第6章 磁性材料

1、6.1 6.1 軟磁材料軟磁材料 6.2 6.2 硬磁材料硬磁材料 6.3 6.3 鐵氧體鐵氧體 6.4 6.4 非晶態(tài)磁性合金非晶態(tài)磁性合金 6.5 6.5 有機(jī)高分子磁性材料有機(jī)高分子磁性材料 6.6 6.6 壓磁材料壓磁材料 6.7 6.7 磁性液體磁性液體 6.8 6.8 磁性材料的進(jìn)展磁性材料的進(jìn)展 掌握軟磁材料的特征值、硬磁材料的特征掌握軟磁材料的特征值、硬磁材料的特征 值；鐵氧體及其三種晶體結(jié)構(gòu)、壓磁效應(yīng)值；鐵氧體及其三種晶體結(jié)構(gòu)、壓磁效應(yīng) 及壓磁材料的特征值。及壓磁材料的特征值。 熟悉非晶態(tài)磁性合金及其特性、磁性液體、熟悉非晶態(tài)磁性合金及其特性、磁性液體、 磁性材料的進(jìn)展。磁性

2、材料的進(jìn)展。 了解軟磁材料、硬磁材料的種類和應(yīng)用、了解軟磁材料、硬磁材料的種類和應(yīng)用、 有機(jī)高分子磁性材料。有機(jī)高分子磁性材料。 （1 1）軟磁材料及其特征值）軟磁材料及其特征值 （2 2）硬磁材料及其特征值）硬磁材料及其特征值 （3 3）鐵氧體及其三種晶體結(jié)構(gòu)）鐵氧體及其三種晶體結(jié)構(gòu) （4 4）壓磁效應(yīng)及壓磁材料的特征值）壓磁效應(yīng)及壓磁材料的特征值 （5 5）磁滯回線）磁滯回線 根據(jù)物質(zhì)的磁化率，可以把物質(zhì)的磁性分為抗磁 性（-10-5-10-8）、順磁性（10-310-6）、鐵磁性 （10-310-5）、亞鐵磁性（1104）、反鐵磁性 （1105）等五類。按各類磁體磁化強(qiáng)度M與磁場 強(qiáng)度H

3、的關(guān)系，可做出其磁化曲線。圖61為它們 的磁化曲線示意圖。 而按原子磁矩排列次序可分為有序排列和無序排 列。抗磁性和順磁性物質(zhì)為無序排列，其余三類 磁性物質(zhì)為有序排列。 圖61 五類磁體的磁化取向示意圖 n如按外磁場作用下物質(zhì)磁行為的表現(xiàn)則可分為抗 磁、弱磁和強(qiáng)磁?？勾判晕镔|(zhì)表現(xiàn)為抗磁，順磁 性和反鐵磁性物質(zhì)表現(xiàn)為弱磁，亞鐵磁性和鐵磁 性物質(zhì)表現(xiàn)為強(qiáng)磁。 本章所介紹的磁性材料是指常溫下表現(xiàn)為強(qiáng)磁性 的亞鐵磁性和鐵磁性材料。 按其不同特點又可分為軟磁、硬磁、鐵氧體、 （非晶態(tài)磁性合金、有機(jī)高分子磁性材料、壓磁 材料、磁性液體）等材料。而代表磁性材料性質(zhì) 的基本參量是起始磁導(dǎo)率i、最大磁導(dǎo)率m、矯

4、 頑力Hc、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、最大磁能積(BH)max等 等。不同的應(yīng)用對材料的磁性有不同的要求。 鐵磁性和亞鐵磁性材料的磁學(xué)特性與順磁性和抗 磁性物質(zhì)不同，主要特點表現(xiàn)在磁化曲線和磁滯 回線上。 鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線如圖62OKB曲線所示。隨 磁化場的增加，磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B開始時增 加較緩慢，然后迅速增加，再轉(zhuǎn)而緩慢增加，最后 磁化至飽和。Ms稱為飽和磁化強(qiáng)度，Bs稱為飽和磁 感應(yīng)強(qiáng)度。磁化強(qiáng)度不再隨外磁場的增加而增加。 然后緩慢減少H，則M或B也隨之減少，這個過程稱為 退磁。但M或B并不按照磁化曲線反方向進(jìn)行，而是 按另一曲線變化，如圖62BC段。 當(dāng)H減少到零時，M=Mr，B=

