鐵磁學(xué)-可逆磁化過程

1、第九章 可逆磁化過程9.1 可逆轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過程 (1) 磁化轉(zhuǎn)動(dòng)過程. 外場(chǎng)H的扭矩導(dǎo)致疇中磁化轉(zhuǎn)動(dòng)總自由能 E(,)最低, 和定義為Ms在極坐標(biāo)中的角度.以鐵形晶體為例. H / (忽略E) 依據(jù) A至E為能量極小. 可逆過程E至F為能量極大. 在 HC, L至F為能量極小. 可逆過程. 當(dāng) 單軸各向異性材料單軸各向異性可能來源于 磁晶各向異性能, 磁彈性能以及形狀各向異性能等.類型符號(hào)材料Ku值（J/m3）備 注磁晶各向異性K1鈷4.1105室溫值磁致伸縮鎳4.7104=3110-6=100kg/mm2磁退火Ku24坡莫合金2102冷速10/分 軋制各向異性Ku24坡莫合金2104（110）

2、軋制變形量70%單疇粒子鐵4.6105細(xì)長(zhǎng)微粉=0.5由，得 在磁場(chǎng)方向上測(cè)得的磁化強(qiáng)度的分量為： 令 則有 一般情況5對(duì) 0=90,可求得為一直線 材料能在一個(gè)有限大小的磁場(chǎng)H=2Ku/Ms時(shí)，達(dá)到飽和 對(duì)取向混亂的單軸的單疇顆粒集合體材料的初始磁化率 (2) 單軸多疇單晶體沿難磁化方向的磁化 Sucksmith-Thompson關(guān)系圖9.1.4 H平行于難磁化向時(shí)鈷單晶的磁化 圖9.1.5 Sucksmith-Thompsoh關(guān)系圖考慮一單晶鈷球。在退磁狀態(tài)，它包含許多180磁疇?？偞呕瘡?qiáng)度為零。 系統(tǒng)的總能量可以寫為 平衡時(shí) 令 則有 Sucksmith-Thompson關(guān)系 9.2 可

3、逆疇壁位移(1) 剛性疇壁近似疇壁在位移過程中不會(huì)變形平衡條件 H=0時(shí)，疇壁按總自由能最低分布. H0時(shí), 疇壁位移到總自由能最小的平衡位置.等效外壓力一疇壁在外場(chǎng)H下處于平衡狀態(tài)下的疇壁元面積 , 設(shè)有一從j到k的虛位移 , 導(dǎo)致在體積元 中的磁化方向變化及外場(chǎng)作用能變化對(duì)180疇壁, 令 正的Pe 方向?yàn)閺膉指向k .疇壁位移的內(nèi)部阻滯力DWD導(dǎo)致在 內(nèi)Ms從一個(gè)易軸方向k轉(zhuǎn)到另一個(gè)易軸方向j. 對(duì)無缺陷的理想單晶體, ; 在實(shí)際晶體中, 由于缺陷導(dǎo)致 波動(dòng), 使得 . 為疇壁位置的函數(shù).疇壁平衡方程為減小磁場(chǎng)作用能UH, 是疇壁位移發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力隨H變化, 疇壁的平衡位置發(fā)生變化, 導(dǎo)致

4、可逆疇壁位移及磁化變化.可逆磁化率 r當(dāng)H增加 , 疇壁移動(dòng) ,為各向異性, 與疇壁面積S成正比,與 成反比, 依賴于能量Ei的起伏設(shè)疇壁能可以寫為 外磁場(chǎng)作用能的變化為 總能量 平衡時(shí)樣品總的磁化強(qiáng)度為 初始磁化率為 對(duì)于K10的立方晶系材料(如Fe) 對(duì)于K10的立方晶系材料，易磁化方向?yàn)樾头较?對(duì)于晶粒取向混亂分布的多晶體 180疇壁的初始磁化率為 三種框狀樣品的方位和-B關(guān)系 框邊為方向的樣品 框邊為方向的樣品 框邊為方向的樣品 內(nèi)應(yīng)力的作用 設(shè) 材料的有效各向異性常數(shù)為 疇壁力圖處于各向異性能最小的地方 對(duì)180疇壁 立方晶體型180疇壁能 假定 有 在l0時(shí)，初始磁化率取極小值 對(duì)

5、90疇壁 疇壁位移后,磁場(chǎng)作用能的變化為 設(shè)疇壁所在處應(yīng)力軸的方向余弦為(1,2,3),則 磁彈性能的變化 如果則如假設(shè) 不變而作正弦變化。亦可得到同樣的結(jié)果 當(dāng)K10時(shí)，對(duì)70.53及109.47疇壁,情況類似,可求得 (2) 柔性疇壁近似疇壁被參雜和空泡所釘扎。但在參雜和空泡之間的部分卻可以變形，從而發(fā)生磁化 沿疇壁法線方向外磁場(chǎng)對(duì)單位面積疇壁產(chǎn)生的壓力為 表面張力所提供的使疇壁收縮的壓力為 平衡時(shí)有 鼓出的疇壁所掃過的體積為 而 對(duì)90疇壁 作用在疇其壁上的外壓力為 單位面積90疇壁的位移而產(chǎn)生的磁化為 可求得 9.3 納米晶軟磁合金的磁化機(jī)理1988年，Yoshizawa 等人首次報(bào)道

6、了一類顯示出優(yōu)異軟磁性能的新型Fe基合金，成分為Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3 顯微組織包含三個(gè)相 隨機(jī)各向異性模型 當(dāng)顆粒尺寸小于單疇臨界尺寸時(shí)，可成為單疇顆粒。如果顆粒間距同時(shí)變小時(shí)，那么單疇顆粒之間的鐵磁交換作用將越來越明顯。為了降低交換能，不同顆粒之間的交換作用將迫使各顆粒中的磁矩趨于平行排列。因此，造成磁化矢量不再沿每個(gè)顆粒的易磁化方向取向。結(jié)果，對(duì)磁性起決定作用的也不再是原先每個(gè)顆粒的磁晶各向異性，而是有效各向異性。 微細(xì)晶粒集合體的磁性強(qiáng)烈地依賴于局域各向異性能和鐵磁交換能的兩者的對(duì)抗。 自然交換相關(guān)長(zhǎng)度磁化矢量取向發(fā)生明顯改變的最小特征尺度 對(duì)于較大的晶粒，晶粒內(nèi)的磁

7、化矢量沿易磁化方向取向 當(dāng)晶粒尺寸減小到D L0時(shí),納米晶材料最終的有效各向異性常數(shù) 由N個(gè)晶粒的平均漲落振幅所決定。 影響磁化過程的有效各向異性常數(shù) 有效各向異性常數(shù)與宏觀磁性能的關(guān)系可分兩種情況討論 a. 大晶粒尺寸的情況磁化過程將由晶界處疇壁釘扎理論給出 b. 小晶粒尺寸的情況假定磁化過程是通過磁疇的一致轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的 各種軟磁合金的矯頑力隨晶粒尺寸的變化 材料中磁致伸縮的影響 必須設(shè)法使磁致伸縮趨于零才行 晶粒的飽和磁致伸縮系數(shù)SFeSi為負(fù)值（ 6 106） 殘余非晶相基體的飽和磁致伸縮系數(shù)Sam為正值（ 25106） 合金的飽和磁致伸縮系數(shù)S 9.4 趨近飽和律在相當(dāng)強(qiáng)的磁場(chǎng)中，鐵磁材料一般可被磁化到飽和，這時(shí)，所有的疇壁位移過程都已結(jié)束。而磁化矢量差不多已平行于磁場(chǎng)。 對(duì)高場(chǎng)磁化曲線擬合, 可確定a1, a2, p 和 Ms 的來源. DR過程的最后階段. 磁場(chǎng)所產(chǎn)生的力矩與磁晶各向異性產(chǎn)生的力矩相平衡 其中 其中 對(duì)單軸晶體 趨近飽和律為 在立方晶系情形 對(duì)多品樣品的各種晶粒求平均，可得在多晶體中可通過 奇點(diǎn)檢測(cè) 當(dāng)H沿晶體對(duì)稱軸時(shí), . 存在有限的飽