變壓器鐵心材料的發(fā)展綜述

1、變壓器鐵心材料的發(fā)展第一節(jié)鐵心用軟磁材料鐵心是電機、變壓器的重要部件。電機、變壓器鐵心對材料的基本要求是，在一定頻率及磁通密度下具有低的鐵心損耗，和在一定磁場強度下具有高的磁通密度。在電機、變壓器的發(fā)展過程中，曾經采用和目前應用的鐵心材料有：1.純鐵、軟鋼和無硅鋼；2.硅鋼片；3.鐵鎳合金（坡莫合金）；4.鐵鋁合金；5.非晶態(tài)合金；6.微晶合金。下面分別介紹這些材料的發(fā)展情況。純鐵、軟鋼及無硅鋼最早的電機鐵心是直棒形或馬碲形的純鐵棒。1837年，斯特金（W.Sturgeon，17831850）首先用純鐵絲制作電機鐵心。1870年，A.佩勒斯等人首先用軟鐵片制作鐵心。1879年，愛迪生發(fā)明軟鋼片

2、疊成的鐵心。最早的變壓器鐵心（感應線圈鐵心）是用鐵棒做成的，后來又改用鐵絲制作鐵心。1885年，匈牙利崗茨工廠開始采用薄鐵帶作變壓器鐵心；1887年，崗茨工廠出現用軟鐵片疊成的變壓器鐵心。19世紀90年代及以后，用軟鐵片疊成的變壓器鐵心逐漸推廣。同時一些工廠用軟鋼片取代軟鐵片，制成變壓器鐵心。但是，在19世紀末及20世紀初，用軟鐵或軟鋼制造的鐵心存在三大問題。一是當時薄鐵片（薄鋼片）的價格昂貴，制約了它的推廣；二是鐵心損耗大，發(fā)熱嚴重；三是“鐵心老化”問題曾使許多人傷透腦筋，人們發(fā)現，電機、變壓器運行一段時間后，鐵心損耗迅速增加，發(fā)熱更為嚴重，迫使人們有時不得不更換鐵心或整臺電機、變壓器，這一

3、問題給當時迅速發(fā)展的交流系統(tǒng)投下了巨大的陰影。針對“鐵心老化”問題，許多人進行了大量的研究、試驗工作，直到1895年才基本搞清了它的機理，知道影響鐵心老化的主要因素是運行溫度?？傊捎谲涜F或軟鋼具有導磁性高，矯頑力低、價格低廉、工藝性好等優(yōu)點，因此在1900年硅鋼片發(fā)明前及20世紀初一段時間里，電機、變壓器鐵心多是采用熱軋低碳軟鋼片或電磁純鐵片沖制而成的。但是，軟鐵及軟鋼存在電阻率低、渦流損耗大，特別是“鐵心老化”嚴重等先天不足，因此在硅鋼片實現工業(yè)化生產后，逐漸退出了大部分電機及變壓器鐵心領域。盡管如此，人類仍孜孜不倦地對軟鐵、軟鋼進行改進。特別是希奧弗（Cioffi）和因森（Yensen

4、）研究發(fā)現，純鐵在高溫氫中進行除雜質處理后可以顯著改善磁性能，使純鐵的u0達到20000，um達到340000。1940年后許多國家又推廣真空冶煉法，改進軋制和熱處理工藝、使軟鐵、軟鋼的性能有所改善，使它們在硅鋼片風行全球的時候仍在某些小型電機變壓器鐵心中有所應用。特別是從50年代末期開始，情況開始發(fā)生變化。美、日、蘇、英等從經濟性和實際用途考慮，采用新的冶煉、軋制退火工藝，又開始大力發(fā)展冷軋無硅低碳電工鋼片和電磁純鐵電工片。美國從50年代末期開始用無硅電工鋼片取代一般的低硅鋼片，用于生產日用電器、分馬力電機和一部分小電機，1972年，美國無硅鋼片的用量已占電工鋼片總量的50%。蘇聯60年代后

