四川大學材料學院陳寶軍、何知宇 磁性材料 期末復習題

1、磁性材料期末復習一、名詞解釋1、磁矩：反映磁偶極子的磁性大小及方向的物理量，定義為磁偶極子等效的平面回路內的電流和回路面積的乘積=i.s2、磁化強度M：定義為單位體積內磁偶極子具有的磁矩矢量和，是描述宏觀磁體磁性強弱的物理量。3、退磁場： 有限幾何尺寸的磁體在外磁場中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內部存在與磁化強度M方向相反的一種磁場，起減退磁化的作用，稱為退磁場 Hd，有時也稱作反磁場。4、自發(fā)磁化：磁有序物質在無外加磁場的情況下，由于近鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用，使物質中各原子的磁矩在一定空間范圍內呈現(xiàn)有序排列而達到的磁化，稱為自發(fā)磁化5、技術磁化： 技術磁化闡述的是關于鐵

2、磁質在整個磁化過程中磁化行為的機理，即闡明了在外磁場作用下，磁疇是通過何種機制逐漸趨向外磁場方向的。6、渦流損耗：。當對導電性磁性材料施加交流磁場時，對應磁通量變化，材料中會產(chǎn)生感應渦流，由渦流產(chǎn)生的并以焦耳熱的形式損耗的該部分能量即為We。 7、坡莫合金： 該名稱的意思為具有高導磁率的合金，是指成分為Fe(3580)-Ni的合金，具有面心立方點陣。8、鐵氧體：以Fe2O3為主要成分的氧化物磁性材料。9、硬磁鐵氧體：一般可表示為MOxFe2O3，（其中M為Ba、Sr等）。不含Ni、Co等貴金屬元素；晶體對稱性低，磁各向異性大，化學穩(wěn)定性好，盡管從產(chǎn)值上已被稀土永磁體超過，但仍然占有很大的市場份

3、額。 10、居里溫度： 磁矩的有序排列由于熱擾動被完全破壞時的溫度。（磁滯回線對溫度是很敏感的，特別是鐵磁體，由于其自發(fā)磁化對溫度的相關性，造成磁滯回線相對于溫度變化的一系列特征。）鐵磁性材料的自發(fā)磁化Ms在居里點Tc發(fā)生磁性轉變，Tc以下為鐵磁性，Tc以上鐵磁性消失。11、最大磁能積：當Hd0時，BdHd0；同樣，在曲線與0H軸的交點，Bd0，也有BdHd0。在這兩點之間BdHd存在最大值，稱為最大磁能積(BH)max。12、金屬間化合物： 由兩種以上的金屬元素構成。其晶體結構一般不同于構成金屬的晶體結構；組成比為簡單常數(shù)；成分變化時其物理性質及化學性質發(fā)生不連續(xù)變化；每種構成原子占據(jù)晶格中

4、的固定位置。13、 粘結磁體： 晶粒一般為各向同性的，磁矩混亂分布，尺寸一般為10500nm，小晶粒為單疇粒子，大晶?？赡転槎喈牻Y構。形狀隨工藝變化，非橢球粒子，可能有突出的棱和尖角。硬磁性晶粒之間部分被非磁性層間隔，有的晶粒界面直接耦合。14、磁光效應： 磁光效應是基于光與物質的磁化(或磁場)相互作用，而使光學參數(shù)發(fā)生變化的現(xiàn)象。15、法拉第效應： 法拉第效應是光與原子磁矩相互作用而產(chǎn)生(在其偏振面上旋轉一定角度射出)的現(xiàn)象。當YIG（Y3Fe5O12）等一些透明物質透過直線偏光時，若同時施加與入射光平行的磁場，透射光將在其偏振面上旋轉一定的角度射出，稱此現(xiàn)象為法拉第效應。16、克爾效應：

5、當光波入射到被磁化的物質或外磁場作用下的物質表面時，其反射光的偏振面發(fā)生旋轉的現(xiàn)象稱為克爾效應。17、磁泡： 在消磁狀態(tài)下，若外加向上的磁場，隨著磁場強度增加，向下的磁疇逐漸減小，從達到某一磁場強度開始出現(xiàn)圓柱狀磁疇，由于其形狀有如泡狀，故稱其為磁泡。18、磁性液體： 就是把用表面活性劑處理過的超細磁性微粒高度分散在基液(載液)中形成的一種磁性膠體溶液。19、磁致伸縮效應：消磁狀態(tài)的鐵磁體磁化，一般情況下其尺寸、形狀會發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應 20、磁致電阻效應：施加磁場使物質電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為磁致電阻效應 21、巨磁電阻效應：在由Fe，Cr交替沉積而形成的多層膜(FeCr)N

