【正文】 對磁導(dǎo)率 μr＝ μ/μ0。 μ0為真空中的磁導(dǎo)率，鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率可高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。 當(dāng) H=0 時， ， μi稱為起始磁導(dǎo)率（ initial permeability）。 對那些工作在弱磁場下的軟磁材料，如信號變壓器、電感器的鐵心等，希望具有較大的 μi， 這樣可在較小的 H下產(chǎn)生較大的 B，在弱磁場區(qū) μH曲線存在的極大值 μm稱為最大磁導(dǎo)率。對在強(qiáng)磁場下工作的軟磁材料，如電力變壓器、功率變壓器等．則要求有較大的 μm。 ?????BHi lim0?圖 519 B， μ與Ｈ關(guān)系曲線 圖 520表示磁疇壁的移動和磁疇的磁化矢量的轉(zhuǎn)向及其在磁化曲線上起作用的范圍?？梢钥闯?， 當(dāng)無外施磁場，即樣品在退磁狀態(tài)時，具有不同磁化方向的磁疇的磁矩大體可以互相抵消，樣品對外不顯磁性 。在外施磁場強(qiáng)度不太大的情況下，疇壁發(fā)生移動，使與外磁場方向一致的磁疇范圍擴(kuò)大，其他方向的相應(yīng)縮小。這種效應(yīng)不能進(jìn)行到底，當(dāng)外施磁場強(qiáng)度繼續(xù)增至比較大時，與外磁場方向不一致的磁疇的磁化矢量會按外場方向轉(zhuǎn)動。這樣在每一個磁疇中，磁矩都向外磁場 H方向排列，處于飽和狀態(tài)，此時飽和磁感強(qiáng)度用 Bm表示，飽和磁化強(qiáng)度用 Ms 表示，對應(yīng)的外磁場為 Hs。此后， H再增加， B增加極其緩慢，與順磁物質(zhì)磁化過程相似。其后，磁化強(qiáng)度的微小提高主要是由于外磁場克服了部分熱騷動能量，使磁疇內(nèi)部各電子自旋方向逐漸都和外磁場方向一致造成的。 圖 520 磁化曲線分布示意圖 磁化過程（ a） 磁疇擴(kuò)大（ b） 磁化矢量轉(zhuǎn)向（ c） （ 2）磁滯回線 當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場時， H和 B均為零，即圖 521中B～ H曲線的坐標(biāo)原點 O。隨著磁化場 H的增加， B也隨之增加，但兩者之間不是線性關(guān)系。當(dāng) H增加到一定值時， B不再增加（或增加十分緩慢），這說明該物質(zhì)的磁化已達(dá)到飽和狀態(tài)。Hs和 Bs分別為飽和時的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度 。如果再使Ｈ逐漸退到零，則與此同時 B也逐漸減少。然而Ｈ和Ｂ對應(yīng)的曲線軌跡并不沿原曲線軌跡 ao返回，而是沿另一曲線 ab下降到 Br，這說明 當(dāng)Ｈ下降為零時，鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁滯 （ hysteresis）， Br稱為剩磁 ，成為永久磁鐵。只有加反向磁場，再逐漸增加其強(qiáng)度，直到 H=﹣ Hc，使相反方向的磁疇形成并長大，磁疇重新回到無規(guī)則狀態(tài)， B才回到零。這說明 要消除剩磁，必須施加反向磁場 Hc， Hc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力 。圖 521表明，當(dāng)磁場按 HS→ ０ → ﹣ Hc→ ﹣ Hs→ ０ → Hc→Hs 次序變化時， B所經(jīng)歷的相應(yīng)變化為 Bs→Br→ ０ → ﹣ Bs→ ﹣ Br→ ０ → Bs。于是得到一條閉合的 B～ H曲線，稱為磁滯回線 。 圖 521 磁滯回線 所以，當(dāng) 鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器中的鐵心），它將沿磁滯回線反復(fù)被磁化 → 去磁 → 反向磁化 → 反向去磁 。 在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放 ，這種損耗稱為 磁滯損耗 (hysteretic losses)。磁滯回線表示鐵磁材料的一個基本特征。它的形狀、大小，均有一定的實用意義。