第五章磁性材料近年来，磁性材料又有了突飞猛进的发展，一些新型的磁性材料受到了重砚，并正在走向实用。如稀土永磁材料，室温磁致冷材料、新型的多层膜磁记录材料、有机铁磁材料、准晶、非晶材料；铁氧体材料、铁电反铁磁材料等已成为近几年来磁性功能材料领域研究的热点。磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。磁性材料的应用已涉及到工、农、医、现代科技、国防和人类生活的各个领域。据统计1994年全球磁性材料产量约650一750万吨。产值100亿美元以上。全球每人每年消耗磁性材料价值2美元。全球磁性材料需求量每年以l0％一25%速度增长。新型磁性材料、新技术和新工艺不断涌现。是最活跃的材料领域之一。5.1软磁材料软磁材料的种类很多，大致可分为金属软磁材料及软磁铁氧体。现有软磁材料若按磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等；若按材料的成分，可分为电工纯铁、Fe-Si合金、Ni-Fe合金、Fe-A1合金(包括Fe-Si-Al合金)和Fe-Co合金等；也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。金属软磁(合金)材料是磁性材料中用途最广，用量最大的一类材料，包括纯铁，电工钢，合金及非晶态合金。不同的工作条件，对材料的性能要求亦有不同：在强磁场下工作的磁性部件，如电力工业中大量使用的电动机、发电机、大功率变压器、电磁铁等，要求所用的磁性材料应具有高的饱和磁感应强度，价格便宜，生产工艺简单，便于大批生产；在通讯技术中常用的变压器、换能器的铁芯，磁屏蔽材料及有关磁性元件，基本上是在弱磁场下工作，要求相应的材料具有高的磁导率。软磁材料的种类很多，大致可分为金属软磁材料及软磁铁氧体。现有软磁材料若按磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等；若按材料的成分，可分为电工纯铁、Fe-Si合金、Ni-Fe合金、Fe-A1合金(包括Fe-Si-Al合金)和Fe-Co合金等；也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。5.1.1电工用纯铁表5-l几种电工用纯铁的磁性能影响纯铁磁性能的因素有多种，包括晶粒的结晶轴对磁化方向的取向关系，纯铁中的杂质，晶粒大小，金属的塑性变形，加工过程中的内应力等等。为了改善纯铁的磁性能，除严格控制冶炼与轧制过程，还可以采用高温长时间氢气退火，消除晶格畸变和内应力，粗化晶粒。电工用纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场下工作，涡流损耗大。在纯铁中加入少量硅(0.38％~0.45％)形成固溶体，可以提高合金电阻率，减少材料涡流损耗。随着纯铁中含硅量的增加，磁滞损耗降低，而在弱磁场和中等磁场下，磁导率增加。但硅含量高于4％，材料变脆。不同的工作环境，对硅钢片的性能提出了不同的要求，一般将实用的硅钢片按强磁场、中等磁场(5~1000A／m)、弱磁场(0.2~0.8A／m)下工作来分类。硅钢片的机械性能与硅含量、晶粒大小、结晶结构、有害杂质(碳，氧，氢)含量分布状况以及钢板厚度有关，在很大程度上取决于有害杂质含量、冶炼方法、轧制的压下制度、退火温度和介质以及钢板表面状况等。硅钢片的磁性能同样与硅含量、冶炼过程、热处理工艺、晶粒大小有关。一般认为，硅含量在6％~6.5％的钢具有高的磁导率(μi，μm)，硅也使铁的磁各向异性和磁致伸缩降低。考虑到硅钢的机械性能及加工工艺性能，其中硅的含量不宜超过4％。另外，碳、氢、硫、锰等元素均对合金的磁性能有不利影响；增大晶粒可以改善硅钢的磁性能，但使磁滞损耗增加。为了进一步提高电工钢的磁性能，高斯研制了具有取向结晶结构的硅钢片—高斯织构硅钢片(冷轧取向硅钢片)。这种结构中，α铁晶格的易磁化方向[100]轴与轧制方向吻合，难磁化方向[111]轴与轧制方向成55˚角，中等磁化轴[110]与轧制方向成90˚角，如图5-1所示。这种织构以符号(110)[100]表示，(110)面与轧制面吻合，而[100]方向与轧制方向吻合。由于结构上特点，冷轧取向硅钢片具有磁各向异性，在强磁场内，单位铁损的各向异性最大，在弱磁场中，磁感应强度和磁导率的各向异性最大。因此，用这种硅钢片制铁芯时常采用转绕方式。立方织构硅钢片指晶粒按立方体取向，即立方体的(100)面与轧制面相吻合，立方体的棱[100]轴沿轧制方向取向。立方体的棱即易磁化方向是沿着和横着轧制方向取向的，中等难磁化轴[110]则与轧制方向成45˚角，而最难磁化轴[111]则偏离磁化平面。立方织构硅钢在性能上优于上述高斯织构硅钢，如果两种织构合金的含硅量相同，立方织构极薄带钢的磁导率比高斯织构带钢高；沿轧制和垂直于轧制方向切取的立方织构试样，无论在弱磁场或强磁场内，都具有同样高的磁导率。表5-2为两种织构硅钢片性能比较。虽然立方织构硅钢片显示了诸多优势，但限于其制