材料的磁性能-內含精選動圖

材料的磁性能目錄1、磁性的起源2、材料對磁場的響應3、影響磁性的因素4、磁性材料的應用5、電磁屏蔽1、磁性的起源運動的電荷產(chǎn)生磁矩力矩1、磁性的起源電子軌道運動產(chǎn)生電子軌道磁矩電子自旋產(chǎn)生電子自旋磁矩構成原子的總磁矩物質磁性的起源軌道磁矩和自旋磁矩的大小為同一數(shù)量級1、磁性的起源當電子填滿某一電子殼層時，各電子的軌道運動和自旋取向就占據(jù)了所有可能方向，形成一個球形對稱集合，這樣電子自身具有的動量矩和磁矩必然相互抵消，因而，凡是占滿電子的殼層，其總動量矩和總磁矩都為零。占滿電子的殼層對原子磁矩無貢獻1、磁性的起源大多數(shù)自轉方向不同的電子，雖然電子的磁矩不能抵消，導致整個原子具有一定的總磁矩。但原子磁矩之間沒有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個物體沒有磁性。少數(shù)物質(如Fe、Co、Ni），由于“交換交換相互作用”的機理，原子磁矩整齊地排列起來，整個物體具有磁性。無交換相互作用有交換相互作用1、磁性的起源磁疇：每個區(qū)域內部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同1、磁性的起源產(chǎn)生磁疇的原因根據(jù)熱力學平衡原理，穩(wěn)定的磁狀態(tài)一定與鐵磁體內總自由能為極小狀態(tài)相對應。晶體內有如下能量：化學鍵各種晶體缺陷（點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷）的畸變能熱振動磁能（由磁矩產(chǎn)生）1、磁性的起源磁光效應：線偏振光透過放置磁場中的物質，沿著磁場方向傳播時，光的偏振面發(fā)生旋轉的現(xiàn)象。對磁疇進行可視化1、磁性的起源鐵電疇在一個小區(qū)域內，各晶胞的自發(fā)極化方向都相同，這個小區(qū)域稱為鐵電疇，兩疇之間的界壁稱為疇壁?；仡櫥仡櫫﹄婑詈狭﹄婑詈闲簯牨谝苿痈淖儺牁嬓突仡櫲绻麑Σ牧鲜┘哟艌觯牧蟽炔康哪芰科胶怅P系將被打破，為了構建新的平衡，在各種晶體缺陷無法演變的情況下，磁疇必須做出響應。磁疇翻轉、磁疇疇壁遷移。1、磁性的起源磁疇壁在遷移的過程中，第二相粒子，位錯等缺陷會降低其遷移速度。1、磁性的起源介電常數(shù)：介質在外加電場時會產(chǎn)生感應電荷而削弱電場，原外加電場（真空中）與介質中的電場比值即為相對介電常數(shù)(relativepermittivity或dielectricconstant)外形相同，材質不同，放在相同的電場中，表面聚集感應電荷數(shù)量是否一樣？回顧感應電荷越多，表示介電常數(shù)越大。外形相同，材質不同，放在相同的電場中，表面聚集的電荷數(shù)量是否一樣？回顧2、材料對磁場的響應磁化強度(M)：材料內部單位體積的磁矩矢量和，單位A/m磁場強度(H)：空間某處磁場的大小，單位A/m磁化率(χ)：反映物質磁化的難易程度。M＝χH理論研究常用磁感應器度(B)：材料內部的磁通量密度。單位：T或Wb/m2。磁導率(μ)：磁性材料被磁化的難易程度。B=μH工程技術常用真空磁導率2、材料對磁場的響應無外磁場有外磁場材料的磁場=2、材料對磁場的響應外磁場感應磁場2、材料對磁場的響應①鐵磁性Ferromagnetic