5、開發(fā)出O00O300牌號的無硅鋼片，推廣用于小型電機、電器中；英國無硅鋼片發(fā)展很快，80年代初的產量與硅鋼片持平；日本無硅鋼片使用較少，一些不太重要的產品則多采用低級硅鋼片。無硅電工鋼片具有價格低、沖制性能好、磁感高等優(yōu)點，其最明顯的缺點是損耗太高，從而大大限制了它的應用場合，所在在70年代能源危機后，無硅鋼片的生產又逐漸回落。2硅鋼片1822年，著名瑞典化學家伯爾瑟利烏斯（J.J.Berzelius，17781848）首先制取出了硅（Si）。1889年，英國人巴萊特（W.F.Barett）、布朗（W.Brown）和哈德菲爾德（R.A.Hadfield）開始研究各種二元系和三元系合金的磁性能和

6、電氣性能。他們在研究中發(fā)現，在軟鋼中加入硅（Si），可以提高鋼的電阻系數，降低鋼的渦流及磁滯損耗，而且鋼片的衰老現象也有改善。1900年，他們在Sci.Trans.Roy.DublinSoc.上發(fā)表文章，介紹了研究成果，引起人們注意。1903年，美國開始生產這種加有硅的鋼片，并稱它為“Stalloy”（硅鋼片）。同年，德國也開始生產硅鋼片。不久，法國、英國、意大利等也開始生產硅鋼片，蘇聯在1915年、日本在1924年開始生產硅鋼片。2.1熱軋硅鋼片早期硅鋼片是熱軋硅鋼片，含硅量較低，一般Si含量為12%（B級），多用于電動機中。以后硅含量增加，1929年日本開始生產變壓器用T級硅鋼片（Si含量

7、44.5%）。由于早期生產工藝不成熟，硅鋼片的損耗較高。圖1為1932年熱軋硅鋼片的損耗-磁通密度（W-B）曲線。1954年，開始制造采用焊接工藝將硅鋼板焊成卷狀的硅鋼片，從而使連續(xù)加工成為可能。圖1 1932年熱軋硅鋼片的損耗（W）-磁通密度（B）曲線（B級含Si12%；T級含Si44.5%）1954年后，隨著冷軋硅鋼片的出現，熱軋硅鋼片產量逐漸降低。美國60年代停止熱軋硅鋼片生產，1967年日本停止生產熱軋硅鋼片，英國、法國也于70年代淘汰了熱軋硅鋼片。美國、英國、日本30、40年代熱軋硅鋼片的性能比較見表1。 20 / 20美國Alieg-henyArma-tureElect-rical

8、DynamoSuper Dynamo Dynamo SpecialTransfTransfTransfTransfTransfTransf"D""C""B""A""A-1""AA"ArmcoArma-tureElectricSpecialInterm-ediateTrancorTrancorTrancorTrancorElectricTransf2346AISIM-43M 36M-27M-22M-19M-17M-15M-14鐵損W10/502.252.041.781

9、.681.441.361.271.151.030.930.93(0.35mm)W15/5043.182.842.582.492.41磁化特性B2515,40015,30015,12015,05014,75014,45014,45014,000B5016,30014,30016,20015,85015,65015,15015,15014,780B10017,33016,60016,60015,600固有電阻率cm2228455354656868含硅量%0.73.7555.25.2日本BCDT145T135T120鐵損W10/502.32

10、.11.81.451.351.2(0.35mm)W15/503.853.63.2磁化特性B2514,80014,70014,40013,90013,90013,900(0.35mm)B5015,80015,70015,40014,90014,90014,900B10016,90016,70016,40015,90015,90015,900B30019,20019,00018,70018,20018,20018,200英國CBA鐵損W10/505(0.35mm)W15/502.452.22.05磁化特性B2514,30014,30014,300B5015,2

11、0015,20015,200B10016,10016,10016,100B30018,70018,70018,7002.2冷軋無取向硅鋼片美國AlleghenyLudlum公司20世紀40年代開始生產冷軋無取向硅鋼片。1954年日本開始生產冷軋無取向硅鋼片。由于冷軋硅鋼片具有損耗低、質量可靠、厚度均勻、表面平整等優(yōu)點，所以它一出現就得到了廣泛的應用，在許多場合取代了熱軋硅鋼片。冷軋無取向硅鋼片自誕生之日起，就沿兩條技術路線發(fā)展：一是沿低價格、低Si含量方向發(fā)展，以取代熱軋硅鋼片；二是沿低損耗、高Si含量方向發(fā)展。70年代石油危機后，由于節(jié)能電機、高效率發(fā)電機的需要，使低損耗冷軋無取向硅鋼片得到

