第五章_材料的磁學(xué)性能--100908

1、 5.1 基本磁學(xué)性能基本磁學(xué)性能目目 錄錄 5.2 抗磁性和順磁性抗磁性和順磁性 5.3 鐵磁性與反鐵磁性鐵磁性與反鐵磁性 5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性磁性材料的動(dòng)態(tài)特性 5.5 磁性材料及其應(yīng)用磁性材料及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)及基本要求教學(xué)目標(biāo)及基本要求n掌握磁性基本表征參數(shù)，各類磁性物質(zhì)的掌握磁性基本表征參數(shù)，各類磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用，磁性材料在交變磁場(chǎng)中的內(nèi)部相互作用，磁性材料在交變磁場(chǎng)中的磁化過(guò)程及宏觀磁性。磁化過(guò)程及宏觀磁性。n熟悉磁性材料的動(dòng)態(tài)特性，磁性材料的種熟悉磁性材料的動(dòng)態(tài)特性，磁性材料的種類及軟磁材料、硬磁材料、磁信息材料的類及軟磁材料、硬磁材料、磁信息材料的特征。特征。n了解軟

2、磁材料、硬磁材料及磁信息材料的了解軟磁材料、硬磁材料及磁信息材料的應(yīng)用及發(fā)展。應(yīng)用及發(fā)展。 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)n（1）磁學(xué)基本物理量磁學(xué)基本物理量n（2）磁性材料的種類磁性材料的種類n（3）磁化曲線和磁滯回線）磁化曲線和磁滯回線n（4）軟磁、硬磁、磁信息材料的特征）軟磁、硬磁、磁信息材料的特征思考題思考題n1、名詞解釋：、名詞解釋： 磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、矯頑力、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、矯頑力、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、飽和磁化強(qiáng)度、磁化率、磁滯損耗、磁疇、趨飽和磁化強(qiáng)度、磁化率、磁滯損耗、磁疇、趨膚效應(yīng)。膚效應(yīng)。n2、軟磁材料、硬磁材料及磁信息材料各有何、軟磁材料、硬磁材料及磁信息材料

3、各有何特性？特性？ 磁學(xué)現(xiàn)象的兩個(gè)基本命題：n磁及磁現(xiàn)象的根源是電流，或者說(shuō)是電荷 的運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷表現(xiàn)作用力；載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)要做功。n所有的物質(zhì)都是磁性體。電流電流(或運(yùn)動(dòng)電荷或運(yùn)動(dòng)電荷)電流電流(或運(yùn)動(dòng)電荷或運(yùn)動(dòng)電荷)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁學(xué)初步認(rèn)識(shí)：磁學(xué)初步認(rèn)識(shí)：5.1 5.1 基本磁學(xué)性能基本磁學(xué)性能存在著磁力作用的特殊物質(zhì)磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H：指空間某處指空間某處磁場(chǎng)磁場(chǎng)的大小，用的大小，用H表示，它表示，它的單位是安的單位是安/米（米（A/m）。）。磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M：指材料內(nèi)部單位體積在某一方向的磁指材料內(nèi)部單位體積在某一方向的磁矩矢量和，用矩矢量和，用M表示，單位是安表

4、示，單位是安/米（米（A/m）。）。 M = 原子/V磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B： 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是：的定義是： B=0(H+M)0是一個(gè)系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱是一個(gè)系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度，單位是特（為磁通密度，單位是特（T），），在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度和附加磁場(chǎng)的總和稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個(gè)物理量。任何一個(gè)封閉的電流都具磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個(gè)物理量。任何一個(gè)封閉的電流都具有磁矩。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與有磁矩。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)

5、形的面積的乘積（封閉環(huán)形的面積的乘積（I S）。）。磁矩是表征磁性物體磁矩是表征磁性物體磁性大小磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，的物理量。磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即物體在磁場(chǎng)中所受的力也大。即物體在磁場(chǎng)中所受的力也大。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。磁矩的概念可用于說(shuō)明原子、分子等微觀世界產(chǎn)生磁性的原因。磁矩的概念可用于說(shuō)明原子、分子等微觀世界產(chǎn)生磁性的原因。電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電子軌道磁矩電子軌道磁矩；電子本身自旋，產(chǎn)生；電子本身自旋，產(chǎn)生電子自旋磁矩電子自旋磁矩。這兩種微觀磁矩是物質(zhì)具有磁性的根源。這兩種微觀磁矩是物質(zhì)具有磁

