材料物理性能磁

1、材料物理性能磁第1頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四本章內(nèi)容基本磁學(xué)性能抗磁性與順磁性鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性技術(shù)磁化第2頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第3頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第4頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四臣心一片磁針石 不指南方不肯休 文天祥 渡揚(yáng)子江 磁學(xué)的發(fā)展歷程第5頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四司南中國(guó)古代四大發(fā)明：司南、造紙術(shù)、火藥、活字印刷。司南：發(fā)明于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，韓非子中有記載。第6頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分

2、，星期四地磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱, 在最強(qiáng)的兩極其強(qiáng)度不到10-4 T, 平均強(qiáng)度約為0.6x10-4 T 地磁場(chǎng)的起源？古地磁研究：在過(guò)去的7600萬(wàn)年間，地球曾發(fā)生過(guò)171次磁極倒轉(zhuǎn)。第7頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四地磁偏角“然常微偏東，不全南也?！鄙蚶▔?mèng)溪筆談沈括，北宋人最早發(fā)現(xiàn)了地磁偏角。定義：地球表面任一點(diǎn)的磁子午圈同地理子午圈的夾角。 地磁偏角示意圖第8頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四庫(kù)倫定律庫(kù)倫，法國(guó)物理學(xué)家17361806庫(kù)倫扭秤同種磁極相互排斥，異種磁極相互吸引。磁極之間的相互作用力與距離的平方成反比。庫(kù)倫定律使電磁學(xué)研究由定性進(jìn)

3、入定量階段，是電磁學(xué)史上一塊重要的里程碑。第9頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線：方向是切于與導(dǎo)線垂直的且以導(dǎo)線為軸的圓周電流的磁效應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度Hr奧斯特，丹麥科學(xué)家1820年，由奧斯特等人發(fā)現(xiàn)。第10頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四直流環(huán)形線圈圓心：方向由右手螺旋法則確定。無(wú)限長(zhǎng)直流螺線管：n：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的線圈匝數(shù)rH第11頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四安培，法國(guó)科學(xué)家（1775-1836）電磁相互作用發(fā)現(xiàn)時(shí)間：1820 1827發(fā)現(xiàn)一 通電的線圈和磁鐵相似。發(fā)現(xiàn)二 相同方向的平行電流相互吸引， 相反方

4、向的平行電流相互排斥。發(fā)現(xiàn)三 磁是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的。由此說(shuō)明了地磁的成因和物質(zhì)的磁性。發(fā)現(xiàn)四 提出了分子電流假說(shuō)。揭示了物質(zhì)磁性的本質(zhì)。推導(dǎo)出兩個(gè)電流元之間的作用力公式。電和磁本質(zhì)上是統(tǒng)一的。第12頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第，英國(guó)科學(xué)家自學(xué)成才1831年，由法拉第發(fā)現(xiàn)。俗稱磁生電，直接導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)的發(fā)明，影響非常深遠(yuǎn)。1834年，發(fā)現(xiàn)了電解定律，開(kāi)創(chuàng)了電化學(xué)學(xué)科。發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的抗磁性。其它成果：提出了電磁場(chǎng)這一概念。第13頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)麥克斯韋，英國(guó)物理學(xué)家18311879推導(dǎo)出著名的麥克

5、斯韋方程組，首次將電和磁在理論上統(tǒng)一起來(lái)，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。提出了電磁波這一概念，并確認(rèn)光也是一種電磁波，對(duì)后世影響深遠(yuǎn)。是繼法拉第之后集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家，揭示了光、電、磁現(xiàn)象在本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。第14頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四居里定律皮埃爾居里法國(guó)物理學(xué)家1859-1906發(fā)明了磁秤（磁天平），實(shí)現(xiàn)了對(duì)弱磁性的測(cè)量。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出著名的居里定律。壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)；放射性物質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)了鐳。 抗磁體的磁化率不依賴磁場(chǎng)強(qiáng)度且一般不依賴于溫度； 順磁體的磁化率不依賴磁場(chǎng)強(qiáng)度且與溫度成反比； 鐵在某一溫度（居里溫度）

