無磁、弱磁材料磁性能的測量方法

摘 要：最近幾年，我們國家的經濟以及科技都獲取了顯著的發展。比如弱磁探測相關的技術就得以明顯發展。在這種背景之下，無磁以及弱磁材料對設備的性能影響變得更加明顯。所以，我們必須認真開展無磁以及弱磁物質的磁性測試以及篩選工作。作者具體分析了幾類常見的測量措施，并且簡單的比對了它們的運用區間以及測量關鍵點等相關內容。

關鍵詞：無磁材料；弱磁材料；磁天平；磁導率；磁化率

引言

所謂的無磁材料，具體的說指的是那種不具有磁性的材料，像是最常見的銅鋁等。而弱磁材料，指的是那種磁性非常低的材料。在過去的時候，當我們設計零件的時候，非常關注永磁型物質的性能，對于那些沒有磁性的物質的性能卻在很大程度上忽略了。不過由于當前時期，電子工藝不斷發展，此時電子設備開始朝著小型化以及高精確性方向發展，這時那種沒有磁性的物質的性能對設備的特性影響就變得非常受關注了。目前很多行業都使用無磁材料，比如我們國家的國防工作。潛艇中所用的系列無磁不銹鋼，導航系統所用的銅材，銅漆包線、鋁材、鈦合金、陶瓷等全部屬于無磁物質，這些物質的磁導率等特性會對設備的精確性等產生非常明顯的影響。通過長久的開展無磁材料性能測試工作，我們發現了非常多的問題，很多的使用人都不熟悉此類物質的特性，也不知道怎樣檢測它們的性能，在選擇以及運用的時候不知道怎樣測試它們的品質，最終的后果是使得設備不符合規定，有的根本不能正常使用，最終只能再次檢查，這就在無形之中加大了材料的浪費率，而且浪費時間和金錢。作者在這個前提之下，具體分析了無磁以及弱磁物質的性能測量工作。

1 測量方法研究

文章講到的磁性指的是無磁以及無磁物質的磁化率以及剩磁等數值，我們常使用磁天平、振動樣品磁強計和磁通門磁強計等來測試，它們的原理并非是完全一樣的。

1.1 磁天平的測量原理

磁天平的基本原理概括來說就是通過非均勻磁場作用在磁性物質上的力的測量，以此來獲取磁性數值的一種措施。按照測量措施來區分的話，它又可以分成古依法和法拉第法等[2]。古依法測量原理，將橫截面積均勻的長棒狀樣品懸掛在天平掛鉤上，并放置在由電磁鐵產生的磁場中，要求樣品下端處于電磁鐵兩極頭的中心點，上端處于在磁場零點處或是接近零點處。

1.2 振動樣品磁強計的測量原理

振動樣品磁強計是基于電磁感應原理制成的儀器，其有兩個種類。一種是被磁化的樣品在包圍它的測量線圈中或在兩個串聯反接的線圈之間以某一頻率作往復運動，將得到的感應電動勢積分，輸出與磁通量變化成正比的電壓。第二種類型的振動樣品磁強計是采用小樣品在探測線圈之間做小振幅振動，這時樣品可視為一個磁矩為m的磁偶極子，探測線圈感應由于樣品振動而帶來的磁偶極子場的變化，可以推出線圈的感應電勢與樣品的磁化強度成正比[2]。

1.3 磁通門磁強計的測量原理

磁通門磁強計是一種弱磁測量儀器，它是一種以鐵磁材料在恒磁場和交變磁場同時作用下的非線性物質為基礎的，利用電磁感應定律而制成的儀器[2]。其靈敏性非常高，不過在使用的時候要借助屏蔽技術排出磁場干擾。使用這個措施無法得知磁絕對數，只能用來相對對比。