可以證明， 磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比 。 由圖 521磁滯回線上可確定的 特征參數(shù)為： a) 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs(saturation magic flux density) 是在指定溫度（ 25℃ 或 100℃ ）下，用足夠大的磁場強(qiáng)度磁化物質(zhì)時，磁化曲線達(dá)到接近水平時，不再隨外磁場增大而明顯增大（對于高磁導(dǎo)率的軟磁材料，在 μr=100處）對應(yīng)的 B值。 b) 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br（ remanence） 鐵磁物質(zhì)磁化到飽和后，又將磁場強(qiáng)度下降到零時，鐵磁物質(zhì)中殘留的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即為 Br。成為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱 剩磁 。 c) 矯頑力 Hc（ coercivity） 鐵磁物質(zhì)磁化到飽和后，由于磁滯現(xiàn)象，要使磁介質(zhì)中 B為零，須有一定的反向磁場強(qiáng)度 H，該磁場場強(qiáng)度稱為 矯頑力 Hc。 需要指出的是， μ、 Mr和 Hc都是對材料組織敏感的磁參數(shù)，它們不但決定于材料的組成 (化學(xué)組成和相組成 )，而且還受顯微組織的粗細(xì)、形態(tài)和分布等因素的強(qiáng)烈影響，即與材料的制造工藝密切相關(guān)，是材料磁滯現(xiàn)象的表征。不同的磁性材料具有不同的磁滯回線，從而使它們的應(yīng)用范圍也不同。具有小 Hc值、高 μ的瘦長形磁滯回線的材料，適宜作軟磁材料。而具有大的 M r和 Hc、低 μ的短粗形磁滯回線的材料適宜作硬磁 (永磁 )材料。而 Mr／ Ms從接近于 1的矩形磁滯回線的材料，即矩磁材料則可作為磁記錄材料?？傊ㄟ^材料種類和工藝過程的選擇可以得到性能各異、品種繁多的磁性材料。 就靜態(tài)磁性來說，一般金屬磁性材料要達(dá)到 Hc＞8 l04Am1是相當(dāng)困難的，但鐵氧體卻可得到很高的 Hc例如，鋇鐵氧體可得到 Hc= l04Am1；而鐵氧體的 Ms較低，而金屬磁性材料的 Ms都較高。圖 522示出了鐵氧體與金屬磁性材料磁滯回線的比較 。 圖 522 鐵氧體與金屬磁性材料磁滯回線的比較 第四節(jié) 磁性材料的動態(tài)特性 大多數(shù)鐵磁材料 (包括亞鐵磁體 )都是在磁路中起傳導(dǎo)磁通的作用，即作為通常所說的 “鐵芯”或“磁芯” 。例如， 電機(jī)和電力變壓器使用的鐵芯材料 在工頻范圍工作，是一個交流磁化過程。 磁性材料在交變磁場，甚至脈沖磁場作用下的性能統(tǒng)稱磁性材料的動態(tài)特性 。由于這種材料用量很大，又常工作在高磁通密度的條件下，因此工程上必須考慮 節(jié)能指標(biāo) ，而 消耗的電能一大部分是鐵芯的損耗，稱為“鐵耗” 。對高頻條件下工作的磁芯材料而言，能量損耗本不是件大不了的事情，但 能量損耗會引起磁芯品質(zhì)因子 Q值的降低 。因此， 在高頻條件下工作的磁芯材料 也必須考慮磁芯的 高頻損耗問題 。 交變磁場的頻率如果很高，材料的磁化強(qiáng)度就不再處于能量最低的狀態(tài)，于是就出現(xiàn)磁化強(qiáng)度朝能量極小方向運動的問題。除此之外，磁化強(qiáng)度也可以繞磁晶各向異性中的易軸進(jìn)動。這種進(jìn)動過程的固有頻率就是高頻磁芯使用頻率的上限。近來采用了一種新的磁記錄裝置 ——磁泡存儲器，其記憶和讀出過程是通過磁泡的傳遞實現(xiàn)的。為了提高記憶和讀出速度，必須設(shè)法提高磁泡的傳遞速度，這一傳遞過程決定于疇壁的動態(tài)特性。所以，材料的動態(tài)磁化特性關(guān)系到許多技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步。 交流磁化過程與交流回線 軟磁材料 的動態(tài)磁化過程與靜態(tài)的或準(zhǔn)靜態(tài)的磁化過程不同。 