12、很大發(fā)展。日本1983年開發(fā)出當時世界最高水平的H6硅鋼片。表2為幾個國家冷軋無取向硅鋼片的性能。表2冷軋無取向硅鋼片性能比較厚度美國日本英國西德蘇聯mm牌號P15/50瓦/公斤牌號P15/50瓦/公斤牌號P15/50瓦/公斤牌號P15/50瓦/公斤牌號P15/50瓦/公斤0.35M-142.27M-152.5H92.4G2502.5M-192.86H102.65G2652.65V110-35A2.7M-223.08H123.1G3153.15M-363.74H143.6G3353.35V130-35A3.3M-434.7H184.4H205H235.50.5H92.9H103.1V135-5

13、0A3.332003.4H123.6G3553.55V150-50A3.531003.7H144G4004V170-50A4H184.7G4504.5V200-50A4.7H205.4V230-50A5.3H236.2V260-50A63取向硅鋼片20年代初，威廉（Williams）對硅鐵中單晶進行了研究，得到了在易磁化軸100方向um=1400000，認為在多晶粒板中在100軸向也應有極好的性能。1926年，日本人本多·茅發(fā)現，鐵的結晶方向最容易磁化，或者說晶粒立方體棱邊方向是最易磁化的方向。1934年，美國人戈斯（N.P.Goss）在試驗室里研制成功取向硅鋼片，他采用冷軋與高溫熱

14、處理相結合的方法（表3），使硅鋼片中晶粒沿軋制方向有序排列，具有優(yōu)良的磁性。1935年，戈斯在TransAmer.Soc.Metals上發(fā)表文章，介紹研究成果，并申請獲得了英國專利（No.442211）。同年，美國Armco公司開始工業(yè)化生產冷軋取向硅鋼片。40年代，美國Armco公司和Allegheny公司都生產出了高質量的變壓器用取向硅鋼片。Armco公司的牌號為Tran-cor（西屋公司稱為Hipersil）；Allegeny公司的牌號為Silectron（GE公司稱為Corosil）。1953年，日本試制成冷軋取向硅鋼片。1958年，日本引進Armco公司的專利技術，開始冷軋取向硅鋼片

15、的工業(yè)化生產，并在此基礎上不斷改進，使日本冷軋硅鋼片的性能達到世界最高水平。圖2是Z11取向硅鋼片的磁性能與軋制方向的關系。表333.5%Si的硅鋼片工藝溫度（）板厚（mm）熱軋650800         2中間退火900         0.75第一次冷軋90200         0.3中間退火926第二次冷軋90200涂絕緣層-最后退火1093120

16、0時效處理100單取向硅鋼片在與軋制方向垂直方向的導磁性能較低，為克服這一缺點，德國真空熔煉公司在40年代發(fā)明了雙取向硅鋼片。1957年，美國GE公司和西屋公司也幾乎同時制成雙取向硅鋼片，60年代日本川崎和八幡工廠也研制成功雙取向硅鋼片。它在軋制方向和垂直方向上的磁性能都與單取向硅鋼片軋制方向的磁性能相近。這種硅鋼片的晶粒呈立方體組織（圖3）。單取向和雙取向性硅鋼片的性能比較見表4。表4單取向和雙取向硅鋼片性能比較壓延方向直角方向單取向雙取向單取向雙取向最大導磁率m55,000116,0008,00065,000矯頑力HC（Oe）0.080.070.270.08剩余磁感應Br（G）9,5001

17、2,2001,75011,500磁感應B（G）16,30016,60011,00016,000（H=2Oe）0.60.561.60.65鐵損耗15/60（W/磅）*（板厚0.3mm）圖3取向硅鋼片的組織（a）單取向（b）雙取向1968年，日本新日鐵工廠開始工業(yè)化生產高導磁密度取向硅鋼片，它的商用名是“OrientcoreHi-B”，簡稱“Hi-B”；1972年，開發(fā)出大晶格高導磁取向硅鋼片；1981年又進而開發(fā)出小晶格高導磁取向硅鋼片；1982年，日本開始生產表面激光照射處理（ZDKH）的高導磁取向硅鋼片，進一步降低了鐵損。1988年，日本又開發(fā)出采用機械方法形成微小應力法（ADMH）的高導磁

