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率的特点，因此要求变压器铁芯材料具有低的高频损耗、高的饱和磁感bs和低的br以获得大的工作磁感b，使焊机体积和重量减小。常用的用于高频弧焊电源的铁芯材料为铁氧体，虽然由于其电阻率高而具有低的高频损耗，但其温度稳定性较差，工作磁感较低，变压器体积和重量较大，已不能满足新型弧焊机的要求。采用纳米晶环形铁芯后，由于其具有高的bs 值(bs＞1.2t)，高的Δb 值(Δb＞0.7t)，很高的脉冲磁导率和低的损耗，频率可达100khz. 可使铁芯的体积和重量大为减小。近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成的焊机，不仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高。这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中。可根据开关电源的频率选用磁芯材料。

环形纳米晶铁芯具有很多优点，但它也有绕线困难的不利因素。为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率 c 型非晶纳米晶铁芯。采用低应力粘结剂固化及新的切割工艺制成的非晶纳米晶合金c 型铁芯的性能明显优于硅钢c 型铁芯。目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等。逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有：120a、160a、200a、250a、315a、400a、500a、630a 系列。

（二）、脉冲变压器铁芯

脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为td (μs)、脉冲幅值电压

为um (v)的单极性脉冲电压加到匝数为n 的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量Δb (t)为：Δb = um td / nsc × 10-2 其中sc为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量Δb 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时，Δb=bm-br , 假如在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，Δb = bm + br 。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的Δb 与相应的Δhp 之比为脉冲磁导率μp。理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间tr 与脉冲变压器的漏电感ls、绕组和结构零件导致的分布电容cs 成比例，脉冲顶降λ 与励磁电感lm成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。

脉冲变压器的漏电感ls = 4βπn21 lm / h

脉冲变压器的初级励磁电感lm = 4μπp sc n2 / l ×10-9

涡流损耗pe = um d2td lf / 12 n21 scρ

β为与绕组结构型式有关的系数，lm为绕组线圈的平均匝长，h 为绕组线圈的宽度，n1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度，sc为铁芯的截面积，μp为铁芯的脉冲磁导率，ρ 为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度，f为脉冲重复频率。

从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量Δb 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量Δb，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量lm，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率μp。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。

脉冲变压器对铁芯材料的要求为：

①高饱和磁感应强度bs 值；

②高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感；

③大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量Δb,使用低剩磁感应材料；

当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力hc。

④小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高；

⑤损耗小。

铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低，在小功率脉冲变压器中应用较多，但其Δb 和μp 均较低，温度稳定性差，一般用于对顶降和后沿要求不高的场合。

(三). 电感器磁芯

铁芯电感器是一种基本元件，在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用, 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点：

①在一定温度下长期工作时，电感器的电感量随时间的变化率应保持最小；

②在给定工作温度变化范围内，电感量的温度系数应保持在容许限度之内；

③电感器的电损耗和磁损耗低；

④非线性歧变小；

⑤价格低，体积小。

电感元件与电感量l、品质因素q、铁芯重量w、绕线的直流电阻r 有着密切的关系。

电感l 抗拒交流电流的能力用感抗值zl来表示：zl ＝2πfl , 频率f 越高，感抗值zl 越大?/ca> 这也是我参考别人的

非晶纳米晶软磁材料都有哪些

如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，其排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。非晶纳米晶软磁材料都有哪些？您可以咨询安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 非晶软磁合金材料的种类： 1、铁基非晶合金铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4-1.7T ）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电 变压器可降低铁损60－70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下） ，

例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 2、铁镍基非晶合金铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。 3、钴基非晶合金钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡莫合金和铁氧体。 4、纳米(超微晶)软磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构，使得非晶合金具有一些独特的性质。

安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、空压机及气源设备、橡胶件（含特种橡胶件）、餐余垃圾处理设备、铸件、机械加工等产品的研制、生产、经营和服务。 自成立以来，公司上下高度重视技术创新和产品结构升级工作，建立了以市场为导向，努力满足用户需求的产品研发体系。公司坚持以跨越发展的思想为指导，秉承敬业、高效、求实、创新的优良传统，继续依托军工技术和“中”牌品质，为广大新老客户提供更优良的产品和服务。