其特征是組成這些物質的原子具有恒定的與外磁場無關的磁矩。原子間有交互作用，原子磁矩互相平行排列，呈飽和磁化的狀態(tài)。常見的鐵磁性金屬有：Fe、Ni、Co。自然狀態(tài)下，普通的鋼鐵材料處于地球磁場中，所以也是帶有磁性的，只是比較微弱。初始狀態(tài)即是有序排列2、材料對磁場的響應②亞鐵磁性Ferrimagnetic其特征是組成這些物質的原子具有恒定的與外磁場無關的磁矩。原子間有交互作用，原子磁矩互相平行排列，但是有正向，也有逆向。正向≠逆向.也天然具有一定的磁性。常見的亞鐵磁性物質有：尖晶石型晶體、石榴石型晶體等幾種結構類型的鐵氧體，稀土鈷金屬之間的化合物和一些過渡金屬。如果外部磁場足夠大，則有可能完全翻轉到一個方向。初始狀態(tài)即是有序排列。但是有正向、也有逆向。2、材料對磁場的響應③順磁性Paramagnetic其特征是組成這些物質的原子具有恒定的與外磁場無關的磁矩。＞0，感應磁場與外磁場H方向相同；磁化率在10-3～10-6。屬于這類物質的金屬有：La、Pr初始狀態(tài)即是無序排列。在外場作用下沿外場方向翻轉。2、材料對磁場的響應④抗磁性Diamagnetic＜0，M與H方向相反；磁化率很小，-10-5～-10-6。屬于這類物質的金屬有：Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Mg。初始狀態(tài)即是無序排列。在外場作用下沿外場負方向翻轉。2、材料對磁場的響應2、材料對磁場的響應⑤磁化過程類比于材料材料力學性能。可恢復的變形叫彈性變形，不可恢復的叫塑性變形。在磁場作用下，雖然樣品的長度沒有明顯變化，但是樣品內部的磁疇卻發(fā)生了翻轉、磁疇壁也發(fā)生了遷移。2、材料對磁場的響應⑤磁化過程如果外部磁場強度較小，變化后的磁疇結果可在外場卸載后復原。如果外部磁疇過大，則外場卸載后，材料內部的磁疇變化將保留下來?；仡檹椥詼笮傅氖遣牧显趶椥苑秶鷥仁苣骋徊蛔冚d荷作用，其彈性變形隨時間緩緩增長的現(xiàn)象。在去除載荷后，不能立即恢復而需要經(jīng)過一段足夠時間之后才能逐漸恢復原狀?；仡檹椥詼蟓h(huán)面積:表示被金屬不可逆方式吸收的能量（即內耗）大小回顧2、材料對磁場的響應2、材料對磁場的響應飽和飽和⑥磁滯回線當H減小到零時，M＝Mr，稱為剩磁，表示材料在無外磁場時仍保持了一定程度的磁化。如果要使M＝0，則必須加上一反向磁場Hc，Hc稱為矯頑力。磁滯現(xiàn)象與磁滯回線說明磁化有不可逆過程，磁滯回線所包圍的面積表征一個磁化周期內，以熱的形式所消耗的功。2、材料對磁場的響應⑥磁滯回線磁滯現(xiàn)象的本質是磁疇壁在運動中受到阻力。其阻力由位錯、第二相顆粒引起。2、材料對磁場的響應2、材料對磁場的響應⑦軟磁材料I、在磁場作用下非常容易磁化；II、取消磁場后很容易退磁化III、較小的矯頑力和較低磁滯損耗。也就是磁滯回線圍成的面積較小。2、材料對磁場的響應⑦軟磁材料由于軟磁材料磁滯損耗小，適合用在交變磁場中，如變壓器鐵芯、繼電器、電動機轉子、定子都是用軟件磁性材料制成。常見的軟磁材料有：鐵、坡莫合金、硅鋼片、鐵鋁合金、鐵鎳合金等。變壓器磁性傳感器2、材料對磁場的響應⑦軟磁材料要求軟磁材料的電阻率比較高。因為使用中除上述磁滯能量損失之外，還可能因磁場變化在磁性材料中產(chǎn)生電流（渦流）而造成能量損失。因此常用固溶體合金（如鐵硅、鐵鎳合金）和陶瓷鐵氧體（鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物。）作軟磁材料。磁屏蔽器件2、材料對磁場的響應⑦硬磁材料I、具有較大的矯頑力，典型值Hc＝104～106A/m；II、剩磁很大；III、充磁后不易退磁。IV、高的穩(wěn)定性對外加干擾磁場和溫度、震動等環(huán)境因素變化的高穩(wěn)定性。3、影響材料磁性能的因素①晶體結構會帶來各向異性如果晶粒取向隨機分布，宏觀來看是各向同性3、影響材料磁性能的因素3、影響磁性的因素②居里溫度TC鐵磁性物質的特征是組成這些物質的原子具有恒定的與外磁場無關的磁矩。原子間有交互作用，原子磁矩互相平行排列，呈飽和磁化的狀態(tài)。3、影響磁性的因素②居里溫度TC居里溫度，原子熱運動超過了原子磁矩取向一致的作用，而變?yōu)榛靵y狀態(tài)，呈順磁性。溫度降低后，又會具有鐵磁性。3、影響磁性的因素③內應力磁致伸縮：在磁場的作用下，磁性材料會有發(fā)生細微的長度變化。機械能←→磁能。3、影響磁性的因素③內應力磁致伸縮的逆效應表現(xiàn)為，材料內部存在內應力時，會改變材料的磁疇結構。3、影響磁性的因素④提高磁性材料性能的措施高溫退火組織均勻消除內應力真空熱處理防止材料在熱處理中氧化、在熱處理中幫助去除雜質，特別是氣態(tài)雜質。磁場成型：將永磁粉末，在磁場中壓制或成型（擠壓、注塑）制成粘結體，或再經(jīng)適當溫度燒結成永磁體磁疇沿外場分布磁性織構。4、磁性材料的應用4、磁性材料的應用隱形飛機－F117涂特殊的磁性材料－吸波材料電磁武器－電磁炮螺線管產(chǎn)生的磁場對炮彈產(chǎn)生巨大推動力4、磁性材料的應用①磁制冷（磁熱效應）理想氣體，在絕熱情況下，對外做功，溫度會降低。如果在絕熱情況下，施加外磁場，也就是輸入磁功，溫度？升高。撤去外磁場，溫度？降低。4、磁性材料的應用①磁制冷（磁熱效應）從機理上說，固體磁性物質在受磁場作用磁化時，系統(tǒng)的磁有序度加強（磁熵減?。?，體系能量增加，溫度增加；再將其去磁，則磁有序度下降（磁熵增大），體系能量降低，溫度降低，非絕熱情況下，表現(xiàn)為吸熱。4、磁性材料的應用①磁制冷（磁熱效應）1933年杰克實現(xiàn)了制冷。從此，在極低溫領域（<16K范圍）磁制冷發(fā)揮了很大作用?，F(xiàn)在低溫磁制冷技術比較成熟。美國、日本、法國均研制出多種低溫磁制冷冰箱，為各種科學研究創(chuàng)造極低溫條件。例如用于衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的參數(shù)檢測和數(shù)處理系統(tǒng)中，磁制冷還用在氦液化制冷機上。4、磁性材料的應用①磁制冷（磁熱效應）氟利昂的缺點：I、破壞臭氧II、熔點為-158℃.低于該溫度，氟利昂為固體，無法繼續(xù)工作。（液氮-196℃）4、磁性材料的應用②霍爾效應：當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內側偏移，在半導體薄片A、B方向的端面之間建立起霍爾電勢。ABCD霍爾轉速傳感器