18、取向硅鋼片。日本新日鐵公司取向硅鋼片的發(fā)展見圖4。50年代，幾個國家單取向硅鋼片的性能見表5。19551975年間，日本取向硅鋼片及無取向硅鋼片的質量變遷見圖5。18801970年間，鐵心鋼片鐵損的下降曲線見圖6。圖4日本新日鐵公司取向硅鋼片的發(fā)展·Z：Orientcore硅鋼片（取向硅鋼片）?ZH：OrientcoreHi-B硅鋼片*ZDKH：激光照射處理取向硅鋼片圖5日本硅鋼片質量的變遷圖618801970年間硅鋼片鐵損下降曲線表5各國單取向硅鋼片磁特性國別蘇聯美國英國西德國家標準或廠名OCT802-58鋼鐵公司Armco公司列查特公司克魯普公司厚度0.35mm0.355mm0.

19、355mm0.305mm0.33mm0.35mm等級310320330330A807366M-7XM-6XM-7WM-6W44403733HyPerm5鐵損1.71.371.311.3P15/50（W/kg）1.6磁化特性B0.3-11,15012,70013,80011,10011,80011,65012,40010,40011,40012,30013,5006,900B0.5-13,25014,25015,10013,80014,30013,60014,20012,70014,00014,70015

20、,20011,330B1-14,90015,50016,10015,15015,70015,00015,55014,00015,00016,00017,00014,000B5-16,80017,25017,50016,60017,05016,45017,00016,50017,00018,50019,000-B1016,00016,50017,00017,00017,40017,80018,00017,10017,60017,00017,50017,00017,50018,50019,000-B2517,50018,00018,50018,50018,25018,60018,80017,900

21、18,40017,95018,300-B5018,30018,70019,00019,00018,90019,20019,30018,60019,10018,70019,000-最大導磁率42,50053,70070,50050,00054,00045,00050,00037,00043,50053,00061,00031,000m3鐵鎳合金（坡莫合金）鐵鎳合金又稱坡莫合金（Permalloy）。它是一種在弱磁場具有高磁導率和低矯頑力的低頻軟磁材料。早期鐵鎳合金是應電話通信需要而研制的。鐵鎳合金的含鎳量從36%到80%，變化幅度很寬，因此它的磁性和應用領域也不大相同。1917年，紐曼（G.Ne

22、umaun）提出含鎳量78.5%的鐵鎳合金的專利（加拿大專利No.180539），1921年，阿諾德（Arnold）和埃爾門（G.W.Elmen）發(fā)明含鎳量78.5%的鐵鎳合金。這種鐵鎳合金的導磁率特別好，比一般硅鋼片高1020倍，但其電阻率較低。紐曼的發(fā)明促進鐵鎳合金在20年代得到了較廣泛的工業(yè)應用。后來，人們在鐵鎳合金中加入鉬、鉻、銅提高磁性能、電阻率和改善熱處理性能。加入銅的鐵鎳合金在英國稱為銅坡莫合金（Mumetal）。1934年，紐曼發(fā)明鉬坡莫合金（Ni72%，Cu14%，Mo3%），不僅使導磁率大大提高（u0=6000090000），而且提高了電阻率，使渦流損耗大大降低。除鉬坡莫合

23、金外，30年代還應用了鉻坡莫合金，（Ni78.5%，Cr3.8%，其余Fe）。1947年，美國貝爾實驗室的布思（Boothy）和博左思（Bozorth）發(fā)明超級坡莫合金（Supermalloy），它是一種四元合金（Ni79%，Mo5%，Mn0.5%，其余Fe），其導磁性更好，u0達到100，000，um達到1，000，000。50年代初，阿什穆斯（Assmus）和費弗（Pfeifer）發(fā)現Fe-Ni-Mo-Cu四元合金的性能與超級坡莫合金相當，繼后，里查德（Richards）和沃克（Walker）又對該四元合金進行了改進，得到一種高性能的Fe-Ni-Mo-Cu四元合金（Ni77%，Mo14%，