5、Br。Mr為剩余磁化強(qiáng)度，Br 為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。如果要使M=0（或B=0），則必 須要加上一個反向磁場Hc，這個反向磁場Hc稱為矯頑 力。 通常把曲線上的CD段稱為退磁曲線。 從這里可以看出，退磁過程中M或B的變化是落后于H 的變化的，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。 當(dāng)反向H繼續(xù)增加時，最后又可以達(dá)到反向飽和，見 圖62E點。當(dāng)H從+Hm變到-Hm再變到+Hm時，磁化曲 線形成一個封閉曲線，稱之為磁滯曲線。 磁滯回線所包圍的面積表示磁化一周時所消耗的 功，稱為磁滯損耗Q。 HdBQ nB=H+4M n=B/H n即在磁化曲線上任何點B和相應(yīng)的H的比值稱為磁 導(dǎo)率。在磁化曲線上一些特殊點的磁導(dǎo)率。 n

6、起始磁導(dǎo)率i：相當(dāng)于磁化曲線起始部分的斜 率。技術(shù)上規(guī)定在0.10.001Oe磁場的磁導(dǎo)率為起 始磁導(dǎo)率，它是軟磁材料的重要技術(shù)參數(shù)。 n 最大磁導(dǎo)率m：是磁化曲線拐點K處的斜率 （見圖62）。它也是軟磁材料的重要技術(shù)參量。 所謂軟磁材料就是矯頑力很低（HcT1）系數(shù)可用下式表示： 121 12 TT 1 1 21 A D n4、減落DA n在恒定溫度下，經(jīng)過一定的時間間隔，磁性材料 的磁導(dǎo)率相對減少，其減少值表示為 n5 5、鐵損、鐵損 n鐵損是指磁性材料在交變磁場中反復(fù)磁化所消耗 的功率。由磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗組成。 每磁化一周所消耗的能量正比于磁滯回線的面積， 這種能量損失稱為磁

7、滯損耗。 按照電磁感應(yīng)定律，鐵磁材料在交變磁場中磁化， 材料內(nèi)磁通量發(fā)生變化時，在磁通的周圍會產(chǎn)生 感應(yīng)電動勢，因鐵磁材料是導(dǎo)電物質(zhì)，感應(yīng)電動 勢將在垂直于磁通方向的截面上感應(yīng)出閉合的渦 流電流。由它所引起的焦耳損失稱為渦流損耗。 提高電阻率可降低渦流損耗。 剩余損耗是指磁滯損耗和渦流損耗外的其他損耗， 包括馳豫損耗、疇壁共振損耗和自然共振損耗。 6、矯頑力Hc 軟磁材料在對稱周期磁化條件下，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0時所相應(yīng)的磁化場強(qiáng)度稱為矯頑力Hc。 7、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs 在磁化場足夠強(qiáng)的情況下，軟磁材料可能達(dá)到的 最大磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。 8、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br 軟磁材料經(jīng)一定強(qiáng)度的

8、磁場磁化后，再將磁場強(qiáng) 度減至零，此時材料內(nèi)所剩的磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常簡稱為剩磁Br。Br不僅與 材料本身有關(guān)，而且與材料的磁化過程有關(guān)。 9、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 在交變電磁場中，磁導(dǎo)率既要反映導(dǎo)磁能力的 大小，還要表現(xiàn)出B和H間存在的相位差。 復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率=-j” 22 )()( 復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的模稱為總磁導(dǎo)率或振幅磁導(dǎo)率。 為彈性磁導(dǎo)率，代表了磁性材料中儲存能量 的磁導(dǎo)率；把”稱為粘性磁導(dǎo)率（或損耗磁導(dǎo) 率），它與磁性材料磁化一周的損耗有關(guān)。 磁感應(yīng)強(qiáng)度相對于磁場強(qiáng)度落后的相位角的正切 稱為損耗角正切，即 tan=”/ tan的倒數(shù)稱為軟磁材料的品質(zhì)因數(shù)。 綜上所述，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實部與

