[物理]第5章 靜態(tài)技術(shù)磁化ppt課件

1、第五章 靜態(tài)技術(shù)磁化bBsMsMrMrBKFAHicHBcHimaxmax()BH100111內(nèi)秉磁性表觀（技術(shù)）磁性交換常數(shù)A居里溫度Tc自發(fā)磁化強(qiáng)度飽和磁化強(qiáng)度剩余磁化強(qiáng)度剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度表觀磁感應(yīng)強(qiáng)度磁晶各向異性常數(shù)磁晶各向異性場(chǎng)矯頑力初始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率最大磁能積磁致伸縮系數(shù)iiisvMMcoscos)(coscossiiiisiiisMvvMvMMiviM改動(dòng)磁場(chǎng)時(shí)，磁化強(qiáng)度的變化第i個(gè)磁疇的磁化矢量與磁場(chǎng)方向的夾角第i個(gè)磁疇的體積忽略疇璧磁矩，求和在單位體積內(nèi)進(jìn)展磁疇體積的變化：疇壁位移磁矩轉(zhuǎn)動(dòng) 順磁磁化 技術(shù)磁化 5. 1靜態(tài)磁化與反磁化靜態(tài)磁化與反磁化H不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)可逆轉(zhuǎn)動(dòng)納米資料

2、H磁中性磁中性疇壁位移疇壁位移磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)不存在不可逆過程存在不可逆和不可逆過程傳統(tǒng)資料疇壁位移也是磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)！疇壁位移也是磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)！)(20bHHBii.初始形狀是退磁形狀:H=M=B=0ii.起始磁化區(qū)。 磁場(chǎng)很小，磁化根本上是可逆疇壁位移過程稱為起始磁導(dǎo)率。iii.瑞利區(qū)。 磁場(chǎng)較小時(shí)，磁化滿足瑞利的閱歷公式主要可逆疇壁位移過程。iv.不可逆疇壁位移。磁化曲線變陡，磁導(dǎo)率越來越大，在矯頑力附近到達(dá)最大值。主要是不可逆疇壁位移過程 Barkhausen騰躍。v.磁導(dǎo)率開場(chǎng)減小。主要過程是可逆和不可逆磁轉(zhuǎn)動(dòng)。vi.磁化曲線接近飽和，磁化過程主要是可逆磁轉(zhuǎn)動(dòng)。vii.磁化飽和。磁化變化非

3、常小，是順磁磁化過程。 5. 1. 1磁化曲線磁化曲線MHBH-100Hm rrBHBH 0001limiHHBH起始磁導(dǎo)率：maxmax01BH最大磁導(dǎo)率：maxM,H M i發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器的鐵心是電力工業(yè)的中心資料。以電力變壓器為例,鐵心上繞有原線圈和副線圈。一個(gè)線圈兩端的電壓是 mxnlSBdtdBNSV無線電通訊、收音機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)等電子器件中運(yùn)用的鐵心。 以調(diào)諧回路電感為例，所運(yùn)用軟磁資料的磁場(chǎng)H很小，電感L與起始磁導(dǎo)率成正比，因此選用起始磁導(dǎo)率大的資料。對(duì)于給定電壓，所需求的鐵心體積與Bmx成反比，因此，用大飽和磁化強(qiáng)度資料可以減少鐵心體積。當(dāng)H從足夠使磁化飽和的幅值Hm

4、減小到-Hm時(shí)i. ，在第一象限，磁矩從磁場(chǎng)方向向最接近磁場(chǎng)方向的易磁化方向可逆轉(zhuǎn)動(dòng)。ii.當(dāng)經(jīng)過剩磁進(jìn)入退磁曲線時(shí)，在一些晶粒邊境附近生成反磁化核(在小區(qū)域發(fā)生不可逆磁轉(zhuǎn)動(dòng))，并擴(kuò)展為反向磁化的楔形疇?？赡娲呸D(zhuǎn)動(dòng)逐漸被楔形疇的擴(kuò)展以及隨后的可逆、不可逆疇壁位移取代。iii.在矯頑力附近，微分磁導(dǎo)率和不可逆微分磁導(dǎo)率的絕對(duì)值變最大,Barkhausen 騰躍最活潑。當(dāng)沿著磁滯回線磁化一個(gè)周期時(shí)，外部對(duì)單位體積磁體所做的功是磁化能BdHJdHW它全部變成熱能。當(dāng)Hm 缺乏以使樣品磁化到飽和時(shí)，磁滯回線的和面積隨的減小而減小。 5. 1. 2磁滯回線磁滯回線202max020max0()()mmg