6、(N為周期數(shù))中，發(fā)現(xiàn)了MR比超過50的現(xiàn)象，由于這個結果遠遠超過了多層膜中Fe層MR比的總和，所以稱這種現(xiàn)象為巨磁電阻效應。 22、磁熱效應： 絕熱過程中鐵磁體或順磁體的溫度隨磁場強度的改變而變化的現(xiàn)象。23、磁相變： 二、填空1、磁學的兩個基本命題是 磁及磁現(xiàn)象的根源是電流 和_所有物質都是磁性體。2、SI制中H的單位是 _安培/米 _，CGS 單位制中是_奧斯特_。3、原子磁矩來源于三個方面_電子磁矩_、_非磁性原子_和_磁性原子_。 4、特斯拉是_磁感應強度和磁極化強度_的單位，1特斯拉等于 _10000_高斯。5、Fe、Co、Ni原子的電子殼層排列依次為1s2s2p63s3p6 3d

7、6 4s、_1s2s2p63s3p6 3d7 4s_、_1s2s2p63s3p6 3d8 4s_。 6、3d過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金的磁性來源于_ 超交換相互_7、由海森堡交換作用模型可以得出物質具有鐵磁性的必要條件是_材料原子中具有未充滿的電子殼層,即原子磁矩_，充要條件是_交換能積分常數(shù)A0_。8、磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性，這種現(xiàn)象稱為_磁晶各向異性_，它存在于所有鐵磁性晶體中，在_非晶磁性材料_中不存在。9、一般來講，技術磁化過程存在兩種磁化機制，分別為 _磁疇壁的位移運動_ 和 _磁疇轉動_ 。10、根據(jù)疇壁中磁矩的過渡方式，可以將疇壁分

8、為_Bloch 疇壁_、_Nel 疇壁和_枕木狀疇壁_。 11、軟磁材料在交流應用中的損耗有：_磁滯損耗_、_渦流損耗_和_殘留損耗_。 12、品質因數(shù)是反映軟磁材料在交變磁化時能量的_貯能_和_損耗_的性能。13、鐵氧體按其晶體結構鐵氧體材料可分為_尖晶石型、 石榴石型 和 磁鉛石型 。 14、設尖晶石鐵氧體的分子式為AxnABynBCznCO4其中A、B、C、為金屬元素，x、y、z為相應的金屬離子數(shù)，nA 、nB、nC為相應的金屬離子化學價。則該多元鐵氧體的離子數(shù)總合與化學價總合應滿足：_x+y+z3 、 xnA+ynB+znC8。15、 尖晶石鐵氧體在單位晶胞中，A位置共有_64_個，B

9、位置共有_32_個，但實際占有金離子的A位置只有_8_個，B位置只有_16_個，其余空著，這些空位對配方不準造成的成分偏離正分并對_摻雜_有利。16絕大多數(shù)鐵氧體其導電特性屬于_半導體類型_，其電阻率隨溫度的升高按指數(shù)規(guī)律_下降_。17、一般來講，鐵氧體材料其磁飽和磁化強度遠 低 于金屬軟磁材料，其應用頻率遠_高_ 于金屬軟磁材料；金屬軟磁材料低電阻率的特性導致_趨膚 效應，_渦流 損耗限制了其在高頻段的應用。18、永磁體的工作點位于磁滯回線的_第二象限_位置。其的一個重要的性能指標為 _最大磁能積_，其單位為MGOe。19、根據(jù)形成高矯頑力的機理，可將金屬永磁材料分為以下幾類：淬火硬化型磁鋼

10、、 析出硬化型磁鋼、 時效硬化型永磁 和 有序硬化型永磁 。20、永磁材料主要分為_金屬永磁材料_、_鐵氧永磁材料_和_稀土系永磁材料_三大類。21、稀土永磁材料是_稀土元素_和_過渡金屬_所形成的一類高性能永磁材料。通常把_(BH)max160kJ/m3的1-5型SmCo5磁體_稱為第一代稀土磁體，把_(BH)max200240kJ/m3的2-17型Sm2TM17磁體_稱為第二代稀土磁體，把_通常把(BH)max240460kJ/m3的NdFe-B磁體_稱為第三代稀土磁體，其主要成分是硬磁性的_Nd2Fe14B_相。22、Nd-Fe-B永磁體按制造方法不同可以分為兩類：_燒結永磁體_和_超急

