第八講-金屬材料和磁性材料課件

作業(yè)：

P289:9.2,9.6,9.7,9.9,9.10,9.12,9.15,9.17作業(yè)：

金屬材料的使用與人類文明進(jìn)程關(guān)系密切

磁性材料

關(guān)系電子、信息、通訊及生物等廣泛領(lǐng)域金屬材料磁性材料鋼鐵和新型金屬材料磁性理論磁性材料第八講金屬材料和磁性材料金屬材料的使用與人類文明進(jìn)程關(guān)系密切金屬材料磁性材料

指南針?biāo)抉R遷《史記》描述黃帝作戰(zhàn)用羅盤宋朝朱或《萍洲可談》12世紀(jì)磁石最早的著作《DeMagnete》W.Gibert18世紀(jì)奧斯特電流產(chǎn)生磁場(chǎng)法拉弟效應(yīng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生電流,安培定律構(gòu)成電磁學(xué)的基礎(chǔ),電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等開創(chuàng)現(xiàn)代電氣工業(yè)

1907年P(guān).Weiss的磁疇和分子場(chǎng)假設(shè)

1919年巴克豪森效應(yīng)

1928年海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場(chǎng)起源

1931年Bitter在顯微鏡下直接觀察到磁疇

1933年加藤與武井發(fā)現(xiàn)含Co的永磁鐵氧體磁性與磁性材料的發(fā)展史指南針?biāo)抉R遷《史記》描述黃帝作戰(zhàn)用磁1935年荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體

1935年Landau和Lifshitz考慮退磁場(chǎng)，理論上預(yù)言了磁疇結(jié)構(gòu)

1946年Bioembergen發(fā)現(xiàn)NMR效應(yīng)

1948年Neel建立亜鐵磁理論

1954-1957年RKKY相互作用的建立

1958年M?ssbauer效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

1960年非晶態(tài)物質(zhì)的理論預(yù)言

1964年Kondoeffect近藤效應(yīng)

1965年Mader和Nowick制備了CoP鐵磁非晶態(tài)合金

1970年SmCo5稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)

1984年NdFeB稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)Sagawa(佐川)1986年高溫超導(dǎo)體，Bednortz-muller1988年巨磁電阻GMR的發(fā)現(xiàn),M.N.Baibich1994年CMR龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，Jin等LaCaMnO31995年隧道磁電阻TMR的發(fā)現(xiàn),T.Miyazaki1935年荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體第八講---金屬材料和磁性材料ppt課件

磁學(xué)是一門古老又年輕的學(xué)科。

磁學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用的需求相互促進(jìn)，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用。

磁學(xué)與其它學(xué)科交叉：信息、電氣、交通、生物、藥物、天文、地質(zhì)、能源、選礦等。

MEMS的發(fā)展不可避免的會(huì)使用各種類型的磁性材料，而且是小尺寸復(fù)合型的材料。磁學(xué)是一門古老又年輕的學(xué)科。8.1鋼鐵

純鐵－生鐵－鋼煉鐵和煉鋼第八講金屬材料和磁性材料8.1鋼鐵純鐵－生鐵－鋼煉鐵和煉鋼第八講

鋼鐵的相組成和性能第八講金屬材料和磁性材料鋼鐵的相組成和性能第八講金屬材料和磁性材料奧氏體－－滲碳體－馬氏體－石墨奧氏體－－鐵的間隙固溶體鐵素體－－鐵的間隙固溶體滲碳體－化合物Fe3C馬氏體－－鐵過(guò)飽和間隙固溶體－鐵bcc－鐵ccp－鐵bcc第八講金屬材料和磁性材料奧氏體－－滲碳體－馬氏體－石墨－鐵bcc第八講錳鋼－不銹鋼我國(guó)特種鋼生產(chǎn)研究狀況第八講金屬材料和磁性材料錳鋼－不銹鋼第八講金屬材料和磁性材料8.2新型金屬材料

傳統(tǒng)金屬材料：鐵－鋁－銅－鉛－鋅，等特種金屬：鈦－釩－銦－鈷－鉭－鋯－鈹－釙－鈮，等特種合金：金屬玻璃－形狀記憶合金－高溫合金－超導(dǎo)合金－儲(chǔ)氫合金，等

非晶態(tài)合金－金屬玻璃亞穩(wěn)態(tài)形狀記憶合金第八講金屬材料和磁性材料8.2新型金屬材料傳統(tǒng)金屬材料：鐵－鋁－銅－鉛－鋅，第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料8.3配位場(chǎng)中金屬原子的能級(jí)和未成對(duì)電子數(shù)分裂能Δ0

和電子成對(duì)能P

高自旋(HS)和低自旋(LS)第八講金屬材料和磁性材料8.3配位場(chǎng)中金屬原子的能級(jí)和未成對(duì)電子數(shù)分裂能Δ0和

低自旋態(tài):強(qiáng)晶場(chǎng)dE>W

洪德法則不再成立.晶場(chǎng)下電子軌道分裂，分裂能隙(dE)大于庫(kù)侖相互作用(W)時(shí)，電子由最低能級(jí)開始填充,如果電子填充到與上一個(gè)能級(jí)之間的能隙大于庫(kù)侖相互作用能(dE>W)時(shí)，電子將以相反的自旋填充到最低能級(jí)，因而最低能級(jí)的電子軌道同時(shí)有兩個(gè)自旋相反的電子占據(jù)，而能量高的電子軌道沒(méi)有電子占據(jù)，稱為低自旋態(tài)。高自旋態(tài)：弱晶場(chǎng)dE<W