纳米晶金属软磁合金新材料1软磁材料从纯铁硅钢到坡莫合金等已有

纳米晶金属软磁合金新材料1 坡莫合金等已有100多年的发展历史；近二十多年来先后发展起来的非晶态合金和纳米晶合金等新型软磁合金材料，发展为纳米晶态，从而把软磁合金新材料的研发与应用推向了一个新的高潮。 致力于研究同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗的软磁材料，谓之“二高一低”的“理想”软磁材料，但、小型、节能方向发展，既对软磁材料提出新的挑战，又给软磁材料提供了一个发展机遇。正是在这种大背景情况下Fe基纳米晶软磁合金新材料，并命名新合金牌号为Finemet。 结构新颖、不同于晶态和非晶态，而且具有综合的优异软磁特性、即具有较高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗等染等特点。因而可以讲，Finemet合金的出现是软磁材料的一个突破性进展，它解决了人们长期努力研究而未能解决细化到1—20纳米（nm）、而饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数又同时趋于零的途径；（2）改变了以往各类软能与成本相矛盾的状况；首次实现了人们长期渴望追求的“二高一低”“理想”软磁材料的愿望。 史，从来没有一种甚至一类软磁材料能全面地或基本上满足软磁材料的全部技术要求。而纳米晶软磁合金通过不同方求，并具有性能、工艺及成本等全方位的优势，因而它一问世，便获得了迅速发展与应用。日立金属公司公布Finem 达5000万日元，并计划Finemet材料的年产量达600吨以上，广泛用于电子工业大量需求的磁性元器件。德国真空熔炼itroperm纳米晶软磁合金牌号，据悉其年产量也在200吨级以上，广泛用作磁芯和磁性元器件。 代研发纳米晶软磁合金以来，发展很快，已在电力工业、电子工业、电力电子技术、计算机、通讯、仪器仪表及国防合金材料的年产量约为300吨；近几年市场需求增长很快，预计目前纳米晶软磁合金材料的年产量可达800吨左右，来，在如此短的时间内获得这样广泛的发展与应用是不多见的。而纳米晶软磁合金除了具有急冷工艺技术发展的深刻是它具有生命力的标志。纳米晶金属软磁合金材料作为功能材料，其产量或用量远不能与结构材料相比，但其发挥的产、应用纳米晶金属软磁合金材料，对发展我国高新技术产业、促进和提升传统产业、带动和支持相关产业的发展和 纳米晶金属软磁合金新材料2

非晶纳米晶软磁材料

非晶/纳米晶软磁材料 一．应用领域 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损 耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们 的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝 固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之 间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其 特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺 寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以 使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要 应用领域。 材料铁基非晶铁镍基非晶钴基非晶铁基纳米晶饱和磁感(T) 1.56 0.77 0.6-0.8 1.25 矫顽力(A/m) <4 <2 <2 <2 Br/Bs -- -- >0.96 0.94 最大磁导率45×104>200,000 >200,000 >200,000 铁损(W/kg) P50Hz,1.3T <0.2 P20KHz,0.5T<90 P20KHz,0.5T<30 P20KHz,0.5T<30 磁致伸缩系数27×10-615×10-6<1×10-6<2×10-6居礼温度(℃) 415 360 >300 560 电阻率(mW-cm) 130 130 130 80 应用领域 配电变压器 中频变压器 功率因子校正器 磁屏蔽 防盗标签 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 互感器

