体材料中金属元素Fe、Co和Ni是最通常的铁磁性金属元素，它们具有很高的原子固有磁矩。当纳米材料的尺寸接近原子级别时，原子的固有磁矩是否会改变成为研究纳米材料磁性的一个重要前提。1997年，Billas等人报道了Fe、Co、Ni三种铁磁元素原子团的磁矩。图8-11所示为Fe、Co、Ni原子团簇单个原子平均磁矩与原子团簇中原子数N的关系。Fe的测试温度为120 K；Co和Ni的测试温度为78 K；图中点为实验数据，虚线为块体的原子磁矩。......
2023-06-20
磁性材料的基本特性
【摘要】：开关电源变压器磁心都是运行在低磁场、高频率环境条件下的软磁铁氧体材料，这种磁性材料具有矫顽力低、电阻率高和磁导率高的基本特点。磁感应强度是表示磁场作用于磁性物质上的作用力的大小，其单位为特斯拉。图2-8 磁性材料的特性6）矫顽力Hc。矩形磁滞回线是饱和磁性材料一种特殊的曲线。磁滞回线的形状非常重要，在选用磁心时，将被看作一项重要选用磁心的依据，只有用高频铁氧体磁心特性曲线测试仪方可测出。
开关电源变压器磁心都是运行在低磁场、高频率环境条件下的软磁铁氧体材料，这种磁性材料具有矫顽力低、电阻率高和磁导率高的基本特点。这就意味着，流过变压器绕组的励磁电流会产生较高的磁感应强度，因此，在一定输出功率条件下，可以极大地降低磁心的体积。矫顽力低，磁心的磁滞回环面积就小，这样铁损低。同样，电阻率高、涡流小，铁损也低。但磁性材料的电阻率高，适合用在航空航天领域里。
1）磁场强度H与磁感应强度B。磁场强度是表示磁场强弱与方向的一个物理量，其单位为安/米（A/m）。磁感应强度是表示磁场作用于磁性物质上的作用力的大小，其单位为特斯拉（T）。温度越高，磁感应强度越低。
2）饱和磁感应强度Bs。磁心在磁场的作用下，当磁场强度H增加时，磁心出现饱和时的B值，称为饱和磁感应强度Bs。
3）初始磁导率μi。磁性材料在磁化曲线上的始端磁化率的最大值，即
式中，μo表示磁性材料的真空磁导率（μo=4π×10-7H/m）。
4）有效磁导率μe。磁心在闭合磁路中（不计漏磁），磁心的导磁能力称为有效磁导率。
式中，L为绕组的电感量（mH）；
为磁路长度与磁心面积之比，是常数。
5）居里温度Tc。磁心的磁状态由铁磁性转为顺磁性（见图2-7）时，在μ-T曲线上，磁导率最大值的80%和最大值的20%的连线与磁导率
等于1的直线的交点相对应的温度称为居里温度。温度越高，初始磁导率也越高，当超过
130℃时，初始磁导率为零，如图2-8a所示。
图2-7 居里温度Tc的定义图
磁心在高频作用下，会产生剩磁，剩磁是产生热磁心的最大原因，热磁是磁心铁损发源地。该磁心这时的工作磁感应强度应为
式中，f为磁心的工作频率（kHz）；Ae为磁心有效截面积（mm2）；Vs为绕组两端电压（V）；N为绕组匝数。
图2-8 磁性材料的特性
6）矫顽力Hc。磁心从饱和状态除去磁场后继续反向磁化，直到磁感应强度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽力（保磁力）。
7）磁通Φ。磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫磁通，Φ=BS。
8）磁感应强度Bs。单位面积上所通过磁通的大小叫做磁感应强度（也称为磁通密度），单位为特斯拉（T）。
饱和磁性材料具有良好的开关特性，如用在高频振荡电路里，可以产生优良的振荡波形，这种磁性材料具有近似矩形的磁滞回线（见图2-8b）。这种磁滞回线有明显的饱和点和饱和段，而且它的上下有良好的对称性。近似矩形的磁滞回线在执行脉冲电信号传递时，可使绕组中的电流脉冲波形的前沿陡峭，后沿拖尾短小，能完整地传递各种波形电信号。如果磁心的S矩形曲线在B方向向下被压扁或是向上被拉伸，这种形变曲线的磁心用在开关电源高频变压器上或是用在电子镇流器的脉冲变压器上，将会严重影响变压器的振荡波形，产生信号失真、频率失调、导致开关晶体振荡管温度上升，变压器的铁损和铜损加剧，这对于开关电源的质量极为不利。
矩形磁滞回线是饱和磁性材料一种特殊的曲线。磁滞回线的形状非常重要，在选用磁心时，将被看作一项重要选用磁心的依据，只有用高频铁氧体磁心特性曲线测试仪方可测出。
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