铁磁性材料的分类及应用介绍

铁磁材料在工程技术上应用很广，不同的磁性材料其导磁性能不相同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。根据磁滞回线的不同，可将磁性材料分为软磁性材料、硬磁性材料和矩磁性材料3类。

1.软磁性材料

图6-14　不同磁性材料的磁滞回线

（a）软磁性材料；（b）硬磁性材料；（c）矩磁性材料

图6-14（a）所示为软磁材料的磁滞回线。这类材料的剩磁、矫顽力、磁滞损耗都较小，磁滞回线狭长，容易磁化，也容易退磁，适用于交变磁场，可用来制造变压器、继电器、电磁铁、电机以及各种高频电磁元件铁芯。

常用的软磁材料有铸钢、铸铁、硅钢片、玻莫合金和铁氧体等，其中硅钢片是制造变压器、交流电动机、接触器和交流电磁铁等电气设备的重要导磁材料；铸铁、铸钢一般用来制造电动机的机壳；而铁氧体是用来制造高频磁路的导磁材料。

2.硬磁性材料

图6-14（b）所示为硬磁性材料的磁滞回线。它的剩磁、矫顽力、磁滞损耗都较大，磁滞回线较宽，磁滞特性显著，磁化后能得到很强的剩磁，而不易退磁，因此，这类材料适用于制造永久磁铁。

广泛应用于各种磁电式测量仪表、扬声器、永磁发电机以及通信装置中。常用的硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴合金、钡铁氧体等。

3.矩磁性材料

矩磁性材料的磁滞回线形状近似于矩形，如图6-14（c）所示。它的剩磁很大，但矫顽力较小，易于翻转，在很小的外磁场作用下就能磁化，一经磁化便达到饱和值，去掉外磁场，磁性仍能保持在饱和值。矩磁性材料主要用来做记忆元件，如计算机存储器等。

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磁致伸缩与磁致伸缩材料

1.磁致伸缩

磁致伸缩是指铁磁体在被外磁场磁化时，由于其磁化状态的改变而引起它的线度和体积变化的现象，包括体磁致伸缩和线磁致伸缩。体磁致伸缩系数是指体积的相对变化ΔV与原体积V之比，其绝对值很小，约为10-6。线磁致伸缩系数是指沿铁磁体磁化方向的长度磁化状态改变前后的相对变化Δl与原有长度l之比，线磁致伸缩的变化量级为10-5～10-6。线磁致伸缩系数的大小是铁磁物质的属性，不同的铁磁材料，线磁致伸缩系数可以相差很大。磁致伸缩引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度的变化比体积变化大得多，是人们研究应用的主要对象。磁致伸缩效应是焦耳在1842年发现的。

2.磁致伸缩材料

具有磁致伸缩特性的材料，称为磁致伸缩材料。磁致伸缩材料根据其成分不同可分为金属磁致伸缩材料和铁氧体磁致伸缩材料。金属磁致伸缩材料电阻率低，饱和磁通密度高，磁致伸缩系数λ大（λ=Δl/l，l为材料原来的长度，Δl为在磁场H作用下的长度改变量），用于低频大功率换能器，可输出较大能量。铁氧体磁致伸缩材料电阻率高，适用于高频，但磁致伸缩系数和磁通密度均小于金属磁致伸缩材料。Ni-Zn-Co铁氧体磁致伸缩材料由于磁致伸缩系数λ的提高而得到普遍应用。磁致伸缩用的材料较多，主要有镍、铁、钴、铝类合金与镍铜钴铁氧陶瓷。高磁致伸缩系数的材料也被开发出来，如铽铁金属化合物（TbFe2、TbFe3）和非晶体磁致伸缩材料（金属玻璃）等。

工程上常用磁致伸缩材料制成各种超声器件，如超声波发生器、超声接收器、超声探伤器、超声钻头、超声焊机等；回声器件，如声呐、回声探测仪等；机械滤波器、混频器、压力传感器以及超声延迟线等。例如，利用磁致伸缩系数大的硅钢片制取的应力传感器多用于1 t以上重量的检测中，其输入应力与输出电压成正比，一般精度为1％～2％，高的可达0.3％～0.5％，磁致伸缩转矩传感器可以测出小扭角下的转矩。

思考题

（1）铁磁材料的磁化曲线具有怎样的特征？

（2）铁磁材料的磁性能有哪些？

（3）已知铸铁的B1=0.3T，B2=0.9T，B3=1.1T，请从图6-12中查出它们各自对应的磁场强度是多少？