崔錦華 郝利軍 王 遠

(1陜西金山電器有限公司 陜西咸陽 712000) (2咸陽陶瓷研究設(shè)計院 陜西咸陽 712000)

軟磁鐵氧體材料參數(shù)測量方法和技巧*

崔錦華1郝利軍1王 遠2

(1陜西金山電器有限公司 陜西咸陽 712000) (2咸陽陶瓷研究設(shè)計院 陜西咸陽 712000)

詳細介紹了生產(chǎn)中常用磁性材料的參數(shù)起始磁導(dǎo)率、溫度因數(shù)、居里溫度以及比損耗的測量方法，并對測量技巧做了深入的探討分析，為生產(chǎn)技術(shù)人員在磁性材料測量方面提供了借鑒。

測量方法 起始磁導(dǎo)率 溫度因數(shù) 比損耗 密度

前言

起始磁導(dǎo)率、溫度因數(shù)、比損耗、居里溫度是磁性材料最重要的磁性能參數(shù)之一。磁性材料在制備以及應(yīng)用中經(jīng)常需要快速、準(zhǔn)確地對其進行測量，以達到指導(dǎo)生產(chǎn)、控制質(zhì)量、提高效率的目的。

筆者從生產(chǎn)、科研的實用性出發(fā)，著重說明了磁性材料常用基本參數(shù)的測量原理、測試方法和步驟、測試結(jié)果分析及實驗操作中應(yīng)該注意的測試技巧。

1 起始磁導(dǎo)率μi的測量

1.1 定義和測試條件

1.1.1 定義

在規(guī)定條件下，鐵氧體材料磁化曲線起始點處磁導(dǎo)率的極限值稱為起始磁導(dǎo)率

式中，H和B為交變磁場的峰值，μ0=4π×10－7H/m。

1.1.2 測試條件

1)樣品的形狀和尺寸。樣品的形狀為環(huán)形，尺寸為R10～R36，測試時的繞制匝數(shù)通常是20匝，繞制導(dǎo)線的直徑為0.35mm。

2)測試環(huán)境的溫度。在無特殊規(guī)定的前提下，測試環(huán)境溫度為25℃。

3)測試頻率為f≤10kHz。

4)測試用磁通密度波形為正弦波，B≤0.25mT。

5)測試前的處理。在進行電磁性能測試前應(yīng)將樣品退磁，退磁的方法可以選擇交流退磁或熱退磁。

1.2 測試儀器和測試方法

1.2.1 測試儀器

1)首先要對測量μi儀器與設(shè)備進行校正，使其保持有足夠的精確度。

2)近年來由于電感測量儀已經(jīng)數(shù)字化，且準(zhǔn)確度較高，為0.01% ～1%，所以被廣泛應(yīng)用。通常選用可以調(diào)節(jié)測試電壓的電感測試儀，滿足B≤0.25mT的要求。

3)常用的測試儀表有 HP4274ALCR測量儀、HP4275ALCR測量儀等低頻測試儀器。

1.2.2 測量方法

測量μi的方法很多，有電壓電流法、電橋法、電感測試法等。隨著數(shù)字化儀表的快速發(fā)展，電感測試法幾乎取代了其他的方法，被人們廣泛地應(yīng)用，其測量公式為：

公式(2)中C1=Le/Ae(m－1)

式中：Le——樣環(huán)的有效磁路長度;

Ae——樣環(huán)的有效截面積;

N——測試線圈的匝數(shù);

L——電感的單位，H

1.3 測量技巧

1)在整個測試過程中，必須保護樣品使其不受機械沖擊、振動以及磁的干擾。

2)測試值會因樣品的幾何尺寸、測試頻率、機械應(yīng)力、磁場強度、溫度等變化而變化，因此必須正確地設(shè)定這些參數(shù)。

3)測量前樣品應(yīng)該保持中性，可以用交流退磁法或熱退磁法給樣品退磁。

4)樣品上應(yīng)纏一層絕緣帶，在絕緣帶上面均勻地纏繞一層絕緣導(dǎo)線。

5)一定要滿足B≤0.25mT，并保證測試線圈上的電壓U=4.44NfAeB，通常測試的線圈N的匝數(shù)為20匝。

6)由2個以上元件組成的樣品組件，必須注意磁芯間的接觸面是否緊固。

7)測試頻率應(yīng)盡可能地控制在低端，以避免線圈電容對測量值的影響。通常都要求即使以2倍的值也不會引起測量值可以忽略不計的變化。

8)磁通密度或外加磁場，也應(yīng)控制在足夠低的范圍內(nèi)。

2 溫度因數(shù)αF的測量

2.1 測量原理和設(shè)備

1)測量原理。溫度因數(shù)是磁性材料主要的溫度特性參數(shù)之一，按GB9632—88標(biāo)準(zhǔn)第9條規(guī)定的實驗方法進行測量，其計算公式為：

式中：Lθ——溫度在θ時的電感量;

Lref——溫度是 θref時的電感量;

θ——一般為55℃;

θref——一般為 25 ℃。

2)測量儀器設(shè)備。電感測量儀與起始磁導(dǎo)率測量相同，控制溫度的箱體可以按GB9632—88標(biāo)準(zhǔn)第9條選定。

2.2 測量方法

將繞有線圈的樣品環(huán)放入控溫箱中，至少做2個溫度沖擊循環(huán)來穩(wěn)定樣品。通常溫度循環(huán)的條件是：從低溫(25℃)到高溫(55℃)，再從高溫(55℃)到低溫(25℃)為一個循環(huán)周期。循環(huán)時控溫箱溫度變化的速率為1℃/min。兩次穩(wěn)定循環(huán)后，分別在規(guī)定的溫度下測試電感量 Lθ、Lref，測試前的保溫時間≥30 min。

2.3 測量技巧

1)溫度系數(shù)測試時1.3中的測試技巧都適用。

2)必須對測試溫度、測試溫度下的穩(wěn)定時間、各測試溫度間的溫度變化速率以及溫度程序調(diào)節(jié)的細節(jié)進行規(guī)定。

3)在測試的溫度范圍內(nèi)，材料環(huán)的電感量必須是單調(diào)變化。

4)放入控溫箱的樣品環(huán)的引出線應(yīng)盡量短，這樣可使引出線引起的電感忽略不計，否則應(yīng)該補償連接導(dǎo)線引起的電感，從而減少測量誤差。

5)測試溫度應(yīng)選擇接近實際狀態(tài)的溫度。

3 居里溫度

3.1 定義

磁性材料的磁特性因溫度的變化而變化，當(dāng)溫度上升到一定程度時，磁性材料就由鐵磁狀態(tài)或亞鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，這個轉(zhuǎn)變溫度就稱為居里溫度，用θc表示。

3.2 測試方法

首先，應(yīng)注意對電阻率低于10－3Ωm的樣品，在測試時須纏繞上耐高溫的絕緣帶或者涂上耐熱性絕緣涂料。

測定飽和磁化強度與溫度的關(guān)系曲線以及起始磁導(dǎo)率μi與溫度θ的關(guān)系曲線都可以確定居里溫度。通常最常用的方法是μi－θ曲線法。

把測試樣品放入控溫箱中，并將纏繞著絕緣帶的樣品連接到測試儀表—電感測試儀測試，從室溫開始，測量出不同溫度所對應(yīng)的電感量L，繪制出μi－θ曲線，在溫度下降部分求出最大值的80%的點與20%的點的連線的延長線與μi=1的直線的交點一次，作為居里溫度。

3.3 測試技巧

1)測試時的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量短。

2)樣品測試時線圈中的磁通密度B≤0.25mT。

3)在測試的過程中應(yīng)緩慢升高溫度，升溫速度≤1℃/min。

4)溫度的精度應(yīng)保持在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。

4 密度

4.1 測量原理

液體中的樣品，由于受到與樣品同體積液體的重量相等的浮力作用，在空氣中稱量，由這些值和液體的密度便可求出樣品的密度。

4.2 測量方法和計算

4.2.1 測量方法

1)充分干燥樣品后，稱重，讀到4位數(shù)(W1)。

2)把樣品浸入熔融石蠟中，經(jīng)過充分浸漬后取出，徹底去掉附著在表面上的石蠟。

3)稱量浸過石蠟的樣品，讀到4位數(shù)(W2)。

4)用吊線把樣品吊在水中，稱量吊在水中的樣品，讀到4位數(shù)(W3)。

5)在水中稱量吊線，讀到4位數(shù)(W4)。

4.2.2 計算

按下式求出密度為

d=W1·S/(W2－(W3－ W4))

式中：d——密度，(kg/m3);

W1——樣品在空氣中的質(zhì)量，kg;

W2——含浸石蠟樣品在空氣中的質(zhì)量，kg;

W3——含浸石蠟樣品在水中的質(zhì)量，kg;

W4——吊線在水中的質(zhì)量，kg;

S——水的密度，kg/m3。

4.3 測試技巧

1)為吊住樣品，吊線需有足夠的強度。

2)因吊線在水中發(fā)生體積變化引起的誤差可以忽略不計。

3)在水中測量時，水中應(yīng)沒有氣泡。

5 結(jié)語

軟磁鐵氧體材料性能測試是軟磁鐵氧體材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用過程中的重要環(huán)節(jié)，筆者著重介紹了幾種常見參數(shù)的測試方法和技巧，希望能對磁性材料的生產(chǎn)和應(yīng)用中的測量工作有所借鑒。

1 李國棟.2003～2004年磁性能功能材料及應(yīng)用研究新進展.稀有金屬材料與工程，2006，35(2)：169 ～171

2 王依琳，吳文駿，等.低溫快速燒結(jié)軟磁鐵氧體材料.無機材料學(xué)報，2003(3)：601 ～605

TM277

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1002－2872－(2011)05－0023－02

崔錦華(1966－)，主要從事磁性材料及器材件的測量及試驗。E－mail：119601303@qq.com