磁禁止

磁禁止是指把磁導率不同的兩種介質放到磁場中，在它們的交界面上磁場要發生突變，這時磁感應強度B的大小和方向都要發生變化，也就是說，引起了磁感線的折射。

當磁感線從空氣進入鐵時，磁感線對法線的偏離很大，因此有強烈地匯聚作用，從而形成了磁禁止。

基本介紹

• 中文名：磁禁止
• 外文名：Magnetic Shielding
• 性質：引起了磁感線的折射
• 意義：防止外界磁場的干擾
• 特點：禁止體有效半徑越小，性能就越好
• 學科：物理學
• 套用：靜磁，電磁，手錶

描述

例如右圖，是磁禁止示意圖。圖中A為一磁導率很大的軟磁材料（如坡莫合金或鐵鋁合金）做成的罩，放在外磁場中。由於罩殼磁導率μ比空氣導磁率μ大得多，所以絕大部分磁場線從罩殼的壁內通過，而罩殼內的空腔中，磁感線是很少的。這就達到了磁禁止的目的。為了　由於材料的成本占禁止體價格的一半，所以使用較薄的尺寸能滿足所要求的禁止特性和結構性能是最好了。厚度為0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的選擇。這些箔材能以同等的化學組分和性能特性獲得，並可作為標準的以鎳為基礎的和ULCS材料。

設計低成本禁止體的最重要的一步，就是對這些典型禁止材料特性及其對禁止性能影響的了解。一旦合適的材料被選中，其重點要集中於基本的設計考慮，以使其不但性能最佳，而且對成本的影響最小。

設計考慮

大部分禁止體用的公式和模型的開發是基於圓形或無限長的圓柱體幾何形狀的。在實際套用中，所給定禁止體的實踐形狀由器件結構和禁止體自身的可利用空間所決定。在設計一禁止體時，要了解的重要的結構是，要使磁力線旋轉90°是困難的。但是，圓形禁止體，比如要改變圓柱體或是具有圓形角的盒體的磁力線的方向要比具有方形角的禁止體容易一些。類似地，對於包容已進入禁止材料的磁力線並改變其方向，圓角要比尖角好一些。保持可提供低磁阻路徑的禁止體形狀簡單或磁場運動的“最低磁阻路徑”是很重要的。

禁止體的尺寸在禁止效率和成本方面的重要性極大。禁止體的有效半徑越小，其整體性能就越好。但是，設計禁止體的目的是使其包絡試圖禁止的組件和空間，並應該靠得很近。由於材料占禁止體設計的大部分成本，因此較小禁止體就可以在較低成本下獲得較優的性能。

每當有可能，禁止體應與所有壁靠近，以避免場泄漏。這種結構（即使是矩形）也是最接近於圓形的，它可以建立一個半閉合的磁路。另外，全部箱體可在所有軸上獲得禁止特性，這樣就可以保證最好的禁止性能。當特殊的性能和進出口需要時，可移動的蓋板、罩和門均可組合到禁止體設計中去。

在利用蓋板、罩和門時或使用兩塊或多塊板構建禁止體時，在多塊板間保持磁連續性和電接觸是很重要的。可通過機械式（利用摩擦組件）或焊接保持磁連續性。在拐角或過渡連線，使用焊接可獲得最佳性能。維持表面間的連續性就可以保證磁力線連續沿其低磁阻路徑前進，這樣可以提高禁止效能。在交流場，保持磁連續性就允許較高的感應電流禁止，在直流場，對於適當的磁力線分路，連續性也是重要的。

如果你不能靠近禁止體的一端或兩端，要特別注意開端的長一直徑比。禁止體的這種長—直徑比至少應為4：1，以避免“端接效應”和磁力線穿透禁止體範圍。經驗法則是，禁止體需要延伸到器件的外部，這樣可以用與開孔半徑相等部分進行保護。由於增加了禁止體的長度同時保持直徑不變，就可以用無限長圓柱體模型進行近似。當圓柱型或矩形禁止體需要大的開孔時，垂直於禁止體壁的的管可用於由於開孔而引起禁止體的磁場強度的減少。管的長度應正比於所禁止的開孔的直徑。

在設計過程早期就應考慮這些問題，可使這些主要設計參數對禁止體的成本影響較小。但是，這些因素要比材料本身對禁止體性能的影響要大。這樣，在設計禁止體時，最先保證這些基本參數通常是需要的。

生產技術

一種好的禁止體設計要涉及到加工過程，其可提供所需要的結構和特性。在過去，大部分磁禁止體是用標準的精密片狀金屬加工技術通過剪下、穿孔、成型和焊接加工出來的。而自2012年開始，利用先進的雷射切割系統，個別部件的剪下和計算機化的數字控制沖孔都由一步雷射切割技術所代替。主要的禁止元件的一步加工技術可使加工時間更快和降低加工成本，而無須高成本的加工方法。特別是對於型材和特殊設備（比如專用切割和系列化），這種過程可為禁止設計者提供更大的靈活性。

利用母材並使用縫隙和連線點的氬弧焊或疊層縫隙的點焊，就可以組裝多個禁止元件。氬弧焊可使組裝的禁止體得到最佳化的磁連續性，它可用於使用高禁止性能方面。對於大部分套用，與氬弧焊相比，法蘭和疊層連線的點焊可獲得更高級的磁連續性。