24、Cu4%，其余Fe）并取名為“Super-mumetal”，um達到200，000。1956年，霍依（G.H.Howe）發(fā)明一種晶粒取向和磁疇取向的鐵鎳合金（Ni65%，Mo2%，Fe33%），并取名為“Dynamax“，其um最高達到1，780，000。鐵鎳合金具有導磁率很大、矯頑率很低、電阻率不高的特點，加之價格昂貴、工藝性能較差等特點。因此，在電機變壓器領域，僅用作小型變壓器、控制用微電機、控制用變壓器、高靈敏度變壓器和高精度變壓器等的鐵心中。50年代末期鐵鎳合金與純鐵、硅鋼片的磁化曲線的比較見圖7。50年代末期，鐵鎳合金的性能見表6。1.取向性硅鋼片；2.純鐵；3.45%N：坡莫合金；

25、4.50%取向性坡莫合金；5.超級坡莫合金 圖7鐵鎳合金與其它材料的磁化曲線表6各國鐵鎳合金的性能國別材料牌號厚度化學成分初導磁率o最大導磁率m矯頑力Hc（Oe）磁感應Bs（G）電阻系數×10-5（·cm）生產廠（mm）蘇聯50H0.3550鎳3,00035,0000.1215,0004.579HMA0.15鉬79鎳50,000200,0000.0157,5005.60.00515,00068,0000.0780HXC0.12.8鉻1.3硅80鎳40,000140,0000.027,0006.30.0118,00065,0000.05美國45Permalloy45鎳2,50

26、025,0000.316,0004.5西方電氣公司3.8-78.5Cr3.8鉻12,00062,0000.058,0006.5Permalloy78.5鎳4-79Mo4鉬79鎳20,000100,0000.058,7005.5PermalloySupermalloy5鉬79鎳100,0001,000,0000.0027,9006電報工程公司英國Mumetal77鎳20,00030,00090,0000.038,0006.2Supermumetal50,000200,0000.0078,0006Radio50鎳2,00025,0000.1616,0004.5MetalSpecial4,50045

27、,0000.05516,0004真空冶煉工廠Radil-metal西德Permenorm50鎳5,50060,0000.15000H2Permenorm3,00035,0000.116,0005000H3Permenorm3,00035,0000.085000G3Vacoperm7080鎳加鉻、鉬、銅等35,00090,0000.0158,000PermalloyC25,000150,0000.0089,000M104030,00090,0000.0156,200M58320,00090,0000.0155,000Ultrapem120,000300,0000.0068,000500,000日

28、本TMC0.1鎳7820,00050,00060,000東北金屬工業(yè)120,000TMC-V0.050.230,00070,00080,000200,000TMB0.35鎳452,0004,00020,00040,000超坡莫0.025鉬5鎳7950,000150,000250,0000.05,0.1600,0004鐵鋁合金本世紀初葉，人們發(fā)現在純鐵中加入1%的鋁可以提高純鐵的磁性能，但并未在電工領域獲得應用。1948年，日本人增本·齋藤著眼于Fe2Al的規(guī)則晶粒，進行了含鋁16%的鐵鋁合金的研究，獲得成功，他將這種鐵鋁合金命名為“Alperm”，其u0=3100，u-m-=5470

29、0。同年5月，他在日本金屬學會志上發(fā)表了他的研究成果，引起較大反響，并使這種合金在40年代末期后進入工業(yè)應用領域。但是，當時這種合金既硬又脆，機械加工性能較差。1954年，美國人納奇曼（F.Nachman）將含鋁16%的鐵鋁合金經真空冶煉、氫中脫碳、脫氧，經鑄-熱軋-冷軋，制成了0.1mm厚的薄板，并取名為“Alfenol”，這種鐵鋁合金的導磁性有所提高，u0=15004000，um=1500070000（以后又提高到115，000130，000）。在鐵鋁合金中，人們還添加某些其它元素，如Mo、Mn等，以改善其性能。如美國的“Thermanol”合金（Al16%，Mo3%，Fe81%），前蘇聯

30、的“143”合金（Al14.4%，Mn3.26%，其余Fe）。鐵鋁合金具有較高的導磁率和較高的電阻率，加之價格較鐵鎳合金便宜，并具有良好的耐熱、耐蝕性能，所以在小型變壓器、控制變壓器、互感器和微特電機中得到了應用。50年代末期的鐵鋁合金性能見表7表7各國鐵鋁合金性能國別蘇聯日本美國材料名稱1614314M2AlpermNew11.715.5ThermanolAlpermAlfenolAlfenol化學成分鋁16鋁14.4鋁14.83鋁11.7鋁15.5鋁16鉬3錳3.26鉬1.97初導磁率O3,7503,7003,0006,0003,4004,6006,300最大導磁率m67,00060,00