6、以上失去磁性。第15頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四郎之萬(wàn)和外斯郎之萬(wàn)提出了抗磁性和順磁性的經(jīng)典理論。外斯提出了分子場(chǎng)理論，闡明了鐵磁性的起源，擴(kuò)展了郎之萬(wàn)的理論。用基元磁體的概念對(duì)物質(zhì)的順磁性及抗磁性作了經(jīng)典的說(shuō)明。第16頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁 矩 任何一個(gè)封閉的電流都具有磁矩m。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積IS 在均勻磁場(chǎng)中，磁矩受到磁場(chǎng)作用的力矩J 磁矩在磁場(chǎng)中所受的力 所以，磁矩是表征磁性物體磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即物體在磁場(chǎng)中所受的力也大。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁

7、場(chǎng)無(wú)關(guān)。第17頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)有外磁場(chǎng)時(shí)第18頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁性起源的現(xiàn)代觀點(diǎn)(實(shí)驗(yàn)論證) 物質(zhì)的磁性來(lái)源于組成物質(zhì)中原子的磁性。 所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，而原子由原子核及核外電子構(gòu)成。帶有負(fù)電荷的電子在原子核周圍作軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)。無(wú)論軌道運(yùn)動(dòng)還是自旋運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生磁矩。 原子核，由于帶電，其運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生磁矩，只是其磁矩很小，例如，氫核質(zhì)子產(chǎn)生的磁矩僅為電子產(chǎn)生最小磁矩的1658左右。第19頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四原子磁矩電子磁矩原子核磁矩jc電子磁矩軌道磁矩自

8、旋磁矩原子核磁矩 電子磁矩原子磁矩實(shí)際上來(lái)源于未填滿殼層中的電子。量子力學(xué)分析：在填滿的殼層中，總軌道磁矩和總自旋磁矩均為零。宏觀：磁性微觀：原子結(jié)構(gòu)和原子間的相互作用 （鍵合情況、晶體結(jié)構(gòu)）第20頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第21頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四材料的磁化磁化：物質(zhì)在磁場(chǎng)中由于受磁場(chǎng)的作用會(huì)改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，即都呈現(xiàn)出一定的磁性的現(xiàn)象。磁介質(zhì)：能被磁場(chǎng)磁化的物質(zhì)。磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是A/m (安/米)。磁化強(qiáng)度 M ：材料被磁化后，單位體積的磁矩 磁化強(qiáng)度的單位是A/m (安/米)。mi為原子固有磁矩。第22頁(yè)，共78頁(yè)，20

9、22年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁化率：表征物質(zhì)本身的磁化特性，量綱為1，其值可正、可負(fù)。磁導(dǎo)率：反映了磁感應(yīng)強(qiáng)度與外磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，即當(dāng)外磁場(chǎng)增加時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加的速率。磁化率：理論研究中常用的參數(shù)。磁導(dǎo)率：工程技術(shù)上喜歡采用的參數(shù)。第23頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁感應(yīng)強(qiáng)度B：通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)，垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)，單位為T(特斯拉)，它與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系是：式中:0為真空磁導(dǎo)率，它等于410-7 H/m(享/米)，r為相對(duì)磁導(dǎo)率；為磁導(dǎo)率或?qū)Т畔禂?shù)，單位與0相同，反應(yīng)了磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場(chǎng)H變化的速率。第24頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月

10、20日，22點(diǎn)21分，星期四本章內(nèi)容基本磁學(xué)性能抗磁性與順磁性鐵磁體與反鐵磁性技術(shù)磁化第25頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 物質(zhì)磁性的分類第26頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第27頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁體的分類 抗磁體 順磁體 反鐵磁體 鐵磁體 亞鐵磁體磁化率為甚小的負(fù)常數(shù)，約為10-6數(shù)量級(jí)磁化率為比較小的正數(shù)，約為10-3 10-6數(shù)量級(jí)磁化率為小的正數(shù)，當(dāng)T高于某個(gè)溫度時(shí)，其行為像順磁體。磁化率為很大的正變數(shù)，約為10 106數(shù)量級(jí)過(guò)渡族金屬貴金屬，稀土金屬，堿金屬如-Mn、鉻、氧化鎳、氧化錳等

