2.1.3 鐵磁材料性質

鑄鋼、硅鋼片、鐵及其與鈷鎳的合金、鐵氧體等鐵磁物質是一類性能特異、用途廣泛的材料，高導磁性、磁飽和性和磁滯性是鐵磁性材料的三大主要性能。

鐵磁材料具有高導磁性能，是因為其內部存在著強烈磁化過的自發磁化單元，稱為磁疇。在正常情況下，磁疇是雜亂無章地排列著，因而對外不顯示磁性。但在外磁場的作用下，磁疇沿著外磁場的方向做出有規則的排列，從而形成了一個附加磁場疊加在外磁場上。由于鐵磁材料的每個磁疇原來都是強烈磁化了的，它們所產生的附加磁場的強度，要比非鐵磁物質在同一外磁場作用下所產生的磁場強得多。非鐵磁材料的導磁系數都接近于真空的導磁系數。而鐵磁材料的導磁系數遠遠大于真空的導磁系數。因此，在同樣的電流下，鐵心線圈的磁通比空心線圈的磁通大得多。

在非鐵磁材料中，磁感應強度B與磁場強度H成正比，它們之間呈線性關系。鐵磁物質的磁化過程很復雜，一般都是通過測量磁化場的磁場強度H和磁感應強度B之間的關系來研究其磁化規律，用B＝f（H）描述的關系曲線稱為磁化曲線。磁飽和性即磁性材料的磁化磁場B隨著外磁場H的增強，但并非無限制增強，而是當全部磁疇的磁場方向都轉向與外磁場一致時，它們所產生的附加磁場已接近最大值，此時即使H再增大，B的增加也很有限。即鐵磁性材料的磁化曲線是非線性的，如圖2-3所示。

圖2-3 鐵磁材料磁化曲線

當磁化電流為交變電流使鐵磁物質被反復磁化時，在電流變化一次時，磁感應強度B隨磁場強度H而變化的關系如圖2-4所示，是一條對稱于原點的閉合曲線，稱為磁滯回線，Bm為飽和磁感應強度。由圖可見，當H已減到零值時，B并未回到零值，有剩磁Br。這種磁感應強度B滯后于磁場強度H變化的性質稱為鐵磁物質的磁滯性。為消除剩磁，必須加反向磁場Hc，稱為矯頑磁力。

圖2-4 鐵磁材料磁滯回線

由于存在磁滯現象，鐵磁材料的磁化過程是不可逆的。產生磁滯現象的原因是鐵磁材料中磁分子在磁化過程中彼此具有摩擦力而互相牽制。由此引起的損耗稱為磁滯損耗，它是導致鐵磁性材料發熱的原因之一。鐵心內部由于渦流在鐵心電阻上產生的熱能損耗稱為渦流損耗。磁滯損耗、渦流損耗統稱鐵心損耗。

對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線的頂點連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。不同的鐵磁材料，其磁化曲線和磁滯回線都不一樣。

電機中常用的鐵磁材料分為軟磁材料和硬磁材料。軟磁材料矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。具有磁導率很高、易磁化、易去磁等顯著特點，一般用來制造電機、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等；硬磁材料也稱永磁材料，具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。磁導率不太高、但一經磁化能保留很大剩磁且不易去磁，一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼、鈷鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。此外，矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩定性良好。在計算機和控制系統中用作記憶元件、開關元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。