磁性材料基础知识

1磁性材料基础知识（入门）磁性材料：概述：磁性是物质的基本属性之一。磁性现象是与各种形式的电荷运动相关联的，由于物质内部的电子运动和自旋会产生一定大小的磁场，因而产生磁性。一切物质都具有磁性。自然界的按磁性的不同可以分为顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，反铁磁性物质，以及亚铁磁性物质，其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为磁性材料。1.磁性材料的分类，性能特点和用途：铁氧体磁性材料，一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。他们大多具有亚铁磁性。特点：电阻率远比金属高，约为1-10（12次方）欧/厘米，因此涡损和趋肤效应小，适于高频使用。饱和磁化强度低，不适合高磁密度场合使用。居里温度比较低。2铁磁性材料：指具有铁磁性的材料。例如铁镍钴及其合金，某些稀土元素的合金。在居里温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。3亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，例如各种铁氧体，在奈尔温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。4永磁材料：磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性，特点是矫顽力高和磁能积大。可分为三类，金属永磁，例，铝镍钴，稀土钴，铷铁硼等。铁氧体永磁，例，钡铁氧体，锶铁氧体，其他永磁，如塑料等。5软磁材料：容易磁化和退磁的材料。锰锌铁氧体软磁材料，其工作频率在1K-10M之间。镍锌铁氧体软磁材料，工作频率一般在1-300MHZ26.金属软磁材料：同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力，例如工程纯铁，铁铝合金，铁钴合金，铁镍合金等，常用于变压器等。术语：1饱和磁感应强度：(饱和磁通密度)磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。在实际应用中，饱和磁感应强度往往是指某一指定磁场（基本上达到磁饱和时的磁场）下的磁感应强度。2剩磁感应强度：从磁性体的饱和状态，把磁场（包括自退磁场）单调的减小到0的磁感应强度。3磁通密度矫顽力，他是从磁性体的饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度，使磁感应强度B减小到0时的磁感应强度。4内禀矫顽力：从磁性体的饱和磁化状态使磁化强度M减小到0的磁场强度。5磁能积：在永磁体的退磁曲线上的任意点的磁感应强度和磁场强度的乘积。6起始磁导率：磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值。7损耗角正切：他是串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值，其物理意义为磁性材料在交变磁场的每周期中，损耗能量与储存能量的2派之比。8比损耗角正切：这是材料的损耗角正切与起始导磁率的比值。9温度系数：在两个给定温度之间，被测的变化量除以温度变化量。10磁导率的比温度系数：磁导率的温度系数与磁导率的比值。11居里温度：在此温度上，自发磁化强度为零，即铁磁性材料（或亚磁性材料）由铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度。3磁性材料的命名方法：由4部分组成:1材料类别：以汉语拼音的第一个字母表示:R—软磁，Y—永磁，X---旋磁，J---矩磁，A---压磁。2材料的性能，用数字表示。3材料的特征以汉语拼音表示。4序号。第三部分的特征代号：（仅限于软磁材料）Q—高QB—高BSU—宽温度范围X—小温度系数H—低磁滞损耗F—高使用频率D—高密度T—高居里温度Z—正小温度系数铁氧体零件的命名方法：1零件的用途和形状，以拼音或英文表示。2区别第一部分相同而形状不同的零件，以汉语拼音字母表示。