11、鐵、鈷、鎳類似鐵磁體，但磁化率沒(méi)有鐵磁體那樣大四氧化三鐵等弱磁體強(qiáng)磁體第28頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四MH鐵磁性材料亞鐵磁性材料順磁性材料反鐵磁性材料抗磁性材料五類磁體的磁化曲線0第29頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四物質(zhì)的抗磁性外加磁場(chǎng)所感生的軌道矩改變抗磁性TORH抗磁性是普遍存在的，它是所有物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下毫不例外地具有的一種屬性，大多數(shù)物質(zhì)的抗磁性因?yàn)楸惠^強(qiáng)的順磁性所掩蓋而不能表現(xiàn)出來(lái)。第30頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四產(chǎn)生機(jī)理 外磁場(chǎng)穿過(guò)電子軌道時(shí)，引起的電磁感應(yīng)使軌道電子加速。根據(jù)Lenz 定

12、律，由軌道電子的這種加速運(yùn)動(dòng)所引起的磁通，總是與外磁場(chǎng)變化相反，因而磁化率是負(fù)的。第31頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四無(wú)論電子順時(shí)針運(yùn)動(dòng)還是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，所產(chǎn)生的附加磁矩m都與外加磁場(chǎng)的方向相反，故稱為抗磁矩。一個(gè)電子在外加磁場(chǎng)H 的作用下，產(chǎn)生的的抗磁矩為式中，負(fù)號(hào)表示ml與H 的方向相反;分母me為電子質(zhì)量一個(gè)原子常有z 個(gè)電子，每個(gè)電子都要產(chǎn)生抗磁矩，由于電子的軌道半徑不同，故一個(gè)原子的抗磁矩為任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性，與溫度、外磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。從廣義上來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)也是一種抗磁性。第32頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第33頁(yè)，共78

13、頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 物質(zhì)的順磁性主要源于原子內(nèi)部存在永久磁矩。 物質(zhì)的順磁性 順磁性描述的是一種弱磁性，它呈現(xiàn)出正的磁化率，大小 為10-3 10-6. C為居里常數(shù)， 為順磁性居里溫度。TO 順磁性的磁化率滿足以下規(guī)律：少部分大部分表示在某一個(gè)溫度之上才顯示順磁性TO第34頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四郎之萬(wàn)順磁性理論理論的基本概念：順磁性物質(zhì)的原子間無(wú)相互作用（類似于稀薄氣體狀態(tài)），在無(wú)外場(chǎng)時(shí)各原子磁矩在平衡狀態(tài)下呈現(xiàn)出混亂分布，總磁矩為零，當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，各原子磁矩趨向于H方向。順磁磁化過(guò)程示意圖(a)無(wú)磁場(chǎng) (b)弱磁場(chǎng) (c)

14、強(qiáng)磁場(chǎng)第35頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四順磁體的分類kc正常順磁體磁化率與溫度無(wú)關(guān)的順磁體磁化率服從居里定律或居里 外斯定律。對(duì)于存在鐵磁轉(zhuǎn)變的物質(zhì)，在居里點(diǎn)以上服從居里 外斯定律。稀土金屬，在居里點(diǎn)以上的鐵磁金屬等。鋰、鈉、鉀、銣等堿金屬。第36頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 影響材料抗磁性與順磁性的因素在外磁場(chǎng)作用下 電子的循軌運(yùn)動(dòng)要產(chǎn)生抗磁矩； 離子的固有磁矩產(chǎn)生順磁矩，固有磁矩 來(lái)自于未相互抵消的自旋磁矩； 自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性。第37頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四1. 原子結(jié)構(gòu)的影響惰性氣體：

15、抗磁性非金屬：除氧氣、石墨外，都是抗磁性金屬：復(fù)雜，與在周期表中所處的位置相關(guān)第38頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四2.溫度的影響抗磁性：在相變溫度（熔化、凝固、同素異構(gòu)轉(zhuǎn) 變）影響抗磁磁化率；順磁性：影響很大。居里定律居里-外斯定律第39頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四3.相變及組織轉(zhuǎn)變的影響當(dāng)材料發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，晶格類型及原子間距發(fā)生變化，會(huì)影響電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)致磁化率的變化。例如，正方晶格的白錫轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)的灰錫時(shí)，磁化率明顯變化。當(dāng)材料發(fā)生其他相變時(shí)，也會(huì)影響磁化率，影響的規(guī)律比較復(fù)雜。第40頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20

16、日，22點(diǎn)21分，星期四4.合金成分與組織的影響通常，由弱磁化率的兩種金屬組成固溶體時(shí)，其磁化率和成分按接近于直線的平滑曲線變化，如Al-Cu合金的固溶體等。由抗磁金屬為溶劑、強(qiáng)順磁金屬(或鐵磁金屬)為溶質(zhì)形成固溶體時(shí)，情況則比較復(fù)雜。當(dāng)固溶體合金有序化時(shí)，由于溶劑、溶質(zhì)原子呈現(xiàn)有規(guī)則的交替排列，使原子之間結(jié)合力隨之改變，因而導(dǎo)致合金磁化率發(fā)生明顯變化。第41頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四合金形成中間相(金屬化合物)時(shí)，其磁化率將發(fā)生突變。中間相結(jié)構(gòu)中由于自由電子數(shù)減少，幾乎無(wú)固有原子磁矩，所以中間相的抗磁性很高。當(dāng)形成兩相合金時(shí)，在兩相區(qū)范圍內(nèi)，其磁化率隨成分的變

17、化呈直線關(guān)系。第42頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四Cu-Zn合金的磁化率磁化率隨合金成分變化規(guī)律第43頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四本章內(nèi)容基本磁學(xué)性能抗磁性與順磁性鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性技術(shù)磁化第44頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 鐵磁性的物理本質(zhì)(外斯假說(shuō))皮埃爾.外斯（1865-1940），法國(guó)物理學(xué)家。他創(chuàng)建了幾乎整個(gè)鐵磁性理論，他的理論還被應(yīng)用到亞鐵磁性理論中，因此被譽(yù)為“現(xiàn)代磁學(xué)之父”。他幾乎全部的工作都是在斯特拉斯堡大學(xué)完成的。鐵磁體的磁化曲線第45頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)

18、21分，星期四分子場(chǎng)假說(shuō)鐵磁材料在 0 Tc 存在與外加磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的自發(fā)磁化原子磁距克服熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序效應(yīng)，自發(fā)地平行一致取向在分子場(chǎng)作用下磁疇假說(shuō)無(wú)外場(chǎng)時(shí)，各磁疇自發(fā)磁化到飽和，且磁化方向隨機(jī)分布，宏觀的總磁距為0對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)榇女犠园l(fā)磁化是按區(qū)域分布的第46頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四分子場(chǎng)假說(shuō)磁疇假說(shuō)自發(fā)磁化理論技術(shù)磁化理論解釋了鐵磁性的本質(zhì)解釋了鐵磁體在外磁場(chǎng)中的行為現(xiàn)代磁學(xué)理論第47頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 把鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的磁化情形做一比較，可以很清楚地看出它們的差別。 鐵磁物質(zhì)的自發(fā)磁化 從達(dá)些物質(zhì)的原子磁矩來(lái)看，鐵磁

19、物質(zhì)的原子磁矩和相似元素的原子磁矩并無(wú)本質(zhì)的差別。例如過(guò)渡族的快礎(chǔ)物質(zhì)Fe，Co，Ni，與非鐵磁性的Mn，Cr的原子內(nèi)的3d層電子都是沒(méi)什填滿的殼層，原子都有一定的磁矩。 怎樣解釋鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的巨大差異呢？現(xiàn)在知道，物質(zhì)是否具有鐵磁性，關(guān)鍵不在于組成物質(zhì)的原子本身所具有的磁矩的大小，而在于形成宏觀物體后，原子之間可以形成自發(fā)磁化。第48頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩金屬元素鐵（Fe）鈷（Co）鎳（Ni）原子外層電子排布3d64s23d74s23d84s2d層電子填充規(guī)律未抵消自旋數(shù)432鐵、鈷、鎳原子的外層電子境充規(guī)律自然界中的鐵磁

20、性材料都是金屬，它們的鐵磁性來(lái)源于原子未被抵消的自旋磁矩和自發(fā)磁化。金屬要具有鐵磁性，它的原子只有未被抵消自旋磁矩還不夠，還必須使自旋磁矩自發(fā)地同向排列，亦即產(chǎn)生自發(fā)磁化。第49頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四熱運(yùn)動(dòng)破壞了分子場(chǎng)對(duì)原子磁距有序取向的作用能：分子場(chǎng)強(qiáng)度居里溫度第50頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 量子力學(xué)計(jì)算表明，當(dāng)磁性物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子交換積分A為正時(shí)(A0)，相鄰原子磁矩將同向平行排列，從而實(shí)現(xiàn)自發(fā)磁化。這就是鐵磁性產(chǎn)生的原因。 理論計(jì)算證明，交換積分A不僅與電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)有關(guān)，而且強(qiáng)烈地依賴于原子核之間的距離

21、(點(diǎn)陣常數(shù))。 這種相鄰原子的電子交換效應(yīng)，其本質(zhì)仍是靜電力迫使電子自旋磁矩平行排列，作用的效果好像強(qiáng)磁場(chǎng)一樣。外斯分子場(chǎng)就是這樣得名的。 第51頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 只有當(dāng)原子核之間的距離與參加交換作用的電子距核的距離(電子殼層半徑) 之比大于3時(shí)，交換積分才有可能為正鐵、鈷、鎳以及某些稀土元素滿足自發(fā)磁化的條件；鉻、錳的A是負(fù)值，不是鐵磁性金屬，但通過(guò)合金化作用，改變其點(diǎn)陣常數(shù)，便可得到鐵磁性合金。第52頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四鐵磁性產(chǎn)生的條件原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層；Rabr大于3使交換積分A為正； 前者指的是原

22、子本征磁矩不為零；后者指的是要有一定的晶體結(jié)構(gòu)。物質(zhì)中的原子有磁矩原子磁矩間有相互作用自發(fā)磁化鐵磁性第53頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四鐵、鈷、鎳因其交換積分A具有較大的正值，因此有較強(qiáng)的自發(fā)磁化傾向。一些稀土元素雖然也具有自發(fā)磁化傾向，但其A值很小，相鄰原子間的自旋磁矩同向排列作用很弱，原子振動(dòng)極易破壞這種同向排列，即它們的居里點(diǎn)很低，所以在常溫下呈現(xiàn)為順磁性。當(dāng)溫度升高時(shí)，原子間距加大，降低了交換作用，同時(shí)熱運(yùn)動(dòng)不斷破壞原子磁矩的規(guī)則取向、故自發(fā)磁化強(qiáng)度下降。直到溫度高于居里點(diǎn)，自發(fā)磁矩就不存在了，材料由鐵磁性變?yōu)轫槾判浴c第54頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月

23、20日，22點(diǎn)21分，星期四第55頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四鐵磁性反鐵磁性亞鐵磁性xxxTTTTCTNTS第56頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 前面的討論使我們知道，鄰近原子的交換積分A0時(shí)，原子磁矩取同向平行排列時(shí)能量最低，自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms不為0，從而具有鐵磁性。如果交換積分A0時(shí)，則原子磁矩取反向平行排列能量最低。如果相鄰原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原子磁矩相互抵消，自發(fā)磁化強(qiáng)度等于零。這樣一種特性稱為反鐵磁性。 研究發(fā)現(xiàn)，純金屬M(fèi)n、Cr等屬于反鐵磁性物；還有許多金屬氧化物如MnO、Cr2O3、CuO、NiO等也屬于反

24、鐵磁性物質(zhì)。 反鐵磁性第57頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四反鐵磁性的分子場(chǎng)理論第58頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四反鐵磁性的基本特征第59頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第60頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 亞鐵磁性物質(zhì)由磁矩大小不同的兩種離子(或原子)組成，相同磁性的離子磁矩同向平行排列，而不同磁性的離子磁矩是反向平行排列。由于兩種離子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不能恰好抵消，二者之差表現(xiàn)為宏觀磁矩，這就是亞鐵磁性。 具有亞鐵磁性的物質(zhì)絕大部分是金屬的氧化物，是非金屬磁性材料，一般