纳米晶软磁材料的应用

纳米晶软磁材料的应用 【摘要】本文首先回顾了纳米晶软磁材料的发展过程，介绍了纳米晶软磁材料的组织结构与磁特性，并介绍了纳米晶软磁合金的应用。 【关键词】纳米晶；软磁材料；铁芯；铁基合金 引言 八十年代以来，由于计算机网络和多媒体技术、高密度记录技术和高频微磁器件等的发展和需要，越来越要求所用各种元器件高质量、小型、轻量，这就要求制造这些器件所用的软磁合金等金属功能材料不断提高性能，向薄小且高稳定性发展[1]。正是根据这种需要，1988年日本的Yoshizawa等人首先发现，在Fe—Si—B非晶合金的基体中加人少量Cu和M（M=Nb，Fa，Mo，W等），经适当的温度晶化退火以后，可获得一种性能优异的具有b.c.c结构的超细晶粒（D 约10nm）软磁合金[2]。这时材料磁性能不仅不恶化，反而非常优良，这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe73.5CuNb3Si13.5B9，牌号为Finemet。其后，Suzuki等人又开发出了Fe—M—B （M=Zr，Hf，Ta）系。到目前为止，已经开发了许多纳米晶软磁材料，包括：Fe基、Co基、Ni基[3]。由于Co基和Ni基易于形成K、λs、同时为零的非晶态或晶态合金，如果没有特殊情况，实用价值不大。故本文主要介绍铁基纳米晶软磁合金。铁基纳米晶合金是以铁元素为主，加人少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为l0—20纳米的微晶，弥散分布在非晶母体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感（1.2T）、高初始磁导率（8万）、低Hc（0.32A/M），高磁感下的高频损耗低（P0.5T/20kH=30W/kg），电阻率为80微欧厘米，比坡莫合金（50—60微欧厘米）高，经纵向或横向磁场处理，可得到高Br（0.9T）或低Br值（1000Gs）。是目前市场上综合性能最好的材料。 1 纳米晶软磁合金的性能 1.1 软磁合金的磁特性 对于纳米晶软磁合金，按性能要求，常分为高Bs型、高0型等。 （1）高型纳米晶合金，其成份至今局限于FeSiB系。以FeCuNbSiB系磁性最佳，其性能参数达到：在磁场0.08A/m下，相对磁导率达14万以上，矫顽力最低已达0 .16A/m，饱和磁感Bs高达135T，在频率lOOkHz和磁感0.2T下铁损低达250kW/1T。值得研究的是饱和磁致伸缩系数21×10-6，而不是0左右。 （2）高Bs型铁基纳米晶合金，其Fe含量在88at%以上，Bs值可达16～1.72T，典型成份为FeMB（M=Zr，Hf等）。对于FeZrB系合金，典型成份为

非晶纳米晶软磁材料应用市场概况

非晶/纳米晶软磁材料应用市场概况 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。 表1 非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域

近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。 在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级（如级、级、级）的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱

非晶和纳米晶合金的比较

铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。 1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低 但是，在同样的Bm下，铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3％硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。 2）铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84～0.86 3）铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度 1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130％左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低70％～80％。 4）考虑损耗，总的评估价为89％ 假定工频变压器的负载损耗（铜损）都一样，负载率也都是50％。那么，要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的1?8倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130％～150％，并不符合市场要求的性能价格比原则。国外提 出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较。另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。每瓦空载损耗折合成5～11美元，相当于人民币42～92元。每瓦负载损耗折合成0.7～1.0美元，相当于人民币6～8.3元。例如一个50Hz，5kVA单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台；空载损耗28W，按60元人民币/W计，为1680元；负载损耗110W，按8元人民币/W计，为880元；则，总的评估价为4260元/台。用铁基非晶合金磁芯，报价为2500元/台；空载损耗6W，折合成人民币360元；负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台。如果不考虑损耗，单计算报价，5kVA铁基非晶合金工 频变压器为硅钢工频变压器的147％。如果考虑损耗，总的评估价为89％。 5）铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强 现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2％的正弦波电压下进行的。而实际的工频电网畸变为5％。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106％，硅钢损耗增加到123％。如果在高次谐波大，畸变为75％的条件下（例如工频整流变压器），铁基非晶合金损耗增加到160％，硅钢损耗增加到300％以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强。 6）铁基非晶合金的磁致伸缩系数大 是硅钢的3～5倍。因此，铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120％，要大3～5dB。

新型纳米晶软磁合金及其应用(二)

综述·动态·评论 新型纳米晶软磁合金及其应用 张世远 南京大学物理系 3 Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶合金 这种纳米晶合金是最先发现的新型软磁材 料 因此 研究退火过程中微结构的变化十分重要 图 3 为晶化过程示意图 在退火的 开始阶段通过调幅分解或成 核机理成分接近于30at% Cu 的Cu团簇Fe的浓度也会出现涨落 体心立方晶态相的晶核密度明显增大 而Nb和B则因为不溶 于α-FeSi 相中而在残余非晶相中富集 当晶化继续时 最后富Cu颗粒顺磁相的直径达到5 nm 左右 然而 它的析出不会对软 磁性能造成有害影响 图4是最佳热处 理后合金中所观察到的微结构 α-FeSi相含 ~20at% Si 残余非晶相 ~5at% Si 富Cu相 Si Nb中每一种都小于5at% 差热分析和X射线衍射实验表明[20] 以上温 度退火Fe 2 B相一经析出 由于硼化铁具有大的磁 晶各向异性常数L o ≈ 5 nm 即使Fe 2 B的体积分数只有百分之几 如图5所示除了可以有 效阻止α-FeSi相长大之外 的温度下才析出 图3 FINEMET合金的纳米晶化过程[20] 图4 FINEMET合金用透射电镜观察到 的典型微结构[21]

3.2 饱和磁化强度 Fe 73.5Si 13.5B 9Cu 1Nb 3纳米晶合金的饱和磁化强度J s 主要由α-FeSi 晶粒的成分及体积分数决定 这种合金在淬态下 为单一的非晶相 J s (T ) = J 0 (122 T C 是居里温度因此 合金在经过520 J s 1/β ~T 由两段斜率不同的直线组成 处 显然内部包含残余非晶相和纳米α-FeSi 相两个铁磁相 和T C2 =600因此在室温下 可将总磁化强度分成 两项之和 23 RT RT 经过对图6的拟合 从T C 2值可根据Fe-Si 合金的已知数据推断出纳米晶粒中的Si 含量约为23%该相的J 2 (RT ) =1.3T 由非晶相的体积 分数V 1 = 1 将两相组织等效于一球形晶粒被一薄层的 非晶相所包围则可从近似公式V 1=3δ /D 推算出α-FeSi 晶粒间距δ ≈1.2nm 约为80% 顺便指出 非晶相的体积分数约为34%与磁极化强度分析结果稍有差别 残存非晶相的磁晶各向 异性可以忽略 πδ≈(A / )1/2 将A ≈10 ≈ 0.5 J/m 3代入 对于一无应变样品可以估计出畴壁厚度为2μm 畴壁预计还要窄得多比值 δ /D 似乎要更大或许可达200左右该图中实际上 在这种材料中 因此畴壁 钉扎很小 其典型值为 100 MPa 左右 为使磁性优化 然而 1 退火温度T a / 图5 退火温度对纳米晶磁性的影响[9] 图6 非晶态和纳米晶合金饱和磁极化 强度的温度依赖性 [8] 图7 纳米晶材料中180

纳米晶带材简介

铁基纳米晶合金 一、简介： 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为的，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。微晶直径10-20 nm, 适用频率范围50Hz-100kHz. 二、背景介绍： 1988年日本的Yoshizawa等人首先发现,在Fe-S-iB非晶合金的基体中加入少量Cu和 M(M=Nb,Ta,Mo,W等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc结构的超细晶粒(D约10nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为 Fe7315Cu1Nb3Si1315B9,牌号为Finemet。其后,Suzuki等人又开发出了Fe-M- B(M=Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe基、Co基、Ni基[2]。由于Co基和Ni基不易于形成K、Ks同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。 三、铁基纳米晶软磁合金的制备方法 纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金。 四、纳米晶软磁合金的结构与性能 纳米晶软磁合金的典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类: (1). 铁磁性元素:Fe、Co、Ni。由于Fe基合金具有高Bs的优势,且纳米晶合金可以实现K和Ks同时为零,因而使L值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课题。 (2). 非晶形成元素:主要有Si、B、P、C等。对于纳米晶软磁合金带材,一般都是先形成非晶带,然后通过退火使材料出现纳米晶,因而非晶化元素是基本元素。特别是B对形成非晶有利,成为几乎所有纳米晶软磁合金的构成元素,含量在5at%~15at%之间。Si也是

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。 剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。 矩形比：br∕bs 矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mw）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 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

铁基纳米晶合金条带在低频低场下的磁化机制的磁谱研究

铁基纳米晶合金条带在低频低场下的磁化机制的磁谱研究 徐锋覃文彭坤都有为 南京大学固体微结构国家重点实验室南京大学物理学系南京 210093 本文利用磁谱研究了铁基纳米晶合金条带在低频低场下的动态磁化性能对条带厚度的依赖性，从而探讨了其磁化机制。实验结果和基于畴壁振动方程的解释充分一致，证实了被钉扎的畴壁的振动是在低频低场下该种材料的主导的磁化机制。 1 引言 在过去的十年中材料研究工作者已经对纳米晶软磁材料的各种性能进行了广泛而深入的研究[1][2]。在非晶和纳米晶合金条带的各种性能中，动态磁化性能吸引了部分材料研究工作者的注意[3][4]。然而，从磁谱上观察到的动态磁化的机制仍然存在着争论。有研究工作者认为被钉扎下的畴壁的振动是低频低场下磁化的主要机制[3]，然而另外一些研究工作者则认为这种典型的德拜型弛豫是由于条带中的转动磁化引起的[4]。 我们尝试通过磁谱来研究典型的铁基纳米晶软磁材料Fe82Nb7B10Cu1的磁化机制，讨论了畴壁钉扎距离对动态磁化性能的影响并且用著名的畴壁运动方程加以证实。 实验 用单辊甩带法制备了厚度为22μm的非晶Fe82Nb7B10Cu1合金条带。利用Labsys TM TG-DSC16以10K/min 的升温速率对其进行了差热分析（DSC）的测量，测量表明该样品的初次晶化温度为767K。 最近的文献中报道了利用不同的甩带条件来调制非晶条带的厚度[5]。我们则结合了广泛用于测量抗腐蚀性能的溶液腐蚀法来调制条带的厚度[6]。选中三条条带，其中的两条在1Mol/L H2SO4溶液中腐蚀不同的时间。条带从溶液中取出之后，用打磨抛光的方法去除被腐蚀氧化的表面层。从而得到的三根条带的厚度分别为22μm, 19.5μm 和15μm。 为了进行磁性测量，将条带绕在一个陶瓷圆环上从而形成螺绕环的环心。所有的样品都首先在真空下673K退火3小时以去除表面和内部应力，然后在798K退火30min形成纳米晶结构。退火后的样品制成螺绕环的形式，用阻抗分析仪HP4284A在1kHz到1MHz的范围测量样品的复数磁导率谱(μ?=μ′-iμ″)。 2 结果 图1中给出了厚度为22μm的样品在不同幅度的交流场下测得的磁导率谱。与曾经报道的结果类似[4]，当外加磁场幅度小于2A/m时，在测量范围内只有一个弛豫峰。当外加磁场幅度增大，样品的弛豫行为变得复杂。从磁谱上可以很明显的看出，外加磁场的幅度和频率都对样品的动态磁化行为有影响。我们可以从最基本的磁化机制对其加以解释，比如畴壁振动（可逆的畴壁位移），磁滞现象（不可逆的畴壁位移），和自旋转动。在测量的频率范围内，非晶和纳米晶合金条带的涡流损耗可以忽略不计[7]。低频下磁导率对磁场幅度的依赖可以通过最基本的磁导率的定义来解释。磁导率被定义为B~H曲线上的斜率。显而易见的是，μ′ ~H曲线应该表现为：在低场下恒定（初始磁导率），然后随着外场的上升而上升（畴壁脱离钉扎位置，畴壁位移开始），然后到达最大值（最大斜率处，渐渐到达饱和区），然后达到饱和后（开始下降），如图2所示。 在低场和低频下，可以不考虑磁滞，因为外加的驱动场不足以使畴壁脱离钉扎。在更高的磁场和低频率下，所有的磁化机制都存在，并且对总的磁化有贡献。当外场的频率上升的时候，有些磁化机制不能够跟上外场的变化，因而在磁谱上表现出一个弛豫现象。只有需要时间很短的磁化机制在高频下才仍然存在。如图1所示，在测量的频率范围和低场下，只有一个弛豫峰的存在。该弛豫

非晶态软磁合金

题目：非晶态软磁合金材料 摘要：本文以非晶态软磁材料为主要阐述对象，并就其定义、晶体结构特征、磁性性能及其产生机理、制备工艺、国内外发展过程、实际应用和未来应用前景等方面进行了分段阐述,其中着重介绍了非晶材料的结构特征及其相应性能产生的机理、材料制备、发展及其在不同领域的应用。从而使自己能够对这一磁性材料有一个全面详细的了解。 关键字：长程有序短程无序过冷各项同性电磁转换 1.材料定义及其基本性能与其产生机理 1.1软磁材料 软磁材料是指具有低的矫顽力，高的磁导率的磁性材料，在交流磁化状态下应用要求具有低的功率损耗。软磁材料在外磁场作用下迅速被磁化，去掉外磁场后，磁性消失。软磁材料按结构分为晶体、非晶体、纳米晶体磁性薄膜、磁泡、磁性液体与铁粉芯等类型。 1.2非晶合金结构特点 非晶态合金是指原子不是长程有规则排列的物质。一般晶态金属的原子密集规则排列切具有周期性，这种结构特征叫作原子排列的长程有序。和晶态金属相比，非晶态合金结构没有长程有序、间隙较多、但是均质、各项同性。其原子结构和各种特性表明,非晶无序并不是“混乱”，而是破坏了长城有序系统的周期性和平移对称性，形成一种有缺陷的，不完整的有序即最近邻或局域短程有序。这种短程序只是由于原子间的相互关联作用，是其在小于几个原子间距的小区间内仍然保持着位形和组分的某些有序特征，故具有短程序。 1.3非晶态软磁合金的基本性能及其产生机理 作为软磁材料，希望它有高的饱和磁感应强度和磁导率，低的矫顽力。这些软磁性能又和材料的磁晶各向异性，磁致伸缩系数有关。磁晶各向异性系数和磁致伸缩系数越小，组织结构越均匀，材料的软磁性能就越好。非晶态磁性合金没有长程有序，因此非晶磁性材料的磁晶各向异性为零，而且非晶磁性材料组织结构均匀，不存在阻碍畴壁运动的晶界或析出物，这样，非晶结构决定了其具有良好的软磁性能。但非晶态磁性材料的磁致伸缩一般不为零，因为磁致伸缩起源于短程相互作用。所以，非晶磁性材料的软 磁特性主要取决于磁致伸缩系数λ s 的大小。当λ s ≈0时，则可得到高磁导率，低矫顽 力的非晶软磁材料。除此之外，非晶态合金的电阻率较高，因此涡流损耗低，频率特性好，可应用在较高的频率范围。非晶态的结构均匀，各向同性特点也决定了非晶材料具

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景分析

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景 纳米(超微晶)软磁合金材料 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成，其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材，然后经过适当退火，形成微晶和非晶的混合组织。这种材料虽然便宜，但磁性能极好，几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美，但是却不含有昂贵的钴，是工业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料，也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 非晶软磁合金材料的优点 优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率是铁氧体的10倍以上、低的损耗（是硅钢片的1/5-1/10,是铁氧体损耗的1/2～1/5)，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等，可以大大提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。 非晶软磁合金材料的应用领域 电力电子技术领域： 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 通讯技术： 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 UPS电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 抗电磁干扰部件： 交流电源、可控硅、EMI差模、共模电感、输出滤波电感 开关电源： 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 传感器： 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 目前非晶软磁合金材料的产品，应用场合主要包括：互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 在低频电磁元件中，铁基非晶合金被大量应用，在电力配电变压器中的应用已取得良好效果，成为现在生产量最大的非晶合金。在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。 纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。 从目前国内外应用以及今后发展来看，非晶合金的大量使用还是在电力系统：ａ、配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低激磁电流、良好的温度稳定性，使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。

铁基非晶软磁合金及其晶化

第22卷第6期南　京　理　工　大　学　学　报Vol.22N o.6 1998年12月Journal of Nanj ing University of Science and Technology Dec.1998铁基非晶软磁合金及其晶化a 沈桂娣X　李建平　周传伟　杨　锋 (南京理工大学材料科学与工程系,南京210094) 摘要　用差热分析、X射线衍射、冲击法等方法研究了铁基非晶Fe72.5 Cu1Nb2V2Si13.5B9合金及其经不同温度退火处理后材料的结构和磁性。结果表明, 合金经350℃退火,结构短程有序范围扩大,材料磁化比非晶合金容易;经520～ 560℃退火,A-Fe(Si)晶粒析出,得到微晶结构并具有优良的软磁性能,例如相对初 始磁导率L i≥4.7×104,矫顽力H c≤1.4A/m;在620℃以上退火,第二相Fe x B y析 出,材料磁化困难,软磁性能恶化。 关键词　金属玻璃,晶化,微晶,磁性;软磁材料 分类号　TG139.8 铁基非晶软磁合金经过适当温度退火得到的微晶软磁合金是综合性能优良的软磁材料。因而近年来围绕其成份、热处理、结构及磁性已有不少研究工作[1～4]。本文对非晶Fe72.5 Cu1Nb2V2Si13.5B9合金及其晶化过程中结构和性能的变化进行了研究。 1　试验方法 研究用的非晶Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9条带宽9mm、厚0.023mm。用差热分析技术研究合金在加热过程中变化,以确定退火温度。把条带绕制成内径18m m,外径24m m的环形试样,在高纯氮气保护下退火,温度为350～750℃,保温0.5h后炉冷,控温精度为±5℃,用冲击法测量磁性,在磁场强度H为0.08A/m条件下测定初始磁导率。用电位差计法测电阻率。用X射线衍射CuK A射线测定材料结构。 2　试验结果与讨论 原始条带的X射线衍射图示于图1(a),结构为非晶态。差热分析曲线示于图2。以20℃/ min速率加热,在520～620℃、680～740℃出现2个放热峰,由此确定退火温度。 2.1　退火温度对材料结构的影响 经不同温度退火处理后合金的X射线衍射图示于图1(b)、(c)。由图可见,经过350℃处a 本文于1997年11月8日收到 X沈桂娣　女　58岁　副教授

非晶软磁材料生产企业

非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。非晶软磁材料生产企业哪家好？您可以选择安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 1960年美国Duwez 教授发明用快淬工艺制备非晶态合金为始。其间，非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段：第一个阶段从1967年开始，直到1988年。1984年美国四个变压器厂家在IEEE 会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高潮，到1989年，美国AlliedSignal 公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力，全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行，所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。从1988年开始，非晶态材料发展进入第二阶段。 这个阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明。

1988年日本日立金属公司的Yashiwa 等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet ）。1988年当年，日立金属公司纳米晶合金实现了产业化，并有产品推向市场。1992年德国VAC 公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金，尤其在网络接口设备上，如ISDN ，大量采用纳米晶磁芯制作接口变压器和数字滤波器件。 而非晶态金属或合金是指物质从液态（或气态）急速冷却时，因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态，其原子不再成长程有序、周期性和规则排列，而是出于一种长程无序排列状态。具有铁磁性的非晶态金合金又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃。 安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套） ，涉及铸造、橡胶制品、压力

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金（又称为金属玻璃）。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属，一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。这些合金具有两个重要性质：①合金的成分一般在冶金学上的所谓“共晶”点附近，它们的熔点远低于纯金

属，例如FeSiB合金的熔点一般为1200度以下，而纯铁的熔点为1538度； ②由于原子的种类多了，合金在液体时它们的原子更加难以移动，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结”成非晶。有了上面的两个重要条件，合金才可能比较容易地形成非晶。实际上，目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金，例如Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。 迄今为止，国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是：由两类元素组成：一类是铁磁性元素（铁、钴、镍或者他们的组合），它们用来产生磁性；另一类是硅、硼、碳等，它们称为类金属，也叫做玻璃化元素，有了它们，合金的熔点比纯金属降低了很多，才容易形成非晶。 非晶软磁合金材料的种类 铁基非晶合金 铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可降低铁损60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下），例如配

非晶纳米晶软磁材料

磁粉芯是由铁磁性粉末与绝缘介质混合压制而成的一种软磁复合材料。纳米晶磁粉芯具有高频稳定性好、高频损耗低等优点，但磁导率较低。非晶纳米晶软磁材料哪家好？您可以选择安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 这种软磁复合材料相对于传统软磁材料而言具备诸多优点。首先，磁粉芯的基本组成单元是粒度非常小的磁性颗粒，这样可以有效地抑制金属颗粒内的涡流。同时，由于磁性颗粒尺寸较小，基本上不发生趋肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。其次，绝缘介质对磁性颗粒的包覆，可以有效地增加磁粉芯的电阻，大大提高其频率使用范围。另外，由于采用模压成型的制备方法，磁粉芯可以制备成各种形状的异型件，更有利于满足产业需要。 由于金属软磁粉末被绝缘材料包围，形成分散气隙， 大大降低了

金属软磁材料的高频涡流损耗，使磁粉芯具有抗饱和特性与宽频相应特性，特别适用于制作谐振电感、功率因数校正电感、输出滤波电感、滤波器电感等。 目前，人们研究的热点大多集中在单一的粉体上，关于Fe-6.5%Si 磁粉与Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9磁粉进行复合制备复合磁粉芯的报道则较为少见。根据复合材料的理论，如果选用两种磁性粉体进行复合来制备磁粉芯，可综合两种材料的优点来弥补单一材料的不足，从而提高复合磁粉芯的综合软磁性能。 安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、 空压机及气源设备、