9、鐵磁材料在 交變磁場中儲能密度有關(guān)，而虛部”卻與材料 在單位時間內(nèi)損耗的能量有關(guān)。 二、軟磁材料種類和應(yīng)用二、軟磁材料種類和應(yīng)用 常用的軟磁材料有純鐵、硅鋼片、鐵鎳合金、軟 磁鐵氧體等。 1、電工用純鐵：一種含碳量低、含鐵量99.95%以 上的軟鋼。 2、硅鐵合金：在純鐵中加入0.38%4.5%硅，使之 形成固溶體，可以提高材料電阻率，減少渦流損 耗，這種材料稱為硅鐵合金。 3、鎳鐵合金：主要是含鎳量為30%90%的鎳鐵合 金，通常稱坡莫合金。 4、軟磁鐵氧體：鐵氧體材料中的一種，是一種容 易磁化和退磁的鐵氧體。常用的軟磁鐵氧體有鎳 鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體。 硬磁材料是具有強(qiáng)的抗退磁能力和高的剩

10、余磁感 應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)磁性材料，又稱永磁材料。 表征硬磁材料性能的主要參數(shù)是剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br、矯頑力Hc和最大磁面積(BH)max，三者愈高，硬 磁材料性能愈好。由此引起這類材料具有大的磁 滯損耗。 硬磁材料的硬和軟，也可以是指機(jī)械手段，因為 任何提高磁性材料機(jī)械強(qiáng)度的手段往往產(chǎn)生出比 較硬的磁性材料。 更為確切的方法是用磁滯回線形狀區(qū)分硬磁材料 和軟磁材料，圖63所示，磁性材料的軟硬程度 可以用BrHc乘積來度量。 一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值 永久磁鐵受到的退磁場作用與外加磁場的方向相 反。因此，永磁體的工作點將從剩磁Br點移到磁滯 回線第二象限，即退磁曲線的某一點上，如圖6 4所

11、示，永久磁鐵的實際工作點用D表示。 硬磁材料性能好壞，應(yīng)該由退磁曲線上的有關(guān)物 理量來衡量，其特征值如下。 1、剩磁Br和表觀剩磁BD 磁性材料被磁化到相應(yīng)最大磁化場Hs后，再使該 磁化場為零時所剩留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感 應(yīng)強(qiáng)度，簡稱剩磁，用Br表示，單位T。在工作 狀態(tài)下，永久磁鐵的工作點在退磁場作用下將從 Br點移到D點，這時永磁體所具有的剩余磁感應(yīng) 強(qiáng)度稱為表觀剩磁表觀剩磁BD。 2、矯頑力Hc 永磁材料的矯頑力Hc有兩種定義：一個是使磁感 應(yīng)強(qiáng)度B=0所需的磁場值，用BHc或Hc表示；一個 是使磁化強(qiáng)度M=0所需的磁場值，常用MHc表示。 3、最大磁能積(BH)max和凸出系數(shù) 最

12、大磁能積在數(shù)值上等于退磁曲線上各點所對應(yīng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度乘積中的最大值。當(dāng)硬磁材料的 工作點位于退磁曲線上具有(BH)max的那一點時，為了 提供相同的磁能所需要的材料體積將最小。材料 (BH)max的越大，永磁體性能越好。 另外，退磁曲線的形狀與磁能積大小有密切關(guān)系。退 磁曲線的凸出程度和磁能積有關(guān)。如果有兩種不同的 材料，雖然Br和Hc值都相同，但由于它們的退磁曲線 形狀不同，它們的(BH)max也不同。退磁曲線凸出程度 越大，則磁能積就越大。退磁曲線的凸出程度可用凸 出系數(shù)表示 ： =(BH)max/BrHc 4、回復(fù)磁導(dǎo)率rev 圖65所示，如果一塊永磁材料去掉磁化場之后， 剩

13、磁Br在縱坐標(biāo)軸上A點位置上，當(dāng)受外界各種因 素影響時，永磁體的剩磁沿著退磁曲線降到某一 位置M。這些影響相當(dāng)于退磁場的作用，當(dāng)這些退 磁場除去之后，磁性不再回復(fù)到A位置，而是到一 個新的位置M。 如果循環(huán)地改變在MM之間的退磁場，永磁體 特性將按照回復(fù)曲線來改變。這時得到一個狹窄 的局部磁滯回線。因為回線的面積很小，通常可 用回復(fù)曲線來代替，并用仰角的正切表示它的 特性，被稱為回復(fù)磁導(dǎo)率rev，以下式來表示： rev=B/H=tan 5、穩(wěn)定性 硬磁材料的穩(wěn)定性是指它的有關(guān)磁性能在長時間 使用過程中或者受到溫度、外磁場、沖擊、振動 等外界因素影響時保持不變的能力。用變化率 來表示： %100