在被測轉速的轉軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉速。SN霍爾器件磁鐵4、磁性材料的應用4、磁性材料的應用4、磁性材料的應用4、磁性材料的應用4、磁性材料的應用③磁性液體—磁流體把磁性的粉末和某種液體采用特殊方法混合成的。4、磁性材料的應用③磁性液體—磁流體I、磁性氧化物超微粒的制備：一般是以磁鐵礦等鐵氧化物為主體，由金屬鹽類水溶液通過共沉淀制成超微粒。II、超微粒的分散：將氧化物借助于界面活性劑（甘油三油酸等）溶入在碳氫化合物（油類）中。4、磁性材料的應用③磁性液體—磁流體I、磁性II、粘性。當施加外磁場時，粘度增加；III、磁壓力。在外場作用下，液體內的磁場重新分布，產(chǎn)生壓力。4、磁性材料的應用③磁性液體—磁流體磁性液體密封原理：磁性液體在非均勻磁場中將聚集于磁場梯度最大處，因此利用外磁場可將磁性液體約束在密封部位形成磁性液體“O”型環(huán)，具有無泄露、無磨損、自潤滑、壽命長等特點。

1986年1月28日，美國“挑戰(zhàn)者”號航天飛機在第10次發(fā)射升空后，因助推火箭發(fā)生事故凌空爆炸，艙內7名宇航員全部遇難。著名物理學家費曼組織調查，發(fā)現(xiàn)燃料箱泄漏的原因是塑料密封圈老化。4、磁性材料的應用③磁性液體—磁流體4、磁性材料的應用④磁致伸縮位移傳感器5、電磁屏蔽各種電子設備產(chǎn)生的不同頻率和能量的電磁波充斥著我們的生活空間，進而形成了一種繼水污染、大氣污染、噪音污染之后的新型污染—電磁輻射污染。5、電磁屏蔽電磁屏蔽的必要性：影響人體健康影響精密設備的工作電磁泄密5、電磁屏蔽

屏蔽是用導電或導磁材料將需要防護區(qū)域封閉起來，以抑制和控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的感應和輻射；屏蔽技術用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷電磁波輻射（和場耦合）的傳輸途徑。5、電磁屏蔽5、電磁屏蔽5、電磁屏蔽5、電磁屏蔽5、電磁屏蔽②磁場屏蔽---低頻磁場5、電磁屏蔽②磁場屏蔽---低頻磁場磁導率越高、截面積越大，則磁路的磁阻越小，屏蔽效果越好。用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應開口或有縫隙。因為若縫隙垂直于磁力線，則會切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。5、電磁屏蔽②磁場屏蔽---高頻磁場利用電磁感應現(xiàn)象在屏蔽體表