洪德法則成立.晶場(chǎng)下電子軌道分裂,分裂能(dE)小于庫(kù)侖相互作用(W)時(shí)，電子由最低能級(jí)開始填充，一直到最高能級(jí)，過(guò)半滿后，電子以相反的自旋填充到最低能級(jí)。稱為高自旋態(tài)。低自旋態(tài):強(qiáng)晶場(chǎng)dE

對(duì)同一種金屬原子M，不同配體的場(chǎng)強(qiáng)不同，配體分裂能的大小次序?yàn)椋?/p>

對(duì)一定的配體，分裂能隨M而異，其大小次序?yàn)椋旱诎酥v金屬材料和磁性材料對(duì)同一種金屬原子M，不同配體的場(chǎng)強(qiáng)不同，配體分對(duì)一第八講---金屬材料和磁性材料ppt課件第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料球?qū)ΨQ場(chǎng)第八講金屬材料和磁性材料球?qū)ΨQ場(chǎng)8.4物質(zhì)磁性的起源和分類

電－磁

原子軌道或分子軌道上的電子運(yùn)動(dòng)/電荷運(yùn)動(dòng)磁晶格－晶胞－磁疇第八講金屬材料和磁性材料8.4物質(zhì)磁性的起源和分類電－磁第八講金屬材

在與外磁場(chǎng)相反的方向誘導(dǎo)出磁化強(qiáng)度的現(xiàn)象稱為抗磁性。它出現(xiàn)在沒(méi)有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是負(fù)的，而且很小，c~10-5。產(chǎn)生的機(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)楞次定律，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。

抗磁性：抗磁性：

順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩耒源于未滿的電子殼層(例如過(guò)渡族元素的3d殼層)。在順磁性物質(zhì)中，磁性原子或離子分開的很遠(yuǎn)，以致它們之間沒(méi)有明顯的相互作用，因而在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的作用，原子磁矩是無(wú)規(guī)混亂取向。當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，原子磁矩有沿磁場(chǎng)方向取向的趨勢(shì)，從而呈現(xiàn)出正的磁化率，其數(shù)量級(jí)為c=10-510-2。順磁物質(zhì)的磁化率隨溫度的變化χ(T)有兩種類型:第一類遵從居里定律：

χ

=C/TC稱為居里常數(shù)第二類遵從居里-外斯定律：

χ

=C/(T-Tp)Tp稱為順磁居里溫度

順磁性順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁第八講金屬材料和磁性材料特例--分子的磁性與磁矩：第八講金屬材料和磁性材料特例--分子的磁性與磁矩：第八講---金屬材料和磁性材料ppt課件第八講金屬材料和磁性材料

鐵磁性物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件：(1)物質(zhì)中的原子有磁矩；(2)原子磁矩之間有相互作用。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以上是順磁性；居里溫度以下原子磁矩間的相互作用能大于熱振動(dòng)能，顯現(xiàn)鐵磁性。第八講金屬材料和磁性材料鐵磁性

在反鐵磁性中，近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互抵消。因此反鐵磁體不產(chǎn)生自發(fā)磁化磁矩，顯現(xiàn)微弱的磁性。反鐵磁的相對(duì)磁化率的數(shù)值為10-5到10-2。與順磁體不同的是自旋結(jié)構(gòu)的有序化。

當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，由于自旋間反平行耦合的作用，正負(fù)自旋轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)矩很小，因而磁化率比順磁磁化率小。隨著溫度升高，有序的自旋結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，磁化率增加，這與正常順磁體的情況相反。然而在某個(gè)臨界溫度以上，自旋有序結(jié)構(gòu)完全消失，反鐵磁體變成通常的順磁體。因而磁化率在臨界溫度(稱奈耳溫度Neelpoint)顯示出一個(gè)尖銳的極大值。

反鐵磁性在反鐵磁性中，近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互抵消。第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料

在亞鐵磁體中，A和B次晶格由不同的磁性原子占據(jù)，而且有時(shí)由不同數(shù)目的原子占據(jù)，A和B位中的磁性原子成反平行耦合，反鐵磁的自旋排列導(dǎo)致一個(gè)自旋未能完全抵消的自發(fā)磁化強(qiáng)度，這樣的磁性稱為亞鐵磁性。1948年奈耳根據(jù)反鐵磁性分子場(chǎng)理論，提出亞鐵磁性分子場(chǎng)理論，用來(lái)分析尖晶石鐵氧體的自發(fā)磁化強(qiáng)度及其與溫度的關(guān)系。

亞鐵磁性在亞鐵磁體中，A和B次晶格由不同的磁性原子占據(jù)，而且有時(shí)由第八講---金屬材料和磁性材料ppt課件第八講---金屬材料和磁性材料ppt課件第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料第八講金屬材料和磁性材料8.5磁性材料

磁性：內(nèi)稟磁性－飽和磁化強(qiáng)度居里溫度奈耳溫度外稟磁性－矯頑力剩磁矯頑力最大磁能積剩磁第八講金屬材料和磁性材料8.5磁性材料磁性：內(nèi)稟

永磁材料－硬磁材料合金鋼－