14、 Z Z 二、硬磁材料的種類和應(yīng)用二、硬磁材料的種類和應(yīng)用 硬磁材料分成以下幾類：鑄造硬磁合金；可 變形硬磁合金；硬磁鐵氧體；稀土硬磁合金。 稀土硬磁合金包括稀土鈷和稀土鐵系金屬間化合 物，為硬磁材料中性能最高的一類。最早的稀土 硬磁合金是稀土鈷磁鐵。第一代永磁材料：RCo5， (BH)max為195.9222.9kJ/m3。第二代永磁材料： R2Co17， (BH)max為297.7kJ/m3。第三代永磁材料： Nd-Fe-B合金， (BH)max 390kJ/m3。其最大缺點是 居里溫度較低、溫度穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性較差。 第四代永磁材料主要有Sm2Fe17Cx、Sm2Fe17Nx、Sm-

15、Fe-Ti等， (BH)max的理論值高達(dá)450kJ/m3。 近年來，微晶永磁體和納米晶稀土永磁體的研制 受到較大重視。 鐵氧體是鐵元素與氧化合形成的各種類型的化合 物，屬亞鐵磁性材料中特別重要的一類。 實用的鐵氧體大多數(shù)是軟磁的，也有硬磁的。 鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)主要有尖晶石型、磁鉛石型及 柘榴石型三種。 鐵氧體的磁化強(qiáng)度比不上金屬磁性材料，但其高 電阻率，大大降低了渦流損耗，使之在無線電、 高頻、微波、脈沖等領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。 鐵氧體還具有效率高、體積小、價格低等特點。 鐵氧體的制備、基本磁性的研究和應(yīng)用十分成熟。 非晶態(tài)磁性合金指的是原子呈無長程序排布并具有優(yōu)非晶態(tài)磁性合金指的是原子呈

16、無長程序排布并具有優(yōu) 異磁特性的合金異磁特性的合金。 在非晶態(tài)合金材料中，不存在磁晶各向異性問題，只 要把材料的磁致伸縮系數(shù)做到零，就可以得到高磁導(dǎo) 率的材料。 非晶態(tài)磁性合金的關(guān)鍵技術(shù)是制備工藝。 非晶態(tài)磁性合金有如下特性： 磁導(dǎo)率和矯頑力與鐵鎳合金基本相同。 電阻率比一般軟磁合金材料大（130cm）。 磁致伸縮特性好。 具有良好的抗腐蝕性，機(jī)械抗拉強(qiáng)度和韌性。 容易得到比鐵鎳合金還要薄的薄膜 非晶態(tài)磁性合金的問題是溫度對磁的不穩(wěn)定性影 響比較大。 非晶態(tài)磁性合金主要有過渡金屬和類金屬合金、 稀土元素與過渡金屬合金、過渡金屬與過渡金屬 合金三類。 非晶態(tài)磁性合金的一個很重要特征值是飽和磁致飽

17、和磁致 伸縮系數(shù)伸縮系數(shù)s s。s s指的是磁場強(qiáng)度加到一定數(shù)值 后，即當(dāng)H=Hs，磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值Ms時，材料 不再繼續(xù)伸長或縮短，此時的伸縮比l/l，即 s s。一般來說，s s越小，非晶態(tài)合金的磁性能 越好。 非晶態(tài)磁性合金的應(yīng)用，國內(nèi)外都有較大進(jìn)展。 具有鐵磁性的有機(jī)高分子材料稱為有機(jī)高分子磁 性材料，分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩種。 一、復(fù)合型有機(jī)高分子磁性材料（一、復(fù)合型有機(jī)高分子磁性材料（塑料磁性材料） 塑料磁性材料是把強(qiáng)磁性粉均勻地分散在塑料或 橡膠中制成復(fù)合永磁材料，也叫做塑料永磁材料。 同時具有永磁體和塑料的特性，能實現(xiàn)批量生產(chǎn)， 成本低廉。 高分子材料有聚乙烯等熱塑性樹脂和橡膠