31、0124,50055,000100,00030,00096,000100,000最大磁感應Bs（G）B8=5,6508,5508,9508,0008,00014,3007,9005,400殘余磁感應Br（G）3,5003,7004,2503,5004,5003,7002,500矯頑力Hc（Oe）0.0220.0380.0220.030.0250.0770.0790.018電阻系數（·cm×10-514.514.314155非晶態(tài)合金非晶態(tài)電工鋼片是把一些液態(tài)合金（如Fe-Si-B合金）以每秒百萬度攝氏的冷卻速度直接冷卻到固態(tài)，獲得合金中的非晶結構的一種軟磁材料，其主要優(yōu)點是

32、磁感應高、鐵耗低（約為取向硅鋼片的1/21/3）。1960年，美國人杜韋茲（P.Duwez）發(fā)明快淬金屬工藝，制造出非晶合金。1968年，GE公司的留博斯基（Luborsky）發(fā)現非晶合金具有損耗很低（10.44/W/kg）的特點。為此，1970年美國聯信（Allied）公司開始生產非晶合金帶材，從而引發(fā)了70年代研究非晶合金的高潮。1979年出現單輥非晶制帶法，推動了非晶合金工業(yè)化生產。1979年，Allied公司研制出2605SC非晶態(tài)合金（Fe81%,Bl1%,Si3%,C5%）,后又研制出不含C的2605S2的非晶態(tài)合金（Fe78%，Bl3%，Si9%）。80年代，美國、日本、德國相繼

33、建成年產萬噸級的連續(xù)制帶設備，蘇聯、德國、捷克、匈牙利等也建成了非晶合金工業(yè)生產裝置。中國從1976年開始研究非晶合金，80年代開始生產非晶合金。非晶合金鋼片已用于沖制變壓器鐵心、三相電機定子鐵心等，其鐵心損耗比無取向硅鋼片鐵心低得多。非晶態(tài)合金鋼片與熱軋硅鋼片、冷軋硅鋼片的損耗比較見表8，非晶合金與高導磁硅鋼片性能比較見表9。表8幾種電工鋼片的相對損耗（B=1.5T）年份材料相對損耗1960年前熱軋非取向硅鋼片1001958冷軋非取向硅鋼片301972高導磁大晶格取向硅鋼片271981高導磁小晶格取向硅鋼片251983高導磁激光照射硅鋼片201985非晶態(tài)合金8表9非晶合金與高導磁硅鋼片性能

34、的對比特性項目非晶合金非晶合金高導磁電工鋼片電力鐵心片2605SC2605S2Z6H2605S2磁100，1.4T/60Hz  0.27  0.21  0.9特時單位損耗0.25性（W/kg）  0.72  0.370.94100，1.4T/60Hz時勵磁特性1.611.552.03（VA/kg）  1.5825飽和磁通密度（T）  1.51  1.49  2.03100飽和磁通密度（T）矯頑力（A

35、/m）1.47剩磁（T）  30（較大）  27（較大）  4（較小）3.2磁致伸縮1.2（×102mm）1251304.5電阻率（·cm）物厚度（m）3030300130理密度（gcm2）7.327.187.657.18機疊片系數（%）75759790械居里溫度（）375414746415特結晶溫度（）475550535性抗張力（N/mm2）7001500320硬度（Hr）10509002106微晶合金微晶合金材料是隨近20年來金屬快速凝固技術進步而發(fā)展起來的新型導磁材料。1988年，日本日

36、立金屬所發(fā)現（Fe，Co）-Si-B系鐵基合金中加入適量的Cu和Nb等元素，其非晶薄帶在經低溫加熱后即在非晶相內析出約20mm大小的bcc亞穩(wěn)相的均勻分布的超微晶粒，即制備出了納米級Fe-Si微晶窄帶。90年代，許多國家納米級Fe-Si微晶合金進行了研究，形成了不同的工藝路線，如對晶粒取向硅鋼片室溫局部加壓，然后高溫退火，使形成納米級微晶；或采用激光照射使其微晶化；或采用特殊工藝使Fe-Si-B非晶合金微晶化。除Fe-Si系列外，人們對Fe-M-B及Fe-M-C等系列微晶材料也進行了研究。微晶合金鋼片的飽和磁感應強度和磁導率很高，鐵耗非常低，可用于要求較高的電機、電器中。7電工鋼片絕緣層為了增

