磁性材料課件

第一章磁性材料第一講概述磁介質(zhì)——能與磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用的物質(zhì)。磁化——磁介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下所發(fā)生的變化。不同磁介質(zhì)磁化后對(duì)原外磁場(chǎng)的存在不同的影響一、磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度從實(shí)用的觀點(diǎn)，根據(jù)磁化率χ（＝M/H）大小與符號(hào)，可分為五種：TO1、抗磁性

對(duì)于電子殼層被填滿的物質(zhì)，其磁矩為零。在外磁場(chǎng)作用下，電子運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)（由電磁感應(yīng)定律而定），出現(xiàn)附加角動(dòng)量，感生出與H反向的磁矩。因此：

χd<0，且|χd|～10－5，與H、T無(wú)關(guān)。

實(shí)例：惰性氣體、許多有機(jī)化合物、某些金屬（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金屬（如：Si、P、S）2、順磁性

順磁性物質(zhì)具有一固有磁矩，但各原子磁矩取向混亂，對(duì)外不顯示宏觀磁性，在磁場(chǎng)作用下，原子磁矩轉(zhuǎn)向H方向，感生出與H一致的M。所以，χp>0，但數(shù)值很?。@微弱磁性）。室溫下χP：10－3～10－6。如：稀土金屬和鐵族元素的鹽。TO其中：C為居里常數(shù)，TP為順磁性居里溫度。TO3、反鐵磁性即在T＝TN（奈爾溫度）時(shí)，χaf

最大。T<TN時(shí)，其內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)按次晶格自旋成反平行排列，每一次晶格的磁矩大小相等、方向相反，故它的宏觀磁性等于零，只有在很強(qiáng)的外磁場(chǎng)作用下才能顯示出微弱的磁性。實(shí)例：過(guò)渡族元素的鹽類及化合物，如MnO，CrO,CoO等O4、鐵磁性內(nèi)部原子磁矩按磁疇自發(fā)平行取向，有宏觀磁性,只要在很小的磁場(chǎng)作用下就能磁化到飽和。其χf>0（約為10～106），有磁滯現(xiàn)象。當(dāng)T>TC

時(shí)，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，服從居里－外斯定律。?shí)例：3d金屬Fe，Co，Ni，4f金屬鋱、鉺、銩、鈥、等以及很多合金與化合物。T>TC5、亞鐵磁性

內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)卻與反鐵磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亞鐵磁性具有宏觀磁性（未抵消的反鐵磁性結(jié)構(gòu)的鐵磁性）。Χm>0，大小為1～103

典型代表為鐵氧體。

前三種為弱磁性，后兩種為強(qiáng)磁性，具有此二性的材料叫磁性材料，按其被應(yīng)用的性能，磁性材料可分為軟磁、永磁、旋磁、矩磁、亞磁五類）O5、超順磁性

鐵磁性材料做成微晶或非晶時(shí)將具有超順磁性。大的微晶顆粒內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)多疇結(jié)構(gòu)，這種多疇結(jié)構(gòu)可以有效降低靜磁場(chǎng)能量。當(dāng)尺寸再?。〝?shù)十納米到幾個(gè)微米），微晶將成為單疇，此時(shí)多疇結(jié)構(gòu)能量反而高。當(dāng)尺寸再小，微晶仍為單疇，但磁化方向在熱擾動(dòng)下將會(huì)發(fā)生發(fā)轉(zhuǎn)，從而失去鐵磁性。在磁場(chǎng)的作用下的這些磁疇將沿著磁場(chǎng)方向排列，很像順磁材料，但其磁導(dǎo)率極大，稱為超順磁材料。二.磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率和磁介質(zhì)分類磁導(dǎo)率——描述不同磁介質(zhì)的導(dǎo)磁性能真空磁導(dǎo)率介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率根據(jù)的大小和方向可將磁介質(zhì)分為三大類（1）順磁質(zhì)（2）抗磁質(zhì)（3）鐵磁質(zhì)介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率三.磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)制分子圓電流和磁矩分子磁矩軌道磁矩自旋磁矩——電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)——電子本身自旋無(wú)外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)1.順磁質(zhì)的磁化無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。分子磁矩

在外磁場(chǎng)作用下分子磁矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和外磁場(chǎng)方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。2.抗磁質(zhì)及其磁化在外磁場(chǎng)中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子本身自旋外磁場(chǎng)場(chǎng)作用下產(chǎn)生附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場(chǎng)的作用?？勾判允且磺锌勾沤橘|(zhì)共同具有的特性?？偱c外磁場(chǎng)方向反向四：磁化強(qiáng)度矢量分子磁矩的矢量和體積元

意義:磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和.五.磁介質(zhì)的磁化規(guī)律以及磁化率和磁導(dǎo)率磁化率引入相對(duì)磁導(dǎo)率引入絕對(duì)磁導(dǎo)率1.

磁導(dǎo)率μ=1+χ不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。

B

和H

不是線性關(guān)系。（一）鐵磁質(zhì)的一般規(guī)律2.

有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)接上一次4.溫度超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。3.有磁滯,剩磁、磁飽和等現(xiàn)象。注意：鐵磁物質(zhì)磁化規(guī)律復(fù)雜，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究每種鐵磁質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判浴?......矯頑力飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度剩磁（二）磁滯回線動(dòng)畫

由于磁滯，時(shí)，磁感強(qiáng)度，叫做剩余磁感強(qiáng)度(剩磁).

當(dāng)外磁場(chǎng)由逐漸減小時(shí)，這種B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱磁滯.圖1鐵磁質(zhì)起始磁化曲線和磁滯回線圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖3鐵磁材料μ與H關(guān)系曲線抗磁質(zhì)順磁質(zhì)非常數(shù)，鐵磁質(zhì)歸納：磁滯損耗：在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。磁滯伸縮：鐵磁體于鐵電體類似；在交變場(chǎng)的作用下，它的形狀會(huì)隨之變化，稱為磁致伸縮（10-5數(shù)量級(jí)）它可用做換能器，在超聲及檢測(cè)技術(shù)中大有作為。

（三）鐵磁性材料分類及用途OO不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.O軟磁材料硬磁材料矩磁材料

r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，損耗小。用于作變壓器的鐵芯。繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。(1)軟磁材料純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。(2)硬磁材料鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)矩磁材料Hc不大，磁滯回線是矩形。用于記憶元件，矯頑力(Hc)大，剩磁Br大磁滯回線的面積大，損耗大。用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體臨界溫度(鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn))