软磁材料的种类、特点及应用

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一 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。

二 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、粉粒的大小和形状、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

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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。

(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、C u-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。磁芯形状种类丰富，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

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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。特别是在低频、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 …… 此处隐藏：2721字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……