软磁铁氧体材料参数测量方法和技巧*

崔锦华 郝利军 王 远

(1陕西金山电器有限公司 陕西咸阳 712000) (2咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000)

软磁铁氧体材料参数测量方法和技巧*

崔锦华1郝利军1王 远2

(1陕西金山电器有限公司 陕西咸阳 712000) (2咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000)

详细介绍了生产中常用磁性材料的参数起始磁导率、温度因数、居里温度以及比损耗的测量方法，并对测量技巧做了深入的探讨分析，为生产技术人员在磁性材料测量方面提供了借鉴。

测量方法 起始磁导率 温度因数 比损耗 密度

前言

起始磁导率、温度因数、比损耗、居里温度是磁性材料最重要的磁性能参数之一。磁性材料在制备以及应用中经常需要快速、准确地对其进行测量，以达到指导生产、控制质量、提高效率的目的。

笔者从生产、科研的实用性出发，着重说明了磁性材料常用基本参数的测量原理、测试方法和步骤、测试结果分析及实验操作中应该注意的测试技巧。

1 起始磁导率μi的测量

1.1 定义和测试条件

1.1.1 定义

在规定条件下，铁氧体材料磁化曲线起始点处磁导率的极限值称为起始磁导率

式中，H和B为交变磁场的峰值，μ0=4π×10－7H/m。

1.1.2 测试条件

1)样品的形状和尺寸。样品的形状为环形，尺寸为R10～R36，测试时的绕制匝数通常是20匝，绕制导线的直径为0.35mm。

2)测试环境的温度。在无特殊规定的前提下，测试环境温度为25℃。

3)测试频率为f≤10kHz。

4)测试用磁通密度波形为正弦波，B≤0.25mT。

5)测试前的处理。在进行电磁性能测试前应将样品退磁，退磁的方法可以选择交流退磁或热退磁。

1.2 测试仪器和测试方法

1.2.1 测试仪器

1)首先要对测量μi仪器与设备进行校正，使其保持有足够的精确度。

2)近年来由于电感测量仪已经数字化，且准确度较高，为0.01% ～1%，所以被广泛应用。通常选用可以调节测试电压的电感测试仪，满足B≤0.25mT的要求。

3)常用的测试仪表有 HP4274ALCR测量仪、HP4275ALCR测量仪等低频测试仪器。

1.2.2 测量方法

测量μi的方法很多，有电压电流法、电桥法、电感测试法等。随着数字化仪表的快速发展，电感测试法几乎取代了其他的方法，被人们广泛地应用，其测量公式为：

公式(2)中C1=Le/Ae(m－1)

式中：Le——样环的有效磁路长度;

Ae——样环的有效截面积;

N——测试线圈的匝数;

L——电感的单位，H

1.3 测量技巧

1)在整个测试过程中，必须保护样品使其不受机械冲击、振动以及磁的干扰。

2)测试值会因样品的几何尺寸、测试频率、机械应力、磁场强度、温度等变化而变化，因此必须正确地设定这些参数。

3)测量前样品应该保持中性，可以用交流退磁法或热退磁法给样品退磁。

4)样品上应缠一层绝缘带，在绝缘带上面均匀地缠绕一层绝缘导线。

5)一定要满足B≤0.25mT，并保证测试线圈上的电压U=4.44NfAeB，通常测试的线圈N的匝数为20匝。

6)由2个以上元件组成的样品组件，必须注意磁芯间的接触面是否紧固。

7)测试频率应尽可能地控制在低端，以避免线圈电容对测量值的影响。通常都要求即使以2倍的值也不会引起测量值可以忽略不计的变化。

8)磁通密度或外加磁场，也应控制在足够低的范围内。

2 温度因数αF的测量

2.1 测量原理和设备

1)测量原理。温度因数是磁性材料主要的温度特性参数之一，按GB9632—88标准第9条规定的实验方法进行测量，其计算公式为：

式中：Lθ——温度在θ时的电感量;

Lref——温度是 θref时的电感量;

θ——一般为55℃;