5、gmmggmmggmmmmggggmmmgggggmggggmH LH LNIH LH LB SB SH L B SH L B SV B HV B HVHVBHVHVHVBH 永磁磁路設(shè)計(jì)的主要義務(wù)是把外部磁場(chǎng)能集中到所需求的空間，同時(shí)使磁體處于最大磁能積形狀，從而把磁體體積減小到最小。 f 叫 H M 磁帶磁記錄資料包括記錄信息的磁記錄介質(zhì)(錄音帶、錄像帶、計(jì)算機(jī)磁帶、軟盤、硬盤，各類磁卡、隨機(jī)磁存儲(chǔ)元件等)，寫入磁頭和讀出磁頭。以計(jì)算機(jī)磁帶為例。在寫入磁頭鐵心上繞有電流線圈。負(fù)向均勻磁化了的磁帶緊貼鐵心空隙下面，以一定速度挪動(dòng)。在線圈中流過代表數(shù)字信息的由按一定時(shí)間間隔流過的零電流(代表0

6、)和單向脈沖電流(代表1)組成的脈沖電流序列。當(dāng)脈沖電流流過時(shí)，鐵心被磁化，在磁頭空隙下面的磁帶部位分發(fā)磁場(chǎng)。和磁帶平行的正向磁場(chǎng)分量把該部位的磁化方向由負(fù)向倒向正向，從而計(jì)入數(shù)據(jù)1。當(dāng)磁帶的這個(gè)部位分開磁頭空隙磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，在這個(gè)部位鐵心產(chǎn)生的磁場(chǎng)變零，部位兩頭產(chǎn)生的磁荷產(chǎn)生的退磁場(chǎng)是負(fù)向，但由于磁滯回線是矩形的，矯頑力比退磁場(chǎng)大，正向磁化的形狀被保管下來。當(dāng)磁頭中沒有電流流過時(shí)，磁帶不被磁化，堅(jiān)持原來的負(fù)向磁化形狀，因此存有原來的數(shù)據(jù)0。如此把脈沖電流序列的信息存入磁帶中。圖中的磁帶的一段部位存儲(chǔ)著數(shù)列1001。在1和0區(qū)之間出現(xiàn)磁荷，這些磁荷在磁帶外部發(fā)出散磁場(chǎng)。當(dāng)存有信息的磁帶在讀出磁頭下

7、面以一定速度挪動(dòng)時(shí)，讀出磁頭捕獲這些散磁場(chǎng)，把它們變成相應(yīng)的脈沖電流信息序列，完成讀出功能。感應(yīng)式磁頭利用Faraday感應(yīng)定律的原理讀出散磁場(chǎng)。這類磁頭的構(gòu)造與寫入磁頭一樣。磁電阻磁頭是利用磁電阻效應(yīng)，磁頭電阻跟著散磁場(chǎng)的變化而變化，經(jīng)過測(cè)電阻讀出信息。寫入磁頭在空隙產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁頭鐵心的磁化強(qiáng)度成正比。當(dāng)脈沖電流流過時(shí)，磁頭要產(chǎn)生足夠把磁帶反磁化的磁場(chǎng)；沒有電流時(shí)，磁頭的剩余磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)要小到不至于改動(dòng)磁帶的磁化形狀。為了低功率下運(yùn)作，脈沖電流越小越好。因此鐵心資料應(yīng)該具有細(xì)長(zhǎng)的磁滯回線，即大的飽和磁化強(qiáng)度，小矯頑力。在磁帶中，磁矩受有磁荷產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)。為了在反向場(chǎng)中堅(jiān)持穩(wěn)定的磁化形狀

8、，磁滯回線應(yīng)該具有矩形退磁曲線和足夠大的矯頑力。隨著存儲(chǔ)密度的提高，反向磁場(chǎng)越來越大，要求資料具有越來越大的矯頑力。但矯頑力要小于磁頭寫入時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，否那么寫入不充分。磁頭產(chǎn)生的磁場(chǎng)受磁頭磁化強(qiáng)度的限制，因此矯頑力的上限也遭到制約。對(duì)感應(yīng)式磁頭資料的要求同于寫入磁頭資料。磁電阻磁頭資料應(yīng)該在比較小的磁場(chǎng)變化下具有大的磁電阻效應(yīng)。 0(/)2cos0( )2cos2cossHsHsHdF dx dxJ dxHdF xJ HM Hdx添加H，使得( )2cos|1( )|2cossHbbsHdF xJ HdxdF xHJdx疇壁從b點(diǎn)Barkhausen騰躍到c點(diǎn)。去掉磁場(chǎng)，疇壁只能回復(fù)到K點(diǎn)不