25、稱為鐵氧體(又稱磁性瓷)。按其導(dǎo)電性而論屬于半導(dǎo)體，但常作為磁介質(zhì)而被利用。它不易導(dǎo)電，其高電阻率的特點(diǎn)使它可以應(yīng)用于高頻磁化過(guò)程。亞鐵磁性第61頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四亞鐵磁性的基本特征存在磁有序無(wú)序的轉(zhuǎn)變溫度 (居里點(diǎn))存在磁滯現(xiàn)象存在磁各向異性和磁致伸縮效應(yīng)飽和磁化強(qiáng)度較低居里溫度較低電阻率高、介電常數(shù)大等同鐵磁性不同于鐵磁性第62頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四第63頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四鐵氧體自身的優(yōu)勢(shì)kc高電阻低損耗應(yīng)用領(lǐng)域：無(wú)線電子、自動(dòng)控制、電子計(jì)算機(jī)、信息存儲(chǔ)、激光調(diào)整等。特別適用

26、于高頻范圍渦旋損耗例如，電飯煲控溫功能。第64頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四本章內(nèi)容基本磁學(xué)性能抗磁性與順磁性鐵磁體與反鐵磁性技術(shù)磁化第65頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 磁疇磁疇：未加磁場(chǎng)時(shí)鐵磁體內(nèi)部已 經(jīng)到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。特征：磁矩同方向。磁疇壁：相鄰磁疇的界限。有的磁疇大而長(zhǎng)，稱為主疇，其自發(fā)磁化方向沿晶體的易磁化方向；小而短的磁疇叫副疇，其磁化方向不一定是晶體的易磁化方向分為兩種：180磁疇壁 90磁疇壁第66頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四1809090（a）（b）（c）磁疇壁的種類 磁疇壁是一個(gè)過(guò)渡

27、區(qū)，有一定厚度。磁疇的磁化方向在疇壁處不能突然轉(zhuǎn)一個(gè)很大角度，而是經(jīng)過(guò)疇壁的一定厚度逐步轉(zhuǎn)過(guò)去的，即在這過(guò)渡區(qū)中原子磁矩是逐步改變方向的。 磁疇壁具有交換能、磁晶各向異性能及磁彈性能。第67頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁疇壁的厚度W0N0NECrEK磁疇壁越厚，則壁的交換能ECr 越低；但磁疇壁厚度的增加也將會(huì)導(dǎo)致磁晶能EK 增加，使壁傾向變薄。疇壁能的最小值所對(duì)應(yīng)的壁厚N0為平衡狀態(tài)時(shí)壁的厚度。疇壁能=磁交換能+磁晶能第68頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四當(dāng)鐵磁晶體形成磁疇時(shí)，雖然降低了退磁場(chǎng)能，但增加了疇壁能。對(duì)大塊晶粒來(lái)說(shuō)，后者比前

28、者要小很多，因此分疇在能量上是有利的。為了最大限度地減小退磁能，磁疇必須形成三角疇的封閉結(jié)構(gòu)，即呈封閉磁路，這樣可使退磁能等于零。磁疇的起因與結(jié)構(gòu)磁疇結(jié)構(gòu)類型的不同是鐵磁質(zhì)磁性千差萬(wàn)別的原因之一。以鐵磁單晶體為例：第69頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四磁疇的形成是能量最小原則的必然結(jié)果，即形成磁疇是為了降低系統(tǒng)的能量。磁疇結(jié)構(gòu)受交換能、磁晶能、磁彈性能、疇壁能和退磁能的影響，平衡狀態(tài)時(shí)的磁疇結(jié)構(gòu)，應(yīng)使這些能量之和為最小值。第70頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四 技術(shù)磁化和磁滯回線技術(shù)磁化的本質(zhì)：外加磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過(guò)程即外加磁場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向（和）或近似外磁場(chǎng)方向的過(guò)程。使鐵磁材料的宏觀磁性表現(xiàn)出來(lái)。技術(shù)磁化過(guò)程的描述：磁化曲線與磁滯回線。第71頁(yè)，共78頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)21分，星期四1）鐵磁材料的基本磁化曲線第72頁(yè)，共78