矩磁鐵氧體

矩磁鐵氧體壓磁鐵氧體

壓磁鐵氧體又稱為磁致伸縮材料。壓磁鐵氧體可以制成磁致伸縮元件，利用其磁致伸縮特性將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。壓磁鐵氧體有Ni-Zn、Ni-Cu、Ni-Mg、Ni-Co等系。其中，Ni-Zn鐵氧體的應(yīng)用最廣泛。

壓磁鐵氧體主要用于超聲、水聲器件、機(jī)械濾波器及電訊器件。利用壓磁鐵氧體的磁致伸縮效應(yīng)、磁致伸縮逆效應(yīng)，鐵氧體可應(yīng)用于測(cè)量形變、距離、壓力、速度、轉(zhuǎn)矩等。

矩磁鐵氧體旋磁鐵氧體

旋磁鐵氧體又稱微波鐵氧體。在高頻磁場(chǎng)作用下，平面偏振的電磁波在鐵氧體中按一定方向傳播過程中，偏振面會(huì)不停繞傳播方向旋轉(zhuǎn)的一種鐵氧體材料。廣泛應(yīng)用于微波領(lǐng)域(10⁸～10¹¹Hz)用于制作雷達(dá)、通信、電視、測(cè)量、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈系統(tǒng)等方面的微波器件。目前主要利用鐵氧體以下三方面特性制成微波器件：①鐵磁共振吸收性；②旋轉(zhuǎn)特性；③高功率非線性效應(yīng)。

常用的微波旋磁鐵氧體有尖晶石型和石榴石型兩大類，前者價(jià)格便宜，后者性能優(yōu)良。此外，在毫米波段也可使用六方晶系鐵氧體。在材料制備方面主要分為多晶、單晶、薄膜三大類。

鐵氧體在微波波段中具有許多特殊性質(zhì)和效應(yīng)。目前，主要利用鐵氧體如下三個(gè)方面的特性，制成微波器件：

a．鐵磁共振吸收現(xiàn)象：用于工作在鐵磁共振點(diǎn)的器件，例如共振式隔離器；

b．旋磁特性：用于各種工作在弱磁場(chǎng)的器件，例如法拉第旋轉(zhuǎn)器、環(huán)行器、相移器；

c．高功率非線性效應(yīng)：用作非線性器件，例如，倍頻器、振蕩器、參量放大器。

旋磁鐵氧體的種類很多。目前微波領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的旋磁鐵氧體主要是尖品石型鐵氧體和石榴石型鐵氧體.其中，尖晶石型鐵氧體的用途最廣。

矩磁鐵氧體是指具有矩形磁滯倒線的鐵氧體。矩磁鐵氧體主要用于電子計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程控制設(shè)備中，作為記憶元件：(存貯器)、邏輯元件、開關(guān)元件、磁放大器的磁光存儲(chǔ)器和磁聲存儲(chǔ)器。

鐵氧體磁芯具有開關(guān)時(shí)間短(幾十毫微秒)、體積小、制造方使、成本低等優(yōu)點(diǎn)。自1955年大量采用鐵氧體磁芯存貯器以來，鐵氧體磁芯存貯器一直處于統(tǒng)治地位。隨著電子計(jì)算機(jī)向大容量和高速化發(fā)展，鐵氧體磁芯也向小型化發(fā)展?，F(xiàn)在已制出6密爾的磁芯(1密爾=0.001英寸)。

隨著電子計(jì)算機(jī)向高速化、大容量方向發(fā)展，環(huán)形的磁芯尺寸日益小型化，直徑巳由原先的0.75 mm減小到0.3～0.5 mm水平，并還在繼續(xù)設(shè)法減小。它具有電阻率高、抗輻射性強(qiáng)、可靠性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。一般密度高、晶粒均勻、結(jié)晶各向異性較大的尖晶石型鐵氧體都可制成磁特性較好的矩磁材料。

矩磁鐵氧體應(yīng)用

矩磁鐵氧體具有矩形磁滯回線，并且矯頑力較大。這種材料廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等尖端科學(xué)技術(shù)中，用于制作記憶元件、開關(guān)元件、邏輯元件、磁放大器、磁光存儲(chǔ)器及磁性存儲(chǔ)器等。矩磁材料在磁性存儲(chǔ)器中主要用于制作環(huán)形磁芯，直到現(xiàn)在仍是內(nèi)存儲(chǔ)器用得最多的一種元件。

矩磁鐵氧體主要要求

從應(yīng)用觀點(diǎn)看，對(duì)矩磁鐵氧體的主要要求有以下幾點(diǎn)：

①高的剩磁比B_r/B_m，B_r/B_m在開關(guān)元件中是一個(gè)重要的參數(shù)，稱開關(guān)矩形比，也表示磁滯回線的矩形度；

②在某些特殊情況下還要求高的B_d/B_m，B_d/B_m也可稱為記憶矩形比，B_d為靜磁場(chǎng)達(dá)到H_m一半時(shí)的B值；

③矯頑力Hc要?。?