3零件的规格，以零件的特征尺寸或序号表示。4材料牌号，零件的等级或使用范围。常用磁环的实测数据：在以下测试中，均以401ALCR测试仪SER/1KHZ档常温测试，以0.1*15芯30cm导线平绕3圈测得值。各取样本10个取平均值，可供参考。30*18*12磁环：电感量平均值为：99.5mh最大正误差：+25%最大负误差：-36.5%Q平均值为：19.84最大正误差：+22%最大负误差：-27.5%48*28*12铁环：电感量平均值为：584uh最大正误差：+10%最大负误差：-17%Q平均值为：0.633最大正误差：+10%最大负误差：-10.4%58*38*12铁环：电感量平均值为：381uh最大正误差：+11%最大负误差：-14.7%Q平均值为：0.714最大正误差：+11%最大负误差：-8.8%磁环工艺特性试验：（1999年12月5日）在本例试验中采用58*38*12铁环10个批量跟踪试验的方法，求出磁环在浸漆，高温，等情况下对性能的影响。（0.15*153扎，ser/1khz）1浸漆前：时间：10：00电感平均值：381.23uhQ平均值：0.71422浸漆后：时间：14：00电感平均值：391.99uhQ平均值：0.70713高温65度：时间：15：30电感平均值：393.21uhQ平均值：0.70244复测：时间：16：40电感平均值：392.64uhQ平均值：0.70675Mn-Zn铁氧体的温度稳定性高精尖特别是高靠的工程技术要求有高的温度稳定性。1：要获得有温度稳定性的软磁材料，通常采用过铁的配方，当Fe2O3的含量控制在53.2mol%时，可以获得很好的温度稳定性；且通过适当的控制Fe2+和Co2+的比例，可以获得到多个K1补偿点，在较宽温度范围内得到平坦的μ~T的曲线。另外，在一定的温度范围内，因Ti4+的进入及梯度分布将使各区域的μ~T的曲线的两个极大值位置在晶体内部各处不同，叠加起来就导致了μ~T曲线平坦。但是若晶粒尺寸增大，将使Ti4+梯度不明显，晶界也相对变薄，降低了这种不均匀的分布。就会增强μ~T的曲线两峰值的尖锐度，从而材料的温度特性变坏。2：烧结温度和氛围是影响铁氧体性能的一个关键环节，严格控制烧结温度和氛围，使Fe2+保持在一定的范围，也是降低温度系数的方法之一。另外，铁氧体的微观结构与材料稳定性冶游密切的关系。一般情况下，晶粒均匀一致，气孔少而分布散的材料，温度特性较好，而晶粒大小不均、有双重结构、巨晶内部有气孔的材料，由于畴壁的阻力较大，在μ~T曲线上出现相当大的凹谷，温度稳定性较差。除了Fe2+、Co2+、Ti4+能改善μ~T特性外。还可以用掺入AL2O3和Cr2O3的方法来降低温度系数。另外，大家都知道，铁氧体由金属氧化物通过一定的配比组成，所以，一价和二价的金属氧化物杂质加到基本物料中将引起Fe2+含量的减少；而三价和四价氧化物的加入，将使Fe2+增加。因此，要获得低的温度系数材料，从配方上考虑应该采用过铁配方。~~~~各种电感特性~~~~1:工字型电感;2:色环电感;3:空芯电感:4:环形线圈电感;65:贴片叠层高频电感;6:磁棒电感;7:SMD贴片功率电感;8:穿心磁珠9:贴片磁珠;10:贴片高频变压器,插件高频变压器;所列出來的電感,各式各樣,我不知道有沒有人這樣想過,甚或自己嘗試解答過.為什麼有各式各樣的電感?歸納整理,我認為是應用,物理,技術,材料,製程,成本,…等等妥協後的產物.現時出現在市面上的產品,是綜合以上妥協後,一時一地的最佳化產品.請留意我說”一時一地”這四個字,這意味著現時的產品,全都不是極致的產品!這代表我們發展的空間是無限寬廣的,只要我們肯用心瞭解,用心去研究,更佳化的產品將陸續出現,我舉一例子,客戶希望最有效利用空間,他們最喜歡方形形狀的產品.而電感的中軸,我們最方便,最有效的製程形狀是圓形.如何將圓形的東西放在方形的空間,發揮最大的效果,這就是妥協!1:工字型電感;它的前身是撓線式貼片電感,工字型電感是它們的改良,擋板有效加強儲能能力,改變EMI方向和大小,亦可降低RDC.它亦可說是訊號通訊電感跟POWER電感的一種妥協.⑴.貼片式的工字型電感主要用於幾百kHz至一兩MHz的較小型電源切換,如數位相機的LED升壓,ADSL…等等的較低頻部份的訊號處理或POWER用途.