11、冷永磁體_。23、磁記錄是在記錄介質表面形成_微小永磁體_。24、磁記錄的基本構成要素是：_磁頭_和_磁記錄介質_。25、根據(jù)記錄信息的形態(tài)，磁記錄可以分為_模擬式磁記錄_和_數(shù)字式磁記錄_。26、磁頭大體上可以分為：_、_和_三類。對電磁感應型磁頭磁芯應使用軟磁材料，記錄時為了能使記錄介質全厚度達到完全的飽和磁化，要求使用_高飽和磁通密度_的材料，再生時為了能高靈敏度地檢出記錄介質較弱的磁場，要求使用_高磁導率_材料。27、磁記錄介質可以分為_涂布型介質_、_薄膜型 和 垂直記錄型_三類。28、光盤的種類_只讀式_、_可錄式_和_可擦重復寫入式_。29、磁光記錄（寫入）分_居里點寫入 和 補

12、償點寫入_兩種方式。30、超導體的特征有：_完全導電性_、_約瑟夫森效應_和_完全反磁性_。三、簡答1、物質的磁性有哪幾種？它們磁矩各有什么特性？反磁性，鐵磁性，反鐵磁性，順磁性，亞鐵磁性反磁性：在外磁場作用下，原子系統(tǒng)獲得與外磁場方向反向磁矩的現(xiàn)象鐵磁性:是指物質中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在某些區(qū)域中大致按同一方向排列，當所施加的磁場強度增大時，這些區(qū)域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現(xiàn)象。反鐵磁性：在原子自旋（磁矩）受交換作用而呈現(xiàn)有序排列的磁性材料中，如果相鄰原子自旋間是受負的交換作用，自旋為反平行排列，則磁矩雖處于有序狀態(tài)（稱為序磁性），但總的凈磁矩在不受外

13、場作用時仍為零。這種磁有序狀態(tài)稱為反鐵磁性。順磁性：某些物質在受外磁場作用后，感生出與外磁場同向的磁化強度，其磁化率大于零但數(shù)值很小，這種磁性稱為順磁性亞鐵磁性：亞鐵磁性宏觀與鐵磁性基本相同，只是磁化率相比更低，只有1-1000數(shù)量級。2、 畫出鐵磁性物質的初始磁化曲線與磁滯回線并闡述其主要過程，在圖中標出其五個重要磁學參量，并說明個參量物理意義的。鐵磁體在消磁狀態(tài)，由于其中的小磁體隨機取向，其磁化彼此相抵消，總體磁化為零。如果在圖中所示方向施加弱磁場，磁化方向與該磁場方向接近的磁疇壁相應移動，疇壁中原子磁矩逐漸向外磁場方向轉化。將鐵磁體從磁中性磁化到飽和，需經(jīng)過可逆的疇壁移動，非可逆疇壁移動

14、，可逆的磁疇旋轉以及達到飽和四個過程。1.可逆磁化區(qū)(a)如圖中a區(qū)域所示，當磁場很弱時，隨磁場強度增加，磁化強度變大；反之，磁化強度減??；H0時，M0。在該范圍內，二者的關系是可逆的。此時，磁疇也能恢復到原來狀態(tài)。磁感應強度與磁場強度H間也有相同的關系。在此范圍內， B/H= i 稱為初始磁導率，它是表征軟磁性的重要特征參數(shù)之一。2.不可逆磁化區(qū)（b）在區(qū)域b，隨磁場強度增加，磁疇的疇壁移動，磁疇增大，即使磁場強度減小，M-H也不會沿原曲線路徑返回，而是按環(huán)形移動，這說明M-H，B-H曲線是不可逆的。此時，B/H存在最大值，稱為最大磁導率max，它是和i同樣重要的軟磁特性表征參數(shù)之一。在該區(qū)

15、域，M相對于H是不連續(xù)的，磁疇壁會受障礙物(釘扎點等)的阻止作用。一旦疇壁脫離阻止，磁化強度隨即增加。所以，磁疇壁完全消失的狀態(tài)對應著行程的終點，此時磁疇完全并吞其它磁疇，但磁化方向與外磁場方向并不完全一致。3.旋轉磁化區(qū)（c）隨著磁場進一步增強，磁化過程進c區(qū)域，此時自發(fā)磁化將向著外加磁場方向旋轉，磁疇的移動是突然和不連續(xù)的，磁化也是不連續(xù)的，當自發(fā)磁化旋轉到與外加磁場方向完全一致時，達到飽和磁化強度Ms。4.飽和點（d）與飽和磁化強度Ms隨磁場強度進一步增加時：如圖所示，磁化強度由b到達c區(qū)域，并在d點達到飽和，此時的磁化強度為飽和磁化強度Ms，它是鐵磁體極為重要的特性之一。磁化達到飽和后

