第九章 材料的磁學性能-材料性能學

第九章材料的磁學性能§9-1基本磁學性能一.材料的磁性原子磁矩電子自旋磁矩原子核磁矩電子軌道磁矩電子磁矩1/2000l：角量子數(shù)s：自旋量子數(shù)mB：波爾磁子原子滿電子層對原子磁矩沒有貢獻，不飽和電子層對原子磁矩有貢獻。原子磁矩=不飽和電子磁矩之和。分子磁矩=所有原子不飽和電子磁矩之和。二.材料的磁化磁化：物質(zhì)在磁場中受磁場的作用呈現(xiàn)出一定的磁性。磁化強度：描述物質(zhì)磁化強弱的物理量定義：單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和分子磁介質(zhì)中磁感應強度

的關(guān)系：與的宏觀或?qū)嶒炾P(guān)系：μ0：真空磁導率，μm：介質(zhì)磁導率，μr：相對磁導率。五類磁介質(zhì)的磁化曲線抗磁反鐵磁順磁亞鐵磁鐵磁磁性鐵磁性亞鐵磁性順磁性反鐵磁性抗磁性三.材料的磁性分類1、鐵磁體很大、與外磁場成非線性關(guān)系變化較弱的磁場能產(chǎn)生很大的磁化強度。金屬：Fe,Co,Ni等鐵磁體在溫度高于某一臨界溫度（居里溫度）變成順磁體2、亞鐵磁體比鐵磁體稍小、具有與鐵磁體類似的磁性如：磁鐵礦（Fe3O4）、鐵氧體等亞鐵磁體電阻率較大、適于制作電阻率大的磁性元件3、順磁體在外磁場中顯示與外場方向相同的、微弱的磁性。Pt,Pd(鈀)，奧氏體不銹鋼，稀土金屬：Li,Na,K,Rb(銣)4、反鐵磁體如：氧化鎳、氧化錳等很小的正數(shù)，溫度低于某溫度時，磁化率同磁場的方向有關(guān)，高于這一溫度時其行為同順磁體。5、抗磁體在外磁場中顯示與外場方向相反的、微弱的磁性。金屬中約一半是抗磁：等§9-2抗磁性和順磁性一.物理本質(zhì)抗磁性來源于電子軌道運動時受外加磁場作用所產(chǎn)生的抗磁矩。無論電子沿軌道運動順時針或逆時針運動，所產(chǎn)生的磁矩都與外加磁場相反，產(chǎn)生抗磁矩。順磁性來源于原子（離子）固有磁矩無外磁場時，熱運動引起原子磁矩取向雜亂無章，順磁體宏觀上不顯磁性。有外磁場時，原子磁矩在磁場中擇優(yōu)取向，順磁體呈現(xiàn)與外磁場方向相同的磁性。二.影響因素原子結(jié)構(gòu)：電子的軌道運動的抗磁矩與離子、自由電子的順磁矩比較。溫度：溫度越高，磁化率越小。相變及組織轉(zhuǎn)變：組織改變，磁化率改變。加工硬化降低磁化率。成分：溶解度影響磁化率，中間相使磁化率突變。三.磁化率的測量：磁天平標樣X1Cu-Al合金的磁化系數(shù)與成分和淬火溫度的關(guān)系Cu-Al合金淬火和退火狀態(tài)的磁化率與溫度的關(guān)系§9-3鐵磁性和反鐵磁性原子3d電子4s電子FeCoNi222432未成對電子數(shù)過渡族元素鐵磁性來源于原子未被抵消的自旋磁矩和自發(fā)磁化一.機制反鐵磁性的機制相鄰原子的磁矩大小相等、方向相反原子磁矩相互抵消、自發(fā)磁化為零如：許多金屬氧化物：由具有凈自旋磁矩的原子組成鐵磁、反鐵磁，磁矩的有序排列鐵磁性反鐵磁性亞鐵磁性二、磁化曲線或非線性未曾磁化過的鐵磁質(zhì)：緩慢增加，迅速增加，緩慢增加，飽和飽和磁感應(磁化）強度變化鐵磁體的磁化曲線：三、磁化過程的本質(zhì)磁化過程：磁疇結(jié)構(gòu)的變化過程磁矩方向與磁場方向接近的磁疇長大；磁矩方向與磁場方向相背的磁疇變小磁疇轉(zhuǎn)向外場的方向、飽和狀態(tài)四、退磁化曲線及磁滯回線退磁化過程，退磁化曲線不按原路返回剩磁矯頑力磁滯現(xiàn)象：B始終滯后于H磁滯回線：磁滯現(xiàn)象的本質(zhì)：磁疇在變化過程中受到阻力一個周期內(nèi)的磁滯損失：（磁滯回線所圍的面積）磁滯損失與交變磁場的振幅及頻率有關(guān)五.磁化曲線與磁滯回線的測量沖擊法測磁原理圖R：測量線圈的電阻Cb：沖擊檢流計的沖擊常數(shù)N2：