它的Q值有20,30,做為訊號處理頗為適合.⑵.RDC比撓線式貼片電感低,作為POWER也是十分好用.當然,很大顆的工字型電感,那肯定是POWER用途了.工字型電感最大的缺點,仍是開磁路,有EMI的問題,另外,噪音的問題比撓線式貼片電感大.我個人認為,工字型電感肯定不是最佳化的結構,改良空間仍是十分大,歡迎有興趣的朋友一起研討!2:色環電感;7色環電感是最簡單的棒形電感的加工,主要是用作訊號處理.本身跟棒形電感的特性沒有很大的差別,只是多了一些固的物,和加上一些顏色方便分辨感值,因單價算是十分便宜,現時比較不注重體積,以及仍可用插件的電子產品,使用色環電感仍多.因為是插件式,而且太傳統了,被時代淘汰是時間的早晚.3:空芯電感:空心電感主要是訊號處理用途,用作共振,接收,發射….等等.空氣可應用在甚高頻的產品,故此很多變異要求不太高的產品仍在使用.因為空氣不是固定線圈的最佳材料,故此,在要求越來越嚴格的產品趨勢上,發展有限!4:環形線圈電感;環形線圈電感,是電感理論中很理想的形狀,閉磁路,很少EMI的問題,充分利用磁路,容易計算,幾乎理論上的好處,全歸環形線圈電感,可是,有一個最大的缺點,就是不好撓線,製程多用人工處理.現在中國人多,女孩子眼明手細,不過,誰願意讓年青活潑的女孩子浪費青春!早晚請不到人!但用機器的話,環形撓線的競爭力,仍有待做機械和電子控制的工程師來提升.環形線圈電感雖然是電感中很理想的形狀,但因為主要是人工撓線,作為訊號處理,因為要求較高,所以比較少用.但很小很小的環形線圈電感,卻仍是用量十分大.主要是用在高頻,高感的通訊產品上.環形線圈電感最大量的,是用鐵粉芯作材料,跟樹脂等混在一起.使得Airgap均勻分佈在鐵粉芯內部,做電感的,有一定的敏感度,當我們看到Airgap二字,就知道是用在power上.故此,鐵粉芯環形線圈電感,是power電感最常用的一種.IDC可以達到20多安培.我覺得,環形線圈電感的改良空間是十分大的,不妨往這方向研發和思考.鐵粉芯環形線圈電感的優點是環形,但缺點亦是環形.我前便曾說,使用者最喜歡的形狀是方形,故此,在妥協下,環形線圈電感並不是最具優勢.5:貼片疊層高頻電感;貼片疊層高頻電感,其實就是空心電感.特性完全相同,不過因為容易固定,可以小型化.貼片疊層高頻電感跟空心電感比較,因為空氣不是好的固定物,但空氣的相對導磁率是一,在高頻很好用,故此,找一些相對導磁率是一,又是很好的固定物,那不是很好.事實,世間絕大部份的物質,對導磁率都是一,最便宜的就是石頭.貼片疊層高頻電感的材質就是石頭.石頭就是矽啦!三氧化二鋁等等的材質,也是一樣的用意啦.8總之,貼片疊層高頻電感材質的目的,是可以做成積層貼片,方便印刷線路.我們不單不希望貼片疊層高頻電感的材質有特性,我們希望它完全沒有特性更佳.使得貼片疊層高頻電感特性完全像空心線圈,而且因為能固定,所以變異很小很小,在製程上,因為疊層製程,更可以儘量小型化.Z=2*圓週率*頻率*電感值2和圓週率是常數,不管它們.相同的阻抗,頻率越高,代表電感值可以越小,現時通訊產品的頻率就是越來越高,這代表,感值需求越來越小.感值越小,代表我們可以做得更小顆,更不用高導磁率的磁性材料,用空氣,用石頭就可以了.所以,貼片疊層高頻電感的使用量一定會越來越多,這是人類發展的必然趨勢.貼片疊層高頻電感跟貼片撓線式高頻電感的比較,貼片疊層高頻電感的Q值不夠高,是最大的缺點,但我可以確定,現在市面上的貼片疊層高頻電感Q值,肯定不是這產品的極限,故此,改善的空間仍是十分寬廣.另外,因為高頻產品的變異要求十分嚴格,所以,材質對溫度的變化,也是台灣和中國貼片疊層高頻電感,尚無法跟日系強烈對抗的重要原因!唉!那些大老闆真不知是吃甚麼長大的,怎麼說他們才會聽!老是想著殺價!殺價只是競爭手段之一,為什麼不想想看從技術去提升競爭力呢!台灣和中國都養了一些非專業的飯桶,更慘的是,他們都是當權者!我們電感技術怎會進步啊!我喜歡女孩子嬌嫩潤滑的雙手,我不忍心女孩子都是六指琴魔啊!最後,因為感值會越來越小,精準度要求越來越高,貼片疊層高頻電感會取代貼片撓線式高頻電感,南海十一郎預測,5年到10年後,貼片薄膜高頻電感,也會取代貼片疊層高頻電感.研究和市場方向,要抓對啊!6:磁棒電感;磁棒電感是空心電感的加強.電感值跟導磁率成正比,塞磁性材