16、，磁感應強度B=0H+M只隨 0H 項的變化而變化，因此，對應的常用飽和磁感應強度Bs或最大磁感應強度Bm。3、什么是磁疇？什么是磁疇壁？為什么會形成磁疇？磁疇的數(shù)目由什么條件決定？鐵磁體由于交換相互作用(鐵磁性)、超交換相互作用(亞鐵磁性)，致使原子磁矩呈平行或反平行排列，這樣就可能殘留稱為自發(fā)磁化強度的有效磁化成分(磁疇的成因)，其三維區(qū)域稱為磁疇，實際的磁疇都具有一定的幾何尺寸大小，彼此為自發(fā)磁化強度大小和方向各異的區(qū)域，磁疇之間的邊界稱為磁疇壁。鐵磁體產(chǎn)生磁疇，實質是自發(fā)磁化平衡分布要滿足能量最小原理的必然結果，而退磁場能最小要求是磁疇形成的根本原因4、 什么是軟磁材料？軟磁材料的基本

17、要求是什么？磁性材料中矯頑力很低，因而既容易受外加磁場磁化，又容易退磁的材料稱為軟磁材料。(1) 初始磁導率(i)、最大磁導率max 等都要高，目的在于提高功能效率；(2) 剩余磁通密度(Br)要低，飽和磁感應強度(Bs)要高，目的在于節(jié)省資源，便于輕薄短小，可迅速響應外磁場極性(N-S極)的反轉；(3) 矯頑力(Hc)要小，目的在于提高高頻性能。5、在軟磁材料制造過程中應注意的原則有哪些？從結構的角度看，軟磁材料應滿足：(1)晶粒要盡可能大。純鐵及鐵合金矯頑力Hc與平均晶粒直徑d的倒數(shù)(1/d)呈直線關系，晶粒越大矯頑力越小,有以下經(jīng)驗公式： Hc=Hco+ /d 其中，為由物質及結晶組織決

18、定的常數(shù)。晶界為原子嚴重錯排區(qū)，對疇壁移動產(chǎn)生阻礙作用。因此，晶粒盡可能大，以減少晶界。但這僅是針對塊狀晶體材料的一般原則，對于高新技術材料之一的薄膜磁性材料來說，采用超微細晶?？梢蕴岣咂滠洿盘匦浴?2)雜質要盡可能少鐵中含有碳時，最大磁導率與矯頑力HC隨碳的質量分數(shù)成反比例關系。一般說來，雜質的存在會阻礙晶核生長、晶粒長大，而且會析出雜相物，阻礙磁疇壁的移動。(3)內應力要盡可能低這里所說的內應力是指存在于晶胞范圍內或晶粒范圍內的微觀內應力。廣義地講，晶體缺陷(包括點缺陷、位錯、層錯、析出物等)周圍都會或多或少地存在內應力。當材料在外力作用下發(fā)生塑性變形時，由于上述應力場的存在，還會使內應力

19、增加，影響磁性。6、 提高軟磁材料起始磁導率的途徑有哪些？提高Ms并降低K1，s的值是提高起始磁導率的必要條件：降低雜質濃度，提高密度，增大晶粒尺寸，結構均勻化，消除內應力和氣孔的影響，是提高起始磁導率的充分條件。這些都與配方的選擇和工藝條件密切相關。1. 提高飽和磁化強度Ms，i Ms，即材料的起始磁導率i與Ms的平方成正比。因此，提高Ms的大小有利于獲得高的i值。2. 降低磁晶各向異性常數(shù)K1和磁致伸縮系數(shù)s；3. 改善材料的微觀結構4. 降低內應力7、 什么是硅鋼？添加Si的作用？硅鋼的應用？硅鋼通常也稱為硅鋼片或電工鋼片，是指碳的質量分數(shù)We在0.02%以下，硅的質量分數(shù)為1.5%4.

20、5%的Fe合金。硅鋼的飽和磁化強度Bs和居里溫度Tc均隨著硅含量的增加而降低，只是添加硅的不足之處。但是，添加硅的益處大得多，首先，添加硅可以降低硅鋼的磁晶各向異性常數(shù)K1，同時隨著硅含量的增加，飽和磁致伸縮系數(shù)降低。這些對于提高磁導率和降低矯頑力是有利的，因此硅鋼是非常優(yōu)秀的軟磁材料。其次，添加硅可以顯著的提高合金的電阻率，降低鐵損，因此硅鋼也是交流電器用的比較理想的材料。電工用硅鋼唱軋制成標準尺寸的大張板材或帶材使用，俗稱硅鋼片，廣泛用于電動機、發(fā)電機、變壓器、電磁機構、繼電器電子器件及測量儀表中。8、什么是永磁體？對永磁體的基本要求是什么？衡量永磁體的主要性能指標有哪些？被外加磁場磁化以