18、等。 磁性粉體為鋇鐵氧體、釤鈷合金等硬磁材料。 采用磁場成型工藝可獲得高性能塑料永磁體。 二、結(jié)構(gòu)型有機(jī)高分子磁性材料二、結(jié)構(gòu)型有機(jī)高分子磁性材料 組成有機(jī)化合物的原子，化學(xué)鍵通常為共價鍵， 一般為滿層結(jié)構(gòu)，電子成對出現(xiàn)，且自旋反平行 排列，而沒有凈自旋，表現(xiàn)為抗磁性效應(yīng)。雖然 發(fā)現(xiàn)少數(shù)有機(jī)物質(zhì)呈順磁性，但迄今在結(jié)構(gòu)上未 能合成出有實用價值的鐵磁性有機(jī)高分子化合物。 由磁學(xué)理論可知，欲使有機(jī)物質(zhì)具有鐵磁性，必 須滿足兩個條件，即首先要獲得髙自旋，其次是 如何使高自旋有機(jī)分子間產(chǎn)生鐵磁性自旋排列。 理論模型：自旋交換模型、混合堆積模型、周期 KondoHubbard模型、Ovchinnikov模

19、型。 有機(jī)及高分子磁性體分為分子晶體、有機(jī)金屬化 合物和有機(jī)聚合物三大類。 壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)是力學(xué)形變和磁性狀態(tài)之間存在的機(jī)械 能和磁能之間的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，其逆效應(yīng)稱之為磁致磁致 伸縮效應(yīng)伸縮效應(yīng)。 具有此種效應(yīng)的材料稱為壓磁材料或磁致伸縮材 料。利用壓磁材料的相關(guān)效應(yīng)可制成熱膨脹系數(shù) 接近于零的不脹型材料和恒彈性型材料。 壓磁材料的主要特征值為： 飽和磁致伸縮系數(shù)s s。指的是磁場強(qiáng)度加到 一定數(shù)值后，材料不再繼續(xù)伸長或縮短，此時的 伸縮比l/l，即s s。 靈敏度常數(shù)d。指的是在恒定壓力p下單位磁場 產(chǎn)生的磁致伸縮，或在恒定磁場H作用下，單位應(yīng) 力產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。即： HP B H d

20、 n壓磁（磁彈性）耦合系數(shù)k。k為能夠轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能的磁能與材料中的總磁能之比。 n對溫度、振動等的穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度好。 n常用的壓磁材料主要有三類：鐵氧體壓磁材料、 金屬壓磁材料和非晶態(tài)合金壓磁材料。 n壓磁材料主要應(yīng)用于超聲和水聲器件、電子計算 機(jī)和自動控制器件、電訊器件、微波器件等。 所謂磁性液體是指鐵磁性物質(zhì)的極微小的顆粒表 面吸附上一層表面活性劑，使其均勻穩(wěn)定地彌散 在某種基液之中，形成一種彌散溶液，其基本組 成如圖66所示。 圖66 磁性液體示意圖 1表面活性劑；2磁性微粒；3基液 磁性液體由磁性微粒、表面活性劑和基液組成。 磁性微粒是Fe3O4、-Fe2O3、單一或復(fù)合鐵氧體、

21、純鐵粉、純鈷粉、鐵-鈷合金粉、稀土永磁粉等。 表面活性劑分為陽離子表面活性劑、陰離子表面 活性劑、兩性表面活性劑和非離子表面活性劑等。 基液種類很多，如酯類基液、二酯類基液、烴類 基液、水基液、氟碳類基液、聚苯醚類基液等。 基液選用須視所制磁性液體特點及用途而定。 工程上對磁性液體的基本要求是：穩(wěn)定性好； 高的飽和磁化強(qiáng)度和起始磁導(dǎo)率；低粘度和 低蒸氣壓；在重力場、電場、磁場以及非均勻 磁場中應(yīng)具有高度穩(wěn)定性，并且無明顯的凝聚、 不產(chǎn)生沉淀和分層；很好的熱學(xué)性；無毒性。 一、高性能磁性材料一、高性能磁性材料 超薄晶粒取向硅鋼片，非晶稀土永磁材料，巨磁 致伸縮材料，磁流變體（磁性微粒分散于絕緣載