2 幾類測量措施的比對

2.1 測量范圍簡述

在無磁、弱磁材料的磁性能測量中，主要測量的磁性參數是磁化率、磁導率和剩磁，采用的儀器有振動樣品磁強計、磁天平和磁通門磁強計。其中磁通門磁強計在采用靜磁屏蔽技術排除干擾磁場后，能夠直接的測試剩磁。振動樣品磁強計和古依天平則都可以用來測量磁化率、磁導率，不過它們的應用范圍并不是完全一樣的，在具體的工作中要結合樣本的類型選擇正確的設備。振動樣品磁強計適用于測量各種無磁不銹鋼的磁導率、剩磁等磁性參數，測量磁化率時精度可達到10-7。古依天平則適合于測量銅材、銅漆包線、鋁材、鈦合金、陶瓷等大部分無磁、弱磁材料的磁化率及磁導率，它規定樣本磁化率控制在10-4-10-7之間，無法用來測試那些磁化率較明顯的物質。雖然振動樣品磁強計和古依磁天平在測量磁導率時的精確性差不多，不過因為前者可以測試較小的樣品，所以它更加受到人們的青睞。

2.2 測量過程控制與數據處理

我們都知道，由于無磁類物質的磁性非常弱，所以，我們在測試的時候必須使用靈敏性較高的設備，而且測量的時候也要認真處理數據。使用相同的設備測量相同的樣品，如果數據處理的不一樣的話，最終得出的結果必然是完全不一樣的。具體來講，我們在工作中必須要確保樣品磁潔凈，禁止攜帶各種雜質以及灰塵。而且要確保設備的零件潔凈。

除此之外，還要認真處理數據。假如使用的是振動樣品磁強計的話，在處理數據的時候就要意識到退磁因子會對最終的結果有很大的干擾。如果使用的是古依天平的話，在使用二乘法計算導磁率的時候，要把每個點的數值放大到規定的區間，此舉的目的是為了降低失誤。

2.3 樣品制備

樣本制備工作在測量工作中占據的意義非常重大。它影響到最終數據的精準性。不一樣的測量措施，對于樣本的制備規定也是完全不一樣的。

2.3.1 古依磁天平樣品制備

結合古依天平測試理念我們知道，它對于樣品有著嚴格規定，具體來說規定其應該是截面一致的桿狀，而且它的長度要足夠長。不過在具體的測試的時候，樣品也可是圓棒或是板材等，如果使用的是試樣管的話，還可以是粉末。一般來說其尺寸要保持在×150左右（單位：mm），較之于別的措施來看，該措施規定的樣本尺寸要明顯的大很多。

2.3.2 振動樣品磁強計樣品制備

振動樣品磁強計對于樣品的形狀有著嚴苛的規定，通常規定其為圓形或是片狀。而且它的重量也不能夠超過0.29。

2.3.3 磁通門磁強計樣品制備

此類措施對于物品的大小以及形狀等沒有嚴苛的規定，不過因為磁強計無法得知材料剩磁的具體精確數值，所以我們只可以相對來看，為了保證精確性較高，我們一般規定被測試的物品最好是和樣品的大小以及形態等相同。

3 結束語

當前時期，無磁以及弱磁物質已經被大量的應用到我們國家的經濟建設工作之中，比如國防方面以及精確性設備的制作方面。對于很多意義重大的設備來講，為了降低它們被發現的概率，我們在制造的時候多是使用無磁性的物質，比如潛艇就是使用鈦合金。在越來越向小型化、高精度化、高穩定性發展的電子設備中所使用的無磁、弱磁材料的磁性能對保證產品的精度和穩定性方面起著不可替代的作用。因此，我們必須認真研究無磁物質的測量以及篩選工作。作者具體分析了常見的幾類測量措施，其中振動樣品磁強計和磁天平都可以用來測量無磁、弱磁的磁性能，前者適合測量磁導率相對較大的材料，后者適合測量磁導率較小的物質。

參考文獻

[1]冶金工業信息標準研究院，中國標準出版杜第五編輯室.高溫合金.精密合金，耐蝕合金標準匯編[M].北京：中國標準出版社，2006.

[2]金屬材料物理性能手冊—金屬物理性能及測試方法[M].北京：冶金工業出版社，1987.

[3]崔利亞，楊鋒，孫永紅.弱磁器件鐵磁性污染的古依磁天平測量與分析[A].第十二屆全國磁學和磁性材科會議論文集[C]，2005.