37、大電機鐵心疊片間的絕緣，減小疊片中的渦流損耗，同時改善電工鋼片的焊接、沖剪性能，電工鋼片表面都要求有一層絕緣層。對絕緣層的基本要求是：絕緣電阻高、化學穩(wěn)定性好、機械強度高、不粘結、耐腐蝕，同時要求絕緣層薄而平整，以提高疊片的疊片系數。早期電工鋼片是沒有絕緣層的，后來隨著人們對鐵心渦流損耗的認識才開始注意電工鋼片絕緣層問題。在電機發(fā)展史上，電工鋼片絕緣伴隨冶金、化工等的發(fā)展，也出現了許多變化，其主要絕緣方法有：（1）氧化膜絕緣。利用鋼片在退火過程中形成的氧化膜作為絕緣。這種方式簡單、價廉，但絕緣效果欠佳，早期電機、變壓器中應用較多，目前僅用于部分小型電機、變壓器中。（2）涂水玻璃絕緣。水玻璃絕緣

38、便宜，但工藝性差、絕緣膜濕度大。（3）紙絕緣。在整張電工鋼片的一面粘一層絕緣紙。這種絕緣出現在19世紀末期，曾在歐洲等地得到廣泛應用。（4）無機鹽涂層。將電工鋼片放在鉻酸鹽或磷酸鹽熱溶液中，使之在鋼片表面產生一層絕緣膜。（5）無機漆絕緣。早期曾采用無機漆（如桐油漆）涂電工鋼片兩面。（6）有機漆絕緣。用合成漆、酚醛樹脂、合成樹脂等在電工鋼片兩面涂漆，這是應用最廣的絕緣方式。（7）半有機漆絕緣。用水溶性或水分散系樹脂與無機鹽配合后得到的半有機漆，涂刷電工鋼片表面。圖8為50年代前日本電工鋼片絕緣層的層間電阻的比較。圖8 50年代前電工鋼片絕緣層層間電阻的比較第二節(jié)超導材料19世紀后半期，人類對物體

39、的電阻與溫度的關系已經有了清楚的認識。溫度升高使電阻增大；溫度降低會使電阻減小。但是，如溫度接近絕對零度（Ok）時會發(fā)生什么情況呢？許多科學家為此爭執(zhí)不休，例如英國科學家開爾文（L.Kelvin，18241967）認為當溫度接近絕對零度時，物體中的電子會“凍結”，物體會變成絕緣體。1908年，荷蘭物理學家翁納斯（H.K.Onnes，18531926）在荷蘭萊頓大學實現了氫氣（He）的液化，得到了4.2K（-269）的低溫，同時他用液氦測量研究金屬電阻下降的現象時，發(fā)現金、銀、銅等金屬的電阻有一個不能再減少的極限值。1911年，他發(fā)現水銀在4.2K時的電阻會突然消失，后來他又發(fā)現鉛、錫等金屬在其

40、臨界溫界Tc下也有這種現象，翁納斯稱這種現象為超導電性，具有超導電性的材料稱為超導材料或超導體。后來人們陸續(xù)發(fā)現有28種元素可以在常壓下制成超導體，其中Tc最高的是鈮（9.15K），Tc最低的是鎢（0.01K），還發(fā)現有幾千種合金和化合物可以是超導體。20世紀20年代后，人們對超導體材料的性能和機理進行了大量的研究工作。1933年，荷蘭人邁斯納（W.Missner，18921959）和奧森菲爾德（R.Ochsenfeld）發(fā)現超導體內磁通為零的所謂“邁斯納-奧森菲爾德效應”；1954年，美籍德國人馬蒂阿斯（B.T.Mathias，18181980）提出超導性經驗法則，發(fā)現數百種超導材料。1957年，巴?。˙ardeen）、庫伯（L.N.Cooper，1924）和施瑞弗（J.R.Schrieffer，1931）三人提出了一種微觀的超導機理-BCS理論，把超導理論研究提到新水平，由此他們三人同獲1972年諾貝爾物理獎金