22、 液中形成的隨外磁場變化而具有可控流變特性的 非膠狀懸浮液體），磁性高分子微球（磁性物質(zhì) 和直徑小于1m的高分子微球結(jié)合起來的材料）。 二、多功能磁性材料二、多功能磁性材料 鐵電鐵磁材料，磁性半導(dǎo)體，超導(dǎo)磁有序體。 三、納米磁性材料三、納米磁性材料 納米磁粉材料，超晶格磁膜，納米復(fù)合磁性材料 （由軟磁和硬磁納米材料復(fù)合形成的磁性材料）。 35 具有強(qiáng)磁性的材料稱為磁性材料。具有強(qiáng)磁性的材料稱為磁性材料。 磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換，存儲或改變磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換，存儲或改變 能量狀態(tài)的功能，是重要的功能材料。能量狀態(tài)的功能，是重要的功能材料。 磁性材料廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、通訊磁性材料廣泛地應(yīng)用于計算

23、機(jī)、通訊 、自動化、音像、電視、儀器和儀表、航、自動化、音像、電視、儀器和儀表、航 空航天、農(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域?？蘸教臁⑥r(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域。 36 按化學(xué)組成分類按化學(xué)組成分類 金屬磁性材料、非金屬金屬磁性材料、非金屬(鐵氧體鐵氧體)磁性材料磁性材料 按磁化率大小分類按磁化率大小分類 順磁性順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性亞鐵磁性 按功能分類按功能分類 軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料 、旋磁材料、壓磁材料、旋磁材料、壓磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁泡磁材料、磁光材料、磁 記錄材料記錄材料 3

24、7 宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子 組成。組成。 當(dāng)原子磁矩同向平行排列時，宏觀當(dāng)原子磁矩同向平行排列時，宏觀 磁體對外顯示的磁性最強(qiáng)。磁體對外顯示的磁性最強(qiáng)。 當(dāng)原子磁矩紊亂排列時，宏觀磁體當(dāng)原子磁矩紊亂排列時，宏觀磁體 對外不顯示磁性。對外不顯示磁性。 38 宏觀磁體單位體積在某一方向宏觀磁體單位體積在某一方向 的磁矩稱為磁化強(qiáng)度的磁矩稱為磁化強(qiáng)度M： M = 原子 原子/V 39 任何物質(zhì)在外磁場作用下，除了任何物質(zhì)在外磁場作用下，除了 外磁場外磁場H外，由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩外，由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩 的有序排列，還要產(chǎn)生一個的有序排列，還要產(chǎn)生一個附加的

25、磁附加的磁 場場M。 40 在物質(zhì)內(nèi)部外磁場和附加磁場的總和在物質(zhì)內(nèi)部外磁場和附加磁場的總和 稱為稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 B = o(H+M) o - 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率 = M / H - 磁化率磁化率 = B / H - 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 41 鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì) 具有極高的磁化具有極高的磁化 率，磁化易達(dá)到飽和率，磁化易達(dá)到飽和 的物質(zhì)。的物質(zhì)。 如如Fe，Co， Ni ， Gd等金屬及其合等金屬及其合 金稱為鐵磁性物質(zhì)。金稱為鐵磁性物質(zhì)。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 鐵磁性鐵磁性 m= 10-2 106 磁場磁場 42 亞鐵磁性物質(zhì)亞鐵磁性物質(zhì) 磁矩的排列與磁性

26、的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 亞鐵磁性亞鐵磁性 m= 10-2 106 磁場磁場 如鐵氧體如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，等， 是一些復(fù)雜的金屬化合物是一些復(fù)雜的金屬化合物 ，比鐵磁體更常見。，比鐵磁體更常見。 它們相鄰原子的磁矩反向它們相鄰原子的磁矩反向 平行，但彼此的強(qiáng)度不相平行，但彼此的強(qiáng)度不相 等，具有高磁化率和居里等，具有高磁化率和居里 溫度。溫度。 43 順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì) 存在未成對電子存在未成對電子 永久永久 磁矩。磁矩。La，Pr，MnAl， FeSO47H2O， Gd2O3 ； 在居里溫度以上的鐵磁性在居里溫度以上的鐵磁性 金屬金屬Fe, Co, Ni等。等。 居里溫