纳米晶软磁材料

纳米晶软磁材料 这是一类新型的软磁材料。 通过熔体快淬法（轧辊法）制得的非晶态条带，如被加热到它们的晶化温度以上保持一段时间（这种热处理称为退火），非晶态条带就会开始晶化，内部组织从非晶态向晶态转变。如果控制这种退火处理的温度和时间得当，就能控制条带内部的微观结构，使得已经晶化的晶粒尺寸控制在10～15nm的范围内，而且，这些晶粒在形态上是弥散地分布在残余的非晶相之中，这样就可以得到纳米晶材料。例如，成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶态合金在550℃退火1小时后在最佳磁性能的状态下，内部包含三个相，一是体心立方结构的FeSi相，其成分为20%Si和80%Fe（原子百分比）；第二相是尚未晶化的残余非晶相，包含大约10%～15%的Nb和B，约占总体积的20%～30%；第三相是大大富集的Cu团簇。少量铜和铌的加入是使这类纳米微晶成为优异软磁材料的关键。它们都不溶解于体心立方结构的FeSi相。但是，Cu原子团簇在退火早期的形成，使其成为FeSi晶粒的成核中心，促进了FeSi晶粒的成核。Nb进入残余非晶相可以阻止FeSi晶粒的长大，同时可以在晶化过程中，抑制Fe2B 相的形成。如果退火温度高于600℃Fe2B相就会首先形成，从而导致性能的全面恶化。 对于纳米晶合金，存在一交换耦合长度为L0=[A/K1]1/2。这里，A是交换常数，K1是合金铁磁相的磁晶各向异性常数。对于Fe-Cu-Nb-Si-B合金，L0=35nm。当晶粒尺寸小于L0时，相邻晶粒中的磁矩将通过交换作用而趋于平行排列。因此，局部各向异性应对交换耦合长度范围内所包含的晶粒数求平均，于是，材料的有效各向异性常数为 〈K〉=K1(D/L0)6=K14D6/A3。 式中，D是纳米晶粒的尺寸。对于20%Si-80%Fe的合金，K1=8×103J/m3，由上式算出，对于纳米微晶，平均各向异性常数〈K〉将比K1小大约三个数量级，只有0.5J/m3左右，因此可降低材料的矫顽力。由于Fe-Si晶粒相和残余非晶相的磁致伸缩系数符号相反（前者为负，后者为正），所以包含这两相的合金的λs将减小，估计由此可使磁导率提高一个数量级。这种合金的畴壁很厚，假定残余非晶相的磁晶各向异性可以忽略，由畴壁厚度公式δ=π(A/〈K〉)1/2算得为3μm，畴壁厚度远大于晶粒尺寸。由此，沿畴壁厚度方向，包含了大约200～300个FeSi小晶粒。这种情况和传统材料正好相反，正是这种结构，尽管晶粒尺寸小到只有10nm，但是两相界面不再可能对畴壁产生较大的钉扎作用。此外，因为Fe-Si晶粒的尺寸为10nm，而晶粒与晶粒之间的间隔距离为1～2nm，即残余非晶相的体积分数不大，所以合金的饱和磁感应强度仍可高达1.5T，比著名的高磁导率的坡莫合金（Ni79Fe21）和钴基非晶态合金要高。对于厚度为18μm的条带，在惰性气体保护下，于550℃退火1小时，FeSi 晶粒尺寸为13nm，相应的软磁性能为：μ1kHz=100000，B s=1.24T，H c=0.5A/m，损耗远低于坡莫合金，和钴基非晶差不多。 近年来，这类纳米晶合金除了用作软磁合金外，又有了新的用途。因为它们具有巨磁阻抗效应，即当高频电流通过条带的同时，如沿条带再施加一直流磁场，条带交流阻抗的相对变化竟高达80%～400%，而且显示出很高的磁场灵敏度，因此，成为十分优异的高灵敏磁传感器的新材料。 除了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9外，属于纳米晶软磁材料还有Fe-M-C、Fe-M-N（M=Ta，Hf，Ti，Nb，Zr）和Fe-M-O（M=Zr，Hf）薄膜等。这些材料是通过溅射法制得非晶态薄膜，然后，

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

磁性材料地基本特性 . 磁性材料地磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索 . 软磁材料地常用磁性能参数 饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值. 矩形比：∕ 矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）. 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关. 初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ. 居里温度：铁磁物质地磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作地上限温度. 文档来自于网络搜索 损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索 磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索 总功率耗散（）表面积（） . 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索 二、软磁材料地发展及种类 . 软磁材料地发展 软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，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.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索 . 常用软磁磁芯地种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元. 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： () 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索 () 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三常用软磁磁芯地特点及应用 (一) 粉芯类 . 磁粉芯