干货 | 教你怎么看懂磁材料的磁化曲线

本篇文章主要介绍一下如何看懂磁材料的磁化曲线，首先，我们先来了解一下什么是磁化曲线，所谓磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系。

一、磁性物质磁化过程

如将完全无磁状态的铁磁物质放在磁场中， 磁场强度从零逐渐增加， 测量铁磁物质的磁通密度B，得到磁通密度和磁场强度H之间关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线.

如图4-2(e)曲线C所示。没有磁化的磁介质中的磁畴完全是杂乱无章的，所以对外界不表现磁性（图4-2(a)）

当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的增加，与外磁场方向相差不大的那部分磁畴逐渐转向外磁场方向(图4-2(b))，磁感应B随外磁场增加而增加(图4-2（e）中oa段)。如果将外磁场H逐渐减少到零时，B仍能沿ao回到零，即磁畴发了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。

当从磁场继续增大时，与外磁场方向相近的磁畴已经趋向于外磁场方向，那些与磁场方向相差较大的磁畴克服“摩擦” ，也开始转向外磁场方向（图4-2(c)） ，因此磁感应B随H增大急剧上升，如磁化曲线ab段。如果把ab段放大了看，曲线呈现阶梯状，说明磁化过程是跳跃式进行的。如果这时减少外磁场，B将不再沿ba段回到零，过程是不可逆的。

磁化曲线到达b点后，大部分磁畴已趋向了外磁场，从此再增加磁场强度，可转动的磁畴越来越少了，故B值增加的速度变缓。这段磁化曲线附近称为磁化曲线膝部。从b进一步增大磁场强度，只有很少的磁畴可以转向(图4-2（d）)，因此磁化曲线缓慢上升，直至－基本上停止上升(c点)，材料磁性能进入所谓饱和状态，随磁场强度增加B增加很少，该段磁化曲线称为饱和段。这段磁化过程也是不可逆的。

铁磁材料的B和H的关系可表示为：

式中μ0—真空磁导率；J—磁化强度。

上式表示磁芯中磁通密度是磁性介质的磁感应强度J(也称磁化强度)和介质所占据的空间磁感应强度之和。当磁场强度很大时，磁化强度达到最大值，即饱和(图4-2(e)曲线B)，而空间的磁感应强度不会饱和，仍继续增大(图4-2(e)中曲线A)。合成磁化曲线随着磁场强度H增大，B仍稍有增加(图4-2(e)曲线C)。

从材料的零磁化状态磁化到饱和的磁化曲线通常称为初始磁化曲线。

二、饱和磁滞回线和基本参数

如果将铁磁物质沿磁化曲线 OS由完全去磁状态磁化到饱和 Bs（如图4-3所示） ，此时如将外磁场 H 减小，B 值将不再按照原来的初始磁化曲线(OS)减小，而是更加缓慢地沿较高的 B 减小，这是因为发生刚性转动的磁畴保留了外磁场方向。即使外磁场 H=0 时，B≠0，即尚有剩余的磁感应强度Br 存在。这种磁化曲线与退磁曲线不重合特性称为磁化的不可逆性。磁感应强度 B 的改变滞后于磁场强度 H的现象称为磁滞现象。

如要使 B 减少，必须加一个与原磁场方向相反的磁场强度-H，当这个反向磁场强度增加到-Hc 时，才能使磁介质中 B=0。这并不意味着磁介质恢复了杂乱无章状态，而是一部分磁畴仍保留原磁化磁场方向，而另一部分在反向磁场作用下改变为外磁场方向，两部分相等时，合成磁感应强度为零。 如果再继续增大反向磁场强度，铁磁物质中反转的磁畴增多，反向磁感应强度增加，随着-H 值的增加，反向的 B 也增加。

当反向磁场强度增加到-Hs 时，则 B=-Bs 达到反向饱和。如果使-H=0,B= -Br，要使-Br 为零，必须加正向 HC。如H再增大到Hs时，B达到最大值Bs，磁介质又达到正向饱和。这样磁场强度由Hs→0→- HC→- Hs→0→HC→Hs, 相应地，磁感应强度由Bs→Br→0→-BS→- Br→0→Bs，形成了一个对原点O对称的回线(图4-3)，称为饱和磁滞回线，或最大磁滞回线。

在饱和磁滞回线上可确定的特征参数（图4-3）为：

1.饱和磁感应强度 BS

是在指定温度(25℃或 100℃)下，用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的软磁材料,在μr=100 处)对应的 B 值。

2.剩余磁感应强度 Br

铁磁物质磁化到饱和后，又将磁场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为 Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。

3.矫顽力 Hc

铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，要使磁介质中 B为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁场强度称为矫顽磁力 H.c。 如果用小于 Hs 的不同的磁场强度磁化铁磁材料时，此时 B 与 H 的关系在饱和磁滞回线以内的一族磁滞回线。各磁滞回线上的剩磁感应和矫顽磁力将小于饱和时的 Br和 Hc。如果要使具有磁性的材料恢复到去磁状态，用一个高频磁场对材料磁化，并逐渐减少磁场强度 H 到 0，或将材料加到居里温度以上即可去磁。  应当指出的是材料的磁化曲线是环形等截面试样特性， 各种磁芯型号尽管磁芯材质与试样相同，但磁化特性因结构形状不同而不相同。 如果磁滞回线很宽，即 Hc很高，需要很大的磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难，我们称这类材料为硬磁材料。如铝镍钴，钐钴，钕铁硼合金等永久磁铁，常用于电机激磁和仪表产生恒定磁场。这类材料磁化曲线宽，矫顽磁力高。在开关电源中,为减少直流滤波电感的体积，有时用永磁－硬磁材料产生恒定磁场抵消直流偏置。 另一类材料在较弱外磁场作用下，磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类材料为软磁材料。开关电源主要应用软磁材料。属于这类材料的有电工纯铁、电工硅钢、铁镍软磁合金、铁钴钒软磁合金和软磁铁氧体等。某些特殊磁性材料，如恒导磁合金和非晶态合金也是软磁材料。可见，所谓“软磁” ，不是材料的质地柔软，而是容易磁化而已。实际上，软磁材料都是既硬又难加工的材料。如铁氧体，既硬又脆，是开关电源中主要应用的软磁材料。