27、度居里溫度 由鐵磁性或亞由鐵磁性或亞 鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R 界溫度稱為居里溫度界溫度稱為居里溫度(Tc)。 順磁性順磁性 m=10-6 10-5 磁場磁場 44 反磁性物質(zhì)反磁性物質(zhì) 不存在不存在 未成對電子未成對電子 沒有永沒有永 久磁矩。惰性氣體，不久磁矩。惰性氣體，不 含過渡元素的離子晶體含過渡元素的離子晶體 ，共價化合物和所有的，共價化合物和所有的 有機(jī)化合物，某些金屬有機(jī)化合物，某些金屬 和非金屬。和非金屬。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 反磁性反磁性 m= -10-5 -10-6 磁場磁場 45 反 鐵 磁 性 物 質(zhì)反 鐵 磁 性 物 質(zhì)

28、FeO，F(xiàn)eF3，NiF3， NiO，MnO，各種各種 錳鹽以及部分鐵氧錳鹽以及部分鐵氧 體體ZnFe2O4等，它們等，它們 相鄰原子的磁矩反相鄰原子的磁矩反 向平行，而且彼此向平行，而且彼此 的強(qiáng)度相等，沒有的強(qiáng)度相等，沒有 磁性。磁性。 反鐵磁性反鐵磁性 m= 10-2 10-5 磁場磁場 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 46 鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化 強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力。強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力。 47 在較弱的磁場在較弱的磁場 下易于磁化，也易下易于磁化，也易 于退磁的材料稱為于退磁的材料稱

29、為 軟磁材料軟磁材料。 磁導(dǎo)率大，矯頑磁導(dǎo)率大，矯頑 力小力小(Hc100A/m) ，滯損耗低，磁滯滯損耗低，磁滯 回線呈細(xì)長條形。回線呈細(xì)長條形。 48 Mn-Zn、Li-Zn鐵氧體、鐵氧體、Ni-Zn、 NiCuZn 鐵氧體、鐵氧體、MnFe2O4 、 NiFe2O4 49 軟磁材料適用于交變磁場，可用來軟磁材料適用于交變磁場，可用來 制造各種發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子制造各種發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子 ；變壓器，電感器，電抗器，繼電器和；變壓器，電感器，電抗器，繼電器和 鎮(zhèn)流器的鐵芯；計算機(jī)磁芯；磁記錄的鎮(zhèn)流器的鐵芯；計算機(jī)磁芯；磁記錄的 磁頭與介質(zhì)；磁屏蔽；電磁鐵的鐵芯。磁頭與介質(zhì)；磁

30、屏蔽；電磁鐵的鐵芯。 50 磁化后不易退磁，磁化后不易退磁， 而能長期保留磁性的鐵氧而能長期保留磁性的鐵氧 體材料稱為體材料稱為硬磁材料硬磁材料，因，因 而也稱而也稱永磁材料永磁材料或或恒磁材恒磁材 料料。磁滯回線包圍面積大，。磁滯回線包圍面積大， (Hc400A/m) 矯頑力大。矯頑力大。 51 主要是利用磁體在氣隙產(chǎn)生足夠強(qiáng)的主要是利用磁體在氣隙產(chǎn)生足夠強(qiáng)的 磁場，利用磁極與磁極的相互作用，磁場磁場，利用磁極與磁極的相互作用，磁場 對帶電物體或粒子或載電流導(dǎo)體的相互作對帶電物體或粒子或載電流導(dǎo)體的相互作 用來做功，或?qū)崿F(xiàn)能量，信息的轉(zhuǎn)換。用來做功，或?qū)崿F(xiàn)能量，信息的轉(zhuǎn)換。 52 矩磁材料磁滯回線矩磁材料磁滯回線 磁滯回線近似矩形磁滯回線近似矩形 的磁性材料，結(jié)晶各向的磁性材料，結(jié)晶各向 異性，應(yīng)力各向異性。異性，應(yīng)力各向異性。 在常溫使用的矩磁材料有在常溫使用的矩磁材料有(Mn-Mg)Fe2O4系，系， (Mn-Cu)Fe2O4系，系， (Mn-Ni)Fe2O4系等。系等。 在在-65 +125較寬