θref——一般为 25 ℃。

2)测量仪器设备。电感测量仪与起始磁导率测量相同，控制温度的箱体可以按GB9632—88标准第9条选定。

2.2 测量方法

将绕有线圈的样品环放入控温箱中，至少做2个温度冲击循环来稳定样品。通常温度循环的条件是：从低温(25℃)到高温(55℃)，再从高温(55℃)到低温(25℃)为一个循环周期。循环时控温箱温度变化的速率为1℃/min。两次稳定循环后，分别在规定的温度下测试电感量 Lθ、Lref，测试前的保温时间≥30 min。

2.3 测量技巧

1)温度系数测试时1.3中的测试技巧都适用。

2)必须对测试温度、测试温度下的稳定时间、各测试温度间的温度变化速率以及温度程序调节的细节进行规定。

3)在测试的温度范围内，材料环的电感量必须是单调变化。

4)放入控温箱的样品环的引出线应尽量短，这样可使引出线引起的电感忽略不计，否则应该补偿连接导线引起的电感，从而减少测量误差。

5)测试温度应选择接近实际状态的温度。

3 居里温度

3.1 定义

磁性材料的磁特性因温度的变化而变化，当温度上升到一定程度时，磁性材料就由铁磁状态或亚铁磁状态转变为顺磁状态，这个转变温度就称为居里温度，用θc表示。

3.2 测试方法

首先，应注意对电阻率低于10－3Ωm的样品，在测试时须缠绕上耐高温的绝缘带或者涂上耐热性绝缘涂料。

测定饱和磁化强度与温度的关系曲线以及起始磁导率μi与温度θ的关系曲线都可以确定居里温度。通常最常用的方法是μi－θ曲线法。

把测试样品放入控温箱中，并将缠绕着绝缘带的样品连接到测试仪表—电感测试仪测试，从室温开始，测量出不同温度所对应的电感量L，绘制出μi－θ曲线，在温度下降部分求出最大值的80%的点与20%的点的连线的延长线与μi=1的直线的交点一次，作为居里温度。

3.3 测试技巧

1)测试时的连接导线应尽量短。

2)样品测试时线圈中的磁通密度B≤0.25mT。

3)在测试的过程中应缓慢升高温度，升温速度≤1℃/min。

4)温度的精度应保持在规定的公差范围内。

4 密度

4.1 测量原理

液体中的样品，由于受到与样品同体积液体的重量相等的浮力作用，在空气中称量，由这些值和液体的密度便可求出样品的密度。

4.2 测量方法和计算

4.2.1 测量方法

1)充分干燥样品后，称重，读到4位数(W1)。

2)把样品浸入熔融石蜡中，经过充分浸渍后取出，彻底去掉附着在表面上的石蜡。

3)称量浸过石蜡的样品，读到4位数(W2)。

4)用吊线把样品吊在水中，称量吊在水中的样品，读到4位数(W3)。

5)在水中称量吊线，读到4位数(W4)。

4.2.2 计算

按下式求出密度为

d=W1·S/(W2－(W3－ W4))

式中：d——密度，(kg/m3);

W1——样品在空气中的质量，kg;

W2——含浸石蜡样品在空气中的质量，kg;

W3——含浸石蜡样品在水中的质量，kg;

W4——吊线在水中的质量，kg;

S——水的密度，kg/m3。

4.3 测试技巧

1)为吊住样品，吊线需有足够的强度。

2)因吊线在水中发生体积变化引起的误差可以忽略不计。

3)在水中测量时，水中应没有气泡。

5 结语

软磁铁氧体材料性能测试是软磁铁氧体材料研究、开发、生产及应用过程中的重要环节，笔者着重介绍了几种常见参数的测试方法和技巧，希望能对磁性材料的生产和应用中的测量工作有所借鉴。

1 李国栋.2003～2004年磁性能功能材料及应用研究新进展.稀有金属材料与工程，2006，35(2)：169 ～171

2 王依琳，吴文骏，等.低温快速烧结软磁铁氧体材料.无机材料学报，2003(3)：601 ～605

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1002－2872－(2011)05－0023－02

崔锦华(1966－)，主要从事磁性材料及器材件的测量及试验。E－mail：119601303@qq.com