9、可逆疇壁位移。從0開場(chǎng)添加磁場(chǎng)H，疇壁從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，去掉磁場(chǎng)又前往a點(diǎn)可逆疇壁位移。當(dāng)H0，K施加反向磁場(chǎng)，疇壁越高最高的勢(shì)壘h點(diǎn)， Barkhausen騰躍到i點(diǎn)。hHscidxdFJH|cos212020( )|2cos2cosxxasHsHxxdF xd FdxF dxM HdxdxM HdxF2202cos4cossHsHixxM dxMHF 5. 2疇壁位移疇壁位移bdF/dxxadx(d2F/dx2)dxxxHsiFNM220cos4N：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)疇壁數(shù)以K10, K2=0, 的立方晶體為例，調(diào)查起始磁導(dǎo)率。令 100/x軸，001/ 軸。 1001110s內(nèi)應(yīng)力沿001軸 。

10、)2sin(2)(0 xlx0wl疇壁厚度 ( )wAxc AKcKc KK23cos2sF 0000222222|()()|xxwwwwxxxxddddFdxdxdxdx2342sin(2 )2xxssx nlxFll 012x0 x( )wsx 222204coscossHsHixxsNMMF 33313134( )32( )66ddaada相對(duì)體積x疇壁跨過一排(100)面的點(diǎn)陣中心，以便堅(jiān)持疇壁的面積最小，從而自在能最小。當(dāng)施加很小的磁場(chǎng)H時(shí)，疇壁受磁場(chǎng)的壓力，分開雜質(zhì)中心x, d/2xVNaNaNa體積2222( )( )2dS xNax2222220( )22wsdFNaxxN a

11、M H222020220wsswFNxN aM Hxa MxH 122232223001133333312221163()2sssssiwwsN xN a MM aM HN aMMddN aHN aHA K 推導(dǎo)中假設(shè)了晶體和疇壁是無限大的，忽略了疇壁邊緣的作用。實(shí)踐上，在多晶體中，各晶粒內(nèi)部的疇壁大小有限，它們經(jīng)?？邕^晶界，在晶界往往出現(xiàn)附加楔形疇，疇壁位移受晶界和近鄰晶粒的磁疇分布的影響，情況非常復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)闡明，晶粒越大，起始磁導(dǎo)率越大。值在接近磁性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)隨溫度提高而添加，在轉(zhuǎn)變溫度附近呈現(xiàn)明顯的極大峰，在轉(zhuǎn)變溫度變零(圖6.2.4)。稱這個(gè)景象為Hopkinson效應(yīng)。它原因于在磁性

12、轉(zhuǎn)變溫度附近隨溫度的提高 0max1122()cos()222sssssdFHxJdxJllJ ( )wsx )2sin(2)(0 xlx222222max( )22wdwwxdFNaxFxNdx 0max1()2wssddFHJdxJHMsxy2sinKF )cos(sin)(2HsHJKG2sincossin()0sHdGKJ Hd0)cos()sin(cos22222HsHJKdGdHsHJKsin222200cos()sinlimsin()sinsin22sHsHssiHsHHHKd MJMMdMddHKKH KssHHHHKsiHMKMddHM323sinsin41202200 當(dāng)H

13、較小，對(duì)各向同性樣品， 5. 3磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)接近飽和的多晶體的磁化是可逆轉(zhuǎn)動(dòng)過程。磁化曲線的閱歷關(guān)系是 HHcHbHaMMps )1 (32pHa /2/ Hba、b、c是常數(shù)，順磁磁化率。來自參雜、內(nèi)應(yīng)力等微構(gòu)造要素，來自抑制磁晶各向異性的可逆磁轉(zhuǎn)動(dòng)過程。 趨近飽和定律0H(沿易軸)的回線 HMsxy22222sincossin02(cossin)cos0ssdGKJ Hdd GKJ Hd22222sincossin()02(cossin)cos()0sHsHdGKJ Hdd GKJ Hd0cos/ 2sJ HK 2220sd GKJ Hd2KsKHHJ 2220sd GKJ Hd2Ks

14、KHHJ2222()2(2cos1)cos202ssJ Hd GKJ HKdK2KsKHHJ非穩(wěn)定形狀穩(wěn)定形狀磁滯回線 2KsKHHJ臨界形狀-HK=-2K/0MsHK=2K/0Ms-MsMsMH2/H(沿難磁化面)的回線 22222sincossin()02(cossin)cos()0sHsHdGKJ Hdd GKJ Hd22222sincoscos02(cossin)sin0ssdGKJ Hdd GKJ Hd2322220sd GKJ Hd KHJs2/sinHMsxy2KsKHHJ2220sd GKJ Hd 2KsKHHJ 2222222(cossin)sin2(1 2sin)sin()

