2.1.3 铁磁材料性质

铸钢、硅钢片、铁及其与钴镍的合金、铁氧体等铁磁物质是一类性能特异、用途广泛的材料，高导磁性、磁饱和性和磁滞性是铁磁性材料的三大主要性能。

铁磁材料具有高导磁性能，是因为其内部存在着强烈磁化过的自发磁化单元，称为磁畴。在正常情况下，磁畴是杂乱无章地排列着，因而对外不显示磁性。但在外磁场的作用下，磁畴沿着外磁场的方向做出有规则的排列，从而形成了一个附加磁场叠加在外磁场上。由于铁磁材料的每个磁畴原来都是强烈磁化了的，它们所产生的附加磁场的强度，要比非铁磁物质在同一外磁场作用下所产生的磁场强得多。非铁磁材料的导磁系数都接近于真空的导磁系数。而铁磁材料的导磁系数远远大于真空的导磁系数。因此，在同样的电流下，铁心线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多。

在非铁磁材料中，磁感应强度B与磁场强度H成正比，它们之间呈线性关系。铁磁物质的磁化过程很复杂，一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁化规律，用B＝f（H）描述的关系曲线称为磁化曲线。磁饱和性即磁性材料的磁化磁场B随着外磁场H的增强，但并非无限制增强，而是当全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场一致时，它们所产生的附加磁场已接近最大值，此时即使H再增大，B的增加也很有限。即铁磁性材料的磁化曲线是非线性的，如图2-3所示。

图2-3 铁磁材料磁化曲线

当磁化电流为交变电流使铁磁物质被反复磁化时，在电流变化一次时，磁感应强度B随磁场强度H而变化的关系如图2-4所示，是一条对称于原点的闭合曲线，称为磁滞回线，Bm为饱和磁感应强度。由图可见，当H已减到零值时，B并未回到零值，有剩磁Br。这种磁感应强度B滞后于磁场强度H变化的性质称为铁磁物质的磁滞性。为消除剩磁，必须加反向磁场Hc，称为矫顽磁力。

图2-4 铁磁材料磁滞回线

由于存在磁滞现象，铁磁材料的磁化过程是不可逆的。产生磁滞现象的原因是铁磁材料中磁分子在磁化过程中彼此具有摩擦力而互相牵制。由此引起的损耗称为磁滞损耗，它是导致铁磁性材料发热的原因之一。铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗称为涡流损耗。磁滞损耗、涡流损耗统称铁心损耗。

对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。不同的铁磁材料，其磁化曲线和磁滞回线都不一样。

电机中常用的铁磁材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。具有磁导率很高、易磁化、易去磁等显著特点，一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等；硬磁材料也称永磁材料，具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。磁导率不太高、但一经磁化能保留很大剩磁且不易去磁，一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。此外，矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。