21、后，除去外磁場，仍能保留較強磁性的一類材料稱為永磁材料?；疽螅?）剩余磁感應強度Br要高（2）矯頑力Hc要高（3）最大磁能積(BH)max要高（4） 從實用角度考慮，材料穩(wěn)定性要高永磁體的最基本要求: 一旦被磁化，其磁化應該具有難以失去或消除的特性。剩磁Br：磁性材料被磁化到飽和以后，當外磁場降為零時所剩的磁感應強度矯頑力Hc：兩種定義：BHc：磁感矯頑力，使B=0所需的磁場值，MHc：內稟矯頑力，使M=0所需的磁場值最大磁能積(BH)max：當Hd0時，BdHd0；同樣，在曲線與0H軸的交點，Bd0，也有BdHd0。在這兩點之間BdHd存在最大值，稱為最大磁能積(BH)max穩(wěn)定性：永磁

22、體的有關磁性能在長時間使用過程中或受到溫度、外磁場、沖擊、振動等外界因素影響時保持不變的能力。9、如何提高永磁體的性能？作為永磁體強度的最大磁能積(BH)max是表征永磁體性能的最主要指標 ,為使最大磁能積(BH)max盡可能大，需要幾個條件:首先，殘留磁通密度Br(是由物質本身決定的固有值)要高；其次，因反磁場造成的殘留磁通密度的減少要盡量小，也就是說，由磁滯回線矩形比表示的左肩要盡量寬(左肩BrBs接近1的部分要盡量寬)；最后，具有絕對值大于反磁場的矯頑力。當然,本征矯頑力HcJ也是重要的指標。10、請問下列材料中，哪些是硬磁材料，哪些是軟磁材料。區(qū)分它們的主要磁性能參數(shù)是什么？(1) S

23、rFe12O19； (2) Supermalloy; (3) Sm2Co17； (4) Fe-Si； (5) FINEMENT; (6) NiZn尖晶石鐵氧體； (7) AlNiCo；(8) a-Fe；(9) NdFeB； (10) 非晶FeSiB合金；硬磁材料：1、3、7、8、9軟磁材料：2、4、5、6、1011、什么是矩形比？對矩形磁滯回線材料的基本要求是什么？矩形比表示磁記錄材料磁滯回線矩形程度的重要參數(shù)，符號Rs。它是材料最大剩余磁通密度Br與最大磁通密度Bm之比，即Rs=Br/Bm。對于磁記錄材料而言，矩形比愈大愈好，一般Rs值應為0.900.97左右。矩形比也稱矩形系數(shù)。12、簡述

24、磁記錄的基本原理與過程。磁記錄是指在磁性介質的表面，按記錄信號的要求形成微小永磁體。基本原理：當單磁疇微粒子處于消磁狀態(tài)，其取向是隨機分布的，磁化的總和為零或非常弱 ，表面上不會產(chǎn)生磁極。當施加外部磁場H，并慢慢使H升高時，單磁疇微粒子的磁化方向容易發(fā)生轉動，并逐漸轉向與外加磁場方向一致的方向，逐漸出現(xiàn)N極和S極。這樣，單磁疇微粒子的磁化方向分布的變化，轉化為一個個微小永磁體相應的磁極的方向及強度，這便是磁記錄的基本原理。過程：13、磁頭和磁記錄介質在磁記錄過程中各起什么作用？兩者的材料各應具備什么樣的條件？電磁感應型磁頭磁芯應使用軟磁材料。1.磁頭材料的基本要求：記錄時為了能使記錄介質全厚度達到完全的飽和磁化，要求使用高飽和磁通密度的材料；再生時為了能高靈敏度地檢出記錄介質較弱的磁場，要求使用高磁導率材料。2.一般選作磁芯材料的具體標準： 容易磁化，且具有高飽和磁通密度、高磁導率； 對磁場變化反應靈敏，能量損耗低； 小型且量輕，不易磨損； 耐環(huán)境性好。14、簡述磁光記錄的記錄與讀出原理。記錄原理：記錄介質采用矯頑力大的垂直磁化膜。記錄之前，其磁化方向垂直于膜面，記錄時，用聚焦激光局部照射希望記錄的部位。與此同時，在該處施加使磁化發(fā)生反向的磁場，使該部位的磁化發(fā)生反轉，從而實現(xiàn)單位(bit)記錄。