高频下常用的磁性材料
3.1铁氧体
铁氧体是一种非金属磁性材料,一般由铁、锰、镁、铜等金属氧化物粉末按一定比例混合压制成型,然后在高温下烧结而成的。由于它的制造方法与陶瓷相似,所以又称它为磁性瓷,在电性能上它呈半导体特性,外观上它呈深灰色或黑色,硬而且脆。铁氧体有两个突出的特点:一是电阻率高,二是磁导率高,这使它能够在很宽的频率范围内(从kHz到MHz)广泛应用,而且高频、低功率的磁心都由整块的铁氧体组成。从组成上分,铁氧体可分为MnZn铁氧体和NiZn铁氧体,它们在性能上存在一定的差异。
MnZn铁氧体的饱和磁密Bs一般为(0.2~0.35)T,电阻率为(10~103)Ω-m,居里温度在200℃左右,磁导率高,相对初始磁导率μi可高达10000,适合于1MHz以下做变压器和扼流圈等磁心。NiZn铁氧体比MnZn铁氧体电阻率更高,一般为(105~108)Ω-m,饱和磁密Bs为(0.3~0.5)T,磁导率比MnZn的低,居里温度高于MnZn铁氧体。它可用在(1~300)MHz的高频情况,性能优于MnZn铁氧体。但由于我国镍金属含量没有锰的含量丰富,NiZn铁氧体的价格要比MnZn铁氧体高很多。
值得注意的是:铁氧体的温度特性比较差,随着温度的升高,饱和磁密下降很明显。另外,由于铁氧体的饱和磁密不高(一般小于0.5T),因而它在低频下几乎不能使用。
3.2坡莫合金
坡莫合金实质上是铁镍(FeNi)合金,其矫顽力很低,而饱和磁密Bs、磁导率和居里温度都很高,接近于纯铁。多元坡莫合金,初始相对磁导率可达30000~80000,但是电阻率低,在10-7Ω-m左右,它可以被加工成极薄的薄片,所以可用在高达(20~30)kHz的工作频率。国内工程上常用厚度为0.02mm的坡莫合金薄带,另外也有0.005mm厚的薄带,但由于在磁心的卷绕过程中薄带表面要绝缘,致使它的填充系数大大降低,因此工程上很少使用。当应用频率超过30kHz以上时,由于坡莫合金的电阻率低,其损耗会明显增加。
3.3非晶、超微晶合金软磁材料
非晶态金属与合金是70年代才问世的新型软磁材料,它的基础元素由铁、镍、钴、硅、硼、碳等组成。一般地说:非晶态材料中,原子在空间的排列无秩序,不存在宏观的磁各向异性,没有晶态合金的晶粒、晶界存在,具有比晶体合金好得多的磁均匀一致性,所以它的磁化功率小、损耗很低,具有很强的耐腐蚀性、耐磨性,电阻率比晶态合金高2~4倍(比铁氧体低104左右)。由于非晶态合金的结构实质上是液体的过冷状态,与玻璃相似,所以也称为金属玻璃,把其中具有磁性的称为磁性玻璃。非晶合金的硬度很高,是硅钢的5倍,材料对应力特别敏感,经过良好的退火处理,可以使它的磁致伸缩趋于零。居里温度Tc约为(300~600)℃。特别适合于应用在(20~100)kHz的开关电源磁件中。非晶材料一般可分为铁基、铁镍基、钴基和超微晶合金。这几类合金各有不同的特点,在不同的方面得到应用。铁基非晶具有较高的饱和磁密(1.4~1.8)T,铁损低、成本低,可广泛用于20kHz以下的配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、逆变器等。它代替硅钢做配电变压器,可以大幅度降低空载损耗和噪音,负载损耗和整体重量也会下降,可节能60~70%,而且降低了对环境的噪声污染。目前,对非晶材料应用于工频配电变压器的研究以美国和日本最为活跃,我国也在80年代中期开展了这方面的研究和试制。西班牙Bilbao-ABBTrofodlsSA公司最近制造的三相(250~630)kVA非晶变压器性能 |