高磁導率材料

所謂高磁導率材料，指的是磁導率大約在100以上的鐵磁性材料。也稱之為軟磁性材料。這類材料要求磁導率高，飽和磁感應強度大，電阻高，損耗低，穩定性好等。其中尤其是高磁導率和低損耗最重要。

基本介紹

• 中文名：高磁導率材料
• 外文名：high-permeability material  
• 特點：高磁導率和低損耗等
• 典型材料：軟鐵，軟磁等
• 套用：低頻磁場禁止等
• 套用學科：網路和接口

定義

所謂高磁導率材料，指的是磁導率大約在以上的鐵磁性材料。也稱之為軟磁性材料。

這類材料要求磁導率高，飽和磁感應強度大，電阻高，損耗低，穩定性好等。其中尤其是高磁導率和低損耗最重要。生產上為了獲得高磁導率的磁性材料，一方面要提高材料的值，這由材料的成分和原子結構決定；另一方面要減小磁化過程中的阻力，這主要取決於磁疇結構和材料的晶體結構。因而必須嚴格控制材料成分和生產工藝。右圖列出了各種磁介質的磁導率。

起始磁導率高，即使在較弱的磁場下也有可能儲藏更多的磁能。損耗低，當然要求電阻率高，也要求儘可能小的矯頑力和高的截至頻率。但磁導率和截至頻率的要求往往是矛盾的，在不同頻段和不同器件上使用時又有不同要求，因此通常根據不同頻段下的使用情況選用系統、成分、性能不同的鐵氧體。如在音頻、中頻和高頻範圍選用的尖晶石鐵磁體，基本上是含鋅的尖晶石，最主要的是Ni—Zn、Mn—Zn、Li—Zn鐵氧體；在超高頻範圍（），則用磁鐵石型六方鐵氧體。

材料獲得方法

提高飽和磁通密度的方法

為了提高值，必須選擇高飽和磁化強度的材料，即每個原子中的磁矩要大。在選擇中，只要按照斯萊特一泡林格(Slater—Pauling)曲線就可以。假如從這個曲線出發，想獲得高飽和磁通密度的材料，在允許的前提下提高磁性合金和化合物中的鐵的濃度和添加，是個有效的方法。

降低矯頑力，提高磁導率的方法

不難理解，從靜態磁化過程出發下述方法是合活的。從根本上講，採用提高合金和化合物的組成來提高，降低各向異性常數K和飽和磁致伸縮係數λs。其次，可以採用提高材料純度，用適當的機械加工和熱處理方法，獲得良好的結晶取向或磁疇取向，進而再減少雜質，氣孔和內部形變(應力)。這樣可以使降低。

降低磁損耗的方法

在交變磁場中，磁損耗分為磁滯損耗、渦流損耗和剩餘損耗。從經典的渦流損耗考慮，欲降低損耗可通過控制材料的組份來提高材料本身的電阻率，另外還可以將材料做成片狀或根據情況將材料製成粉狀微粒，在使用時相互間進行絕緣處理。從疇壁運動造成渦流損耗的觀點出發，為了降低值，只要通過增加材料中張力以提高疇壁數量就可以解決。

套用

低頻磁場禁止

低頻磁場是較難禁止的。利用高磁導率材料吸收損耗大的特點來禁止低頻磁場是一個常用的磁場禁止法。使用高磁導率材料應注意以下幾點：

(1)磁導率隨著頻率的升高而降低，材料手冊上給出的數據通常是直流時的磁導率。直流時的磁導率越高，其隨頻率升高降低得越快。

(2)高磁導率材料在經過加工或受到衝擊、碰撞後會發生磁導率降低的現象，因此必須在加工後進行適當的熱處理。

(3)磁導率與外加磁場的強度有關。當外加磁場適中時，磁導率最高；當外加磁場過強時，禁止材料會發生飽和，磁飽和時的場強與材料的種類和厚度有關。

當要禁止的磁場很強時，如果使用高磁導率材料，會因磁飽和而喪失禁止效能；而使用低磁導率材料，由於吸收損耗不夠，將不能滿足要求。遇到這種情況，可採用雙層禁止，如右圖所示。

零磁通電流感測器

目前，最有效的電流感測器是採用高磁導率材料製造的零磁通電流感測器，如坡莫合金、非晶態合金等。

一般感測器採用普通互感器原理，感測器工作在磁滯回線上很短的一個區域，這個區域可以近似為一條斜線，它們極易受材料內應力以及溫度的影響，造成磁滯回線變化，測試數據極不穩定。零磁通感測器是由1個形線圈、1個1/V變換器組成，如右圖所示。

右圖中原邊線圈流過電流時，在磁環內產生一個磁通，檢測線圈檢測到該磁通後，便控制電流源向補償線圈中提供一個補償電流，其大小與相同，而方向相反，與相抵消。若抵消不完全，則剩餘的磁通會被檢測線圈檢測到，進一步調節電流源的大小和方向。這是一個典型的自動負反饋系統，其最終平衡點是補償後磁環中的磁通為零(故稱為零磁通感測器)，此時經1/V變換後。

此感測器的關鍵在於整個系統工作在磁通為零的這個工作點，而不像傳統感測器工作在一條磁滯回線上，所以避免了傳統感測器的特性隨溫度漂移、非線性不好等缺點。即使電流在較大範圍內變化時，感測器也可正常工作。