④開關(guān)系數(shù)要??；

⑤信噪比要高；

⑥溫度、振動(dòng)和時(shí)間的穩(wěn)定性要好。

矩磁鐵氧體存貯作用

矩磁鐵氧體磁芯的存貯作用是，利用矩形磁滯回線上與磁芯感應(yīng)B_m。大小相近的兩種剩磁狀態(tài) Br和-B_r，分別代表二進(jìn)位計(jì)算機(jī)的"0"和"1"(如圖1所示)。當(dāng)送進(jìn) I_m電流脈沖時(shí)，相當(dāng)于磁芯受到 H_m磁場(chǎng)的激勵(lì)而被磁化至 B_m，脈沖過去后，磁芯則保留 B_r狀態(tài)，表示存入信號(hào)"1"。反之，當(dāng)通過-I_m電流脈沖時(shí)，則保留-B_r狀態(tài)，表示存入信號(hào)"0"。在讀出信息時(shí)可通入-I_m脈沖。如果原存為信號(hào)"0"，則磁感應(yīng)的變化由-Br→-B_m，變化很小，感應(yīng)電壓也很小，近乎沒有信號(hào)電壓輸出。這表示讀出"0"。而當(dāng)原存為信號(hào)"1"時(shí)，則磁感應(yīng)由 Br→-B_m，變化很大，故有明顯的信號(hào)電壓輸出，表示讀出"1"。這樣，根據(jù)感應(yīng)電壓的大小，就可判別磁芯所存貯的信息。

鐵氧體形成矩形磁滯回線的條件是結(jié)晶各向異性和應(yīng)力各向異性。一般密度高、晶粒均勻、結(jié)晶各向異性較大的尖晶石型鐵氧體都可制成磁性能較好的矩磁材料。在常溫使用的矩磁鐵氧體有Mn-Mg、Mn-Cu、及Mg-Cd鐵氧體。在-65～ 125℃寬溫范圍內(nèi)使用的鐵氧體有Li-Mn、Li-Ni、Mn-Ni和Li-Cu等。

矩磁鐵氧體燒結(jié)工藝

各系列鐵氧體在燒結(jié)過程中，必須正確控制爐內(nèi)的氣氛，鎳鐵氧體和鎳錳鐵氧體所要求的氧含量是在中性的或稍具有還原性的氣氛中燒結(jié)。最常用的氣體是氮或二氧化碳。對(duì)成分中含有Mn₃O₄的鐵氧體，在溫度高于1000℃時(shí)，空氣已接近平衡的氣氛。但是，在較低的溫度，空氣或氧氣的氧化性都太強(qiáng)了，以致會(huì)析出Mn₂O₃，作為非磁性相夾雜物，同時(shí)由于熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生不應(yīng)有的應(yīng)變。解決燒結(jié)中氧化問題有二種方法，最簡(jiǎn)單的方法是把磁芯放在鉑盤內(nèi)燒結(jié)，以很快的速度通過氧化的溫度區(qū)(約600～1000℃)。另一種方法是把鐵氧體緩慢地冷卻，讓它們受到氧化，然后，再讓它們還原，即在保護(hù)氣氛(一般是氮?dú)庵兄匦录訜岬?000℃，并且在此氣氛中冷卻到600℃。這兩種方法都可采用。

磁泡是鐵氧體中的一種圓形磁疇，它在外磁場(chǎng)作用下具有自由移動(dòng)的特征,從磁性薄膜表面上看，上去就像氣泡，所以稱為磁泡。因它可以用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)而引起人們的廣泛關(guān)注。磁泡的大小只有數(shù)微米,單位面積存儲(chǔ)的信息量非常大,所以磁泡存儲(chǔ)器具有容量大、體積小功率小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn),是作為記憶信息元件的理想材料。

對(duì)磁泡材料，要求缺陷盡量少、透明度高。磁泡的遷移速度要快，材料的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能要好。正鐵氧體RFeO，(R是稀士元素)和石榴石型鐵氧體是最適合的磁泡材料，而后者更優(yōu)，其磁泡直徑小，遷移率高，已經(jīng)實(shí)用化。這種材料是以無磁性的釓鎵石榴石(Gd₅Ga₅O₁₂-GGG)作為襯底，以外延法生長(zhǎng)出能產(chǎn)生磁泡的含稀土元素石榴石薄膜。

一般將軟磁鐵氧體分為多晶和單晶軟磁鐵氧體兩大類，雖然多晶材料生產(chǎn)量比單晶材料大得多,幾乎用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,但因單晶軟磁鐵氧體材料具有獨(dú)特的性能，已成為一些高性能電子元器件不可缺少的軟磁材料。

鐵氧體磁瓦的磁性能表現(xiàn)在高頻時(shí)具有較高的磁導(dǎo)率。因而，鐵氧體己成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料。由于鐵氧體單位體積中儲(chǔ)存的磁能較低，飽合磁化強(qiáng)度也較低（通常只有純鐵的1/3-1/5），因而限制了它在要求較高磁能密度的代頻強(qiáng)電和大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。

電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，電磁轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確計(jì)算也會(huì)影響一臺(tái)電機(jī)的性能。最常用的兩種方法就是麥克斯韋應(yīng)力張量法和磁通法。這兩種方法都基于有限元計(jì)算，有限元分析軟件功能比較強(qiáng)大，可以通過節(jié)點(diǎn)磁位很容易計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩 。

電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)

直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由每極氣隙磁通和電樞電流共同作用產(chǎn)生的。

直流電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式T_K=9.55K_eI_K。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式：T=C_TΦI_a,其中C_T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Φ為每極主磁通，I_a為電樞電流。

直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在性質(zhì)上的介紹：1、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由電樞電流在磁場(chǎng)中受到電磁力產(chǎn)生的；2、電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，它是驅(qū)動(dòng)力矩，電動(dòng)機(jī)通過它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；3、發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，它是制動(dòng)力矩，發(fā)電機(jī)通過它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生及作用：1、直流電動(dòng)機(jī)，外加電源之后，勵(lì)磁線圈會(huì)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，電樞通電以后，就形成帶電導(dǎo)體。帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，就會(huì)受到力的作用從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這個(gè)促使電樞運(yùn)動(dòng)的力矩，就是電磁力矩（這個(gè)力矩是驅(qū)動(dòng)電樞運(yùn)動(dòng)的）。當(dāng)電樞開始運(yùn)動(dòng)之后，就又形成導(dǎo)體切割磁力線，從而導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生（感應(yīng)出）電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)我們稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。外電勢(shì)與感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系為：U=E IR，U為外電勢(shì)，E是內(nèi)電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)），I是電機(jī)電流，R是電機(jī)電阻。2、直流發(fā)電機(jī)，這個(gè)情況稍稍復(fù)雜一點(diǎn)。有的發(fā)電機(jī)是自勵(lì)磁（要求有剩磁），有的是外加勵(lì)磁電源。無論是哪種情況，都要求有磁的存在，當(dāng)電樞運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中切割磁力線的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)就是感應(yīng)電勢(shì)。跟電動(dòng)機(jī)同樣的道理，同時(shí)存在著一個(gè)電磁力矩，只是這個(gè)力矩是阻止電樞運(yùn)動(dòng)的，與外部拖動(dòng)電樞運(yùn)動(dòng)的裝置的力矩相平衡。同樣，外電勢(shì)與感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系為：E=U IR，U為外電勢(shì)，E是內(nèi)電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)），I是電機(jī)電流，R是電機(jī)電阻。

電磁轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)

定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互作用使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能對(duì)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線形成磁力線切割，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要低于定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，所以稱異步電機(jī)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為：

其中U₁ 為輸入電壓 ；

可以知道T∝U₁² 轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，設(shè)正常輸入電壓時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T₂ ，電壓下降使電磁轉(zhuǎn)矩T下降很多；由于T₂ 不變，所以T小于T₂ 平衡關(guān)系受到破壞，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差率S上升；它又引起轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式的變化，使轉(zhuǎn)子電流I₂上升。也就是定子電流I₁隨之增加（由變壓器關(guān)系可以知道）；同時(shí)I₂增加也是電動(dòng)機(jī)軸上送出的轉(zhuǎn)矩T又回升，直到與T₂相等為止。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又趨于新的穩(wěn)定值 。

電磁轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)的強(qiáng)度和繞組里的電流大小有關(guān)。磁場(chǎng)越強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩越大；電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大。

1. M=CmφI 其中：M---同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；Cm---同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；φ---同步發(fā)電機(jī)的磁通；I---同步發(fā)電機(jī)的電流。

2. 另外，也可用功率表示轉(zhuǎn)矩的公式：M=P/ω 其中：M---同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；P--- 同步發(fā)電機(jī)的輸出功率； ω---同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度。