靜態(tài)過程只關(guān)心材料在該穩(wěn)恒狀態(tài)下所表現(xiàn)出的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B對磁場強(qiáng)度 H的依存關(guān)系。而不關(guān)心從一個磁化狀態(tài)到另一磁化狀態(tài)所需要的時間 。 交流磁化過程，由于磁場強(qiáng)度是周期性對稱變化的，所以 磁感應(yīng)強(qiáng)度也跟著周期性對稱地變化，變化一周期構(gòu)成一曲線稱為交流磁滯回線 （ dynamic magic hysteretic loop）。鐵磁材料在交變磁場中反復(fù)磁化時，由于磁化處于非平衡狀態(tài)，磁滯回線表現(xiàn)為動態(tài)特性。交流磁滯回線的形狀介于直流磁滯回線和橢圓之間，即在磁化場的振幅不變情況下，若提高頻率，則回線將逐漸變?yōu)闄E圓形，如圖 523所示。 圖 523 頻率提高時的磁化曲線 在交流磁化過程中，不同的交流幅值磁場強(qiáng)度 Hm，可有不同的交流回線，各交流回線頂點的軌跡，稱為 交流磁化曲線或簡稱 BmHm曲線 ，Bm稱為幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖所 524示。交流幅值磁場強(qiáng)度達(dá)到飽和磁場強(qiáng)度 Hs時， Bm不再隨 Hm明顯變化， BmHm關(guān)系呈現(xiàn)為一條趨于平直的可逆曲線，交流回線的面積不再隨 Hm變化，這時的回線， 稱為極限交流回線 。 由極限交流回線，可確定材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs，交流剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ ra，交流飽和矯頑力 Hcs。 圖 524 磁化曲線和磁滯回線 磁滯損耗和趨膚效應(yīng) 當(dāng)外磁場的振幅不大 (磁化基本上為可逆 )時，得到在原點附近具有正負(fù)對稱變化的磁滯回線稱為 瑞利磁滯回線 ，如圖 525示。 圖 525 瑞利磁滯回線 由于瑞利磁滯回線可用解析式表達(dá)，故利用它可以求出回線所包圍的面積 ——磁滯損耗為 ： 528 由式（ 528）知， 由壁移引起的磁滯損耗 Wh不但與磁化場的頻率 f成正比，與磁化場振幅 Hm的三次方成正比，還和瑞利常數(shù) η成正比 ，瑞利常數(shù)的 物理意義表示磁化過程中能量不可逆部分的大小。 表 52 給出一些鐵磁材料的瑞利常數(shù)。 334mh HfW ?? 當(dāng)鐵磁材料進(jìn)行交變磁化時，鐵磁導(dǎo)體內(nèi)的磁通量也將發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這種變化將在鐵磁導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生垂直于磁通量的環(huán)形感應(yīng)電流 ——“渦流”。 這種渦流產(chǎn)生的損耗稱渦流損耗 （ eddycurrent loss）。 均勻磁化 時，其單位體積內(nèi)的損耗為： 529 非均勻磁化 時 530 由式（ 530）可見， 渦流大小與材料的電阻率成反比。金屬材料渦流比鐵氧體要嚴(yán)重得多 。 2208 ???????dtdMrP?2202???????dtdMrP? 除了宏觀渦電流以外， 磁性材料的磁疇壁處，還會出現(xiàn)微觀渦電流 。渦電流的流動，在每個瞬間都會產(chǎn)生與外磁場產(chǎn)生的磁通方向相反的磁通，越到材料內(nèi)部，這種反向的作用越強(qiáng)，致使磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度沿樣品界面嚴(yán)重不均勻。也即這種渦流又將產(chǎn)生一個磁場來阻止外磁場引起的磁通變化。因此， 鐵磁體內(nèi)的實際磁場總是要滯后于外磁場，這就是渦流對磁化的滯后效應(yīng) 。若交變磁場的頻率很高，而鐵磁導(dǎo)體的電阻率又較小，則 可能出現(xiàn)材料內(nèi)部無磁場，磁場只存在于鐵磁體表層的趨膚效應(yīng) 。這就是金屬軟磁材料要軋成薄帶使用的原因 ——減少渦流的作用 。正是這種趨膚效應(yīng)產(chǎn)生了所謂的 渦流屏蔽效應(yīng) 。