為使典型的禁止合金（如Mumetal）達到最佳性能，還要進行特殊的被稱為去氫退火的熱處理循環。一旦所有加工過程完成，就可以進行退火過程。但在退火以後，對禁止體進行衝擊和振動試驗，將降低材料的性能。嚴格遵守所規定的退火周期，不但能保證獲得最佳磁禁止性能，而且還可以將未退火材料的磁導率平均提高40倍。

結論

對所規定的禁止任務的了解有助於最好的材料、結構和加工藝的選擇。這種評價可在最佳成本下保持最好的禁止性能。

套用

靜磁

靜磁場是穩恆電流或永久磁體產生的磁場。靜磁禁止是利用高磁導率μ的鐵磁材料做成禁止罩以禁止外磁場。它與靜電禁止作用類似而又有不同。

靜磁禁止的原理可以用磁路的概念來說明。如將鐵磁材料做成截面如上圖的迴路，則在外磁場中，絕大部份磁場集中在鐵磁迴路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為並聯磁路來分析。因為鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場的磁感應線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內通過，而進入空腔的磁通量極少。這樣，被鐵磁材料禁止的空腔就基本上沒有外磁場，從而達到靜磁禁止的目的。材料的磁導率愈高，筒壁愈厚，禁止效果就愈顯著。因常用磁導率高的鐵磁材料如軟鐵、矽鋼、坡莫合金做禁止層，故靜磁禁止又叫鐵磁禁止。

靜磁禁止在電子器件中有著廣泛的套用。例如變壓器或其他線圈產生的漏磁通會對電子的運動產生作用，影響示波管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產品的質量，必須將產生漏磁通的部件實行靜磁禁止。在手錶中，在機芯外罩以軟鐵薄殼就可以起防磁作用。

前面指出，靜電禁止的效果是非常好的。這是因為金屬導體的電導率要比空氣的電導率大十幾個數量級，而鐵磁物質與空氣的磁導率的差別只有幾個數量級，通常約大幾千倍。所以靜磁禁止總有些漏磁。為了達到更好的禁止效果，可採用多層禁止，把漏進空腔里的殘餘磁通量一次次地禁止掉。所以效果良好的磁禁止一般都比較笨重。但是，如果要製造絕對的“靜磁真空”，則可以利用超導體的邁斯納效應。即將一塊超導體放在外磁場中，其體內的磁感應強度B永遠為零。超導體是完全抗磁體，具有最理想的靜磁禁止效果，但到2013年還不能普遍套用。

電磁

電磁禁止是抑制干擾，增強設備的可靠性及提高產品質量的有效手段。合理地使用電磁禁止，可以抑制外來高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設備。如在收音機中，用空芯鋁殼罩線上圈外面，使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用禁止線也是這個道理。示波管用鐵皮包著，也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬禁止殼內部的元件或設備所產生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設備。

用什麼材料作電磁禁止呢？因電磁波在良導體中衰減很快，把由導體表面衰減到表面值的1/e（約36.8%）處的厚度稱為趨膚厚度（又稱透入深度），用d表示，有

d=5030*sqr(σ/(μ*f))

其中μ和σ分別為禁止材料的磁導率和電導率。若電視頻率f=100 MHz，對銅導體（σ=5.8×107/ ·m，μ≈μo=4π×10-7H/m）可求出d=0．00667mm。可見良導體的電磁禁止效果顯著。如果是鐵（σ=107/ ·m）則d=0.016mm。如果是鋁（σ=3.54×107/ ·m）則d=0.0085mm。

為了得到有效的禁止作用，禁止層的厚度必須接近於禁止物質內部的電磁波波長（λ=2πd）。如在收音機中，若f=500kHz，則在銅中d=0.094mm（λ=0.59mm）。在鋁中d=0.12mm（λ=0.75mm ）。所以在收音機中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的禁止效果。因為電視頻率更高，透入深度更小些，所需禁止層厚度可更薄些，如果考慮機械強度，要有必要的厚度。在高頻時，由於鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大，從而造成諧振電路品質因素Q值的下降，故一般不採用高磁導率的磁禁止，而採用高電導率的材料做電磁禁止。在電磁材料中，因趨膚電流是渦電流，故電磁禁止又叫渦流禁止。

手錶

機械手錶里的機芯都是鋼製的。如果手錶放在磁鐵附近，鋼製機芯就會磁化。特別是當遊絲磁化後，表馬上就會停止不走。因此，手錶需要外罩一種能防禦磁力，使磁場透不過的物質。　有意思的是，能夠遮住外磁場的物質，原來就是容易磁化的鐵本身。為了證明這一點，你可把一個小指南針放在一個鐵環里，可以看到小磁針就不會被環外的磁鐵吸引了。所以，如果你有一塊用鐵或鋼做外殼的手錶，就可以保護表內的鋼製機件不受磁力影響。即使將表放在強磁場附近，它的精確度一點也不會降低。至於用金或銀做外殼的金表和銀表，雖然很貴重，但是千萬不能放到磁鐵附近，因為它不能防磁。可見，用鐵制包皮就能把外面的磁場遮住，使內部不受外磁場的影響，放在其中的鐵製品也就不會被磁化。這種現象在物理學中稱為磁禁止。

磁禁止電感