15、202sssd GKJ HdKJ HJ HKK2KsKHHJ20sin2sssKMMMMHHKH2KsKHHJM=H/HK)Ms-HK=-2K/0MsHK=2K/0Ms-MsMsMHexp(/)BfKv k T假設(shè)一個(gè)單疇顆粒的體積v很小，磁晶各向異性能的位壘Kv和熱起伏能kBT差不多或比它小，那么在零磁場(chǎng)中磁化矢量受熱起伏的影響，從一個(gè)易磁化方向，轉(zhuǎn)動(dòng)到反方向的幾率不能忽略，磁化矢量一會(huì)兒沿正易磁化方向，一會(huì)兒沿負(fù)易磁化方向，磁化強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的平均等于零。這種行為和原子的順磁性類似。這里，磁矩為磁性粒子的磁矩，遠(yuǎn)比原子磁矩大。稱這種磁性為超順磁性。 超順磁性微小顆粒的矯頑力 實(shí)驗(yàn)闡明，隨顆粒尺

16、寸減小，矯頑力添加，經(jīng)過最大值后減小顆粒尺寸遠(yuǎn)大于單疇臨界尺寸時(shí)，顆粒處于多疇形狀，矯頑力由疇壁位移決議，其值比較小。顆粒尺寸減少到單疇臨界值附近時(shí)，磁化是轉(zhuǎn)動(dòng)過程，矯頑力大。進(jìn)一步減小尺寸時(shí)，顆粒磁性向超順磁性接近，矯頑力接近零。 20ssM 213sM d21sMK20ssM 應(yīng)力應(yīng)力含雜含雜疇壁位移疇壁位移應(yīng)力應(yīng)力磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)sicsHM 23icsHM d磁晶各向異性磁晶各向異性102icKsKHHM0sicsHM 實(shí)踐得到的矯頑力11310icAAHHH兩種矯頑力機(jī)理：反磁化形核疇壁釘扎770A4102.9 1036.4TmAH770A4100.55 106.9TmAHSmCo5

17、Nd-Fe-B兩種矯頑力機(jī)理反磁化機(jī)理：矯頑力的來源1.反磁化疇的形核2.疇壁釘扎普通以為在燒結(jié)的NdFeB和SmCo5磁體中，反磁化的過程是由反磁化核的形核控制的。這種資料飽和磁化以后，加上反向磁場(chǎng)，磁矩并不馬上反轉(zhuǎn)，只需反向磁場(chǎng)增大到某一數(shù)值時(shí)，部分區(qū)域開場(chǎng)出現(xiàn)反磁化核并長(zhǎng)大到一個(gè)臨界尺寸，出現(xiàn)了疇壁。由于資料內(nèi)的缺陷對(duì)疇壁的釘扎作用很弱，剛構(gòu)成的疇壁迅速挪動(dòng)，帶動(dòng)了資料整體磁矩發(fā)生反轉(zhuǎn)。而Sm2Co17燒結(jié)磁體的反磁化過程是由疇壁釘扎控制的。飽和磁化的磁體整體磁矩反轉(zhuǎn)之前，資料內(nèi)部曾經(jīng)存在疇壁，但疇壁被缺陷釘扎不能挪動(dòng)，只需磁場(chǎng)強(qiáng)到將可以將疇壁從釘扎出拉出，整個(gè)資料的磁矩才干反轉(zhuǎn)。終究是

18、那種模型控制著資料的反磁化過程，要看磁體整體磁矩發(fā)生反轉(zhuǎn)的兩個(gè)過程哪一個(gè)難于發(fā)生。假設(shè)反磁化疇的形核和長(zhǎng)大比較困難，反磁化過程就由形核模型控制，假設(shè)疇壁挪動(dòng)比較困難，就由釘扎模型控制。當(dāng)然也能夠存在兩種機(jī)理都存在的混合模型。 形核特征：晶粒較大燒結(jié)NdFeB為幾個(gè)微米，外表光滑，晶粒間為幾個(gè)微米米左右的非磁性相，晶粒之間去耦，交換作用很弱。 釘扎特征：晶粒較小，復(fù)相，胞狀構(gòu)造內(nèi)部為2：17相，邊境為1：5相，矯頑力與兩相疇壁能的差成正比。 普通來說，磁晶各向異性常數(shù)大的單相磁體，其反磁化機(jī)理以形核為主，如單相的稀土鈷合金1：5型和2：17型磁體，鋇鍶鐵氧體磁體。形核為主的磁體，反磁化核長(zhǎng)大時(shí)的疇壁挪動(dòng)也遇到釘扎，這時(shí)矯頑力由形核場(chǎng)和臨界場(chǎng)同時(shí)決議。凡是磁晶各向異性常數(shù)大的兩相磁體，反磁化機(jī)理那么以釘扎為主，如兩相的稀土鈷合金1：5型和2：17型。( 1 )形核場(chǎng)決議的矯頑力：長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)橢球形(l,d)的反磁化疇核長(zhǎng)大的能量條件為dVMHdEdSdVHMsdws00022