6、性的根源。磁矩磁矩:I任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)H外，外，由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)附加的磁場(chǎng)附加的磁場(chǎng)M。磁化率磁化率 ： = M/H物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度，與磁化場(chǎng)的強(qiáng)度物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度，與磁化場(chǎng)的強(qiáng)度有關(guān)。（體積）磁化率為無(wú)因次量，表示單位有關(guān)。（體積）磁化率為無(wú)因次量，表示單位體積內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，反映了物質(zhì)被磁化的體積內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，反映了物質(zhì)被磁化的難易程度。難易程度。 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 ： =B/H是磁化曲線上任意一點(diǎn)上是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和和H的比值。磁導(dǎo)的比值。

7、磁導(dǎo)率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者說(shuō)是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度。或者說(shuō)是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度。測(cè)定物質(zhì)的摩爾磁化率實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)非鐵磁（強(qiáng)磁）物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)非鐵磁（強(qiáng)磁）物質(zhì)，在 T 與與 不太不太高也不太低時(shí)磁化強(qiáng)度高也不太低時(shí)磁化強(qiáng)度M，磁化率，磁化率X與磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度H滿滿足線性關(guān)系。足線性關(guān)系。M H B B M H 131,:molGCmmolGemuM131,:molCmmolemumTOeGH,:對(duì)于一般磁介質(zhì)，無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，其內(nèi)部各磁對(duì)于一般磁介質(zhì)，無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，其內(nèi)部各磁矩取向不一，宏觀無(wú)磁性。矩取向不一，宏觀

8、無(wú)磁性。磁化：磁化：在外磁場(chǎng)作用下，各磁矩有規(guī)則地取向，在外磁場(chǎng)作用下，各磁矩有規(guī)則地取向，使磁介質(zhì)宏觀顯示磁性。有自發(fā)磁化和技術(shù)磁使磁介質(zhì)宏觀顯示磁性。有自發(fā)磁化和技術(shù)磁化?；＞永餃囟染永餃囟萒c ：對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材是在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，

9、物體變成鐵磁性的。整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。物質(zhì)磁性物質(zhì)磁性:物質(zhì)放入磁場(chǎng)中會(huì)表現(xiàn)出不同的磁學(xué)特性，稱為物質(zhì)的磁性。反磁性反磁性:輕微排斥輕微排斥順磁性順磁性:輕微吸引輕微吸引完全抗磁性完全抗磁性:強(qiáng)烈排斥強(qiáng)烈排斥鐵磁性鐵磁性:強(qiáng)烈吸引強(qiáng)烈吸引 n宏觀磁體由許多具有宏觀磁體由許多具有固有固有磁矩的原子組磁矩的原子組成。成。n當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外顯示的磁性最強(qiáng)。對(duì)外顯示的磁性最強(qiáng)。n當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外不顯示磁性。不顯示磁性。 按化學(xué)組成分類按化學(xué)組成分類金屬磁性材料、非金屬金屬磁性材

10、料、非金屬(鐵氧體鐵氧體)磁性材料磁性材料 按磁化率大小分類按磁化率大小分類順磁性、抗磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞順磁性、抗磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性鐵磁性 按功能分類按功能分類軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料、磁材料、旋磁材料、壓磁材料、 泡磁材料、泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料磁光材料、磁記錄材料 （1）抗磁體抗磁體，為甚小的為甚小的負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)（-10-6），在磁場(chǎng)中受微，在磁場(chǎng)中受微弱的斥力，如金、銀弱的斥力，如金、銀 。（2）順磁體順磁體，為正數(shù)（為正數(shù)（10-310-6）在磁場(chǎng)中受微弱的）在磁場(chǎng)中受微弱的引力，如鉑、鈀、

11、奧氏體不銹鋼。引力，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼。（3）鐵磁體鐵磁體，為很大的正數(shù)，為很大的正數(shù)，在較弱磁場(chǎng)作用下可以在較弱磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度，如鐵、鈷、鎳。產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度，如鐵、鈷、鎳。（4）亞鐵磁體亞鐵磁體，處于鐵磁體與順磁體之間，即通常所處于鐵磁體與順磁體之間，即通常所說(shuō)的磁鐵礦、鐵氧體等。說(shuō)的磁鐵礦、鐵氧體等。（5）反鐵磁體反鐵磁體， 為小正數(shù)，高于某一溫度時(shí)其行為為小正數(shù)，高于某一溫度時(shí)其行為與順磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場(chǎng)的取向有關(guān)與順磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場(chǎng)的取向有關(guān).按磁化率大小分類按磁化率大小分類鐵磁性材料鐵磁性材料亞鐵磁性材料亞鐵磁性材料順磁性材

12、料順磁性材料反鐵磁性材料反鐵磁性材料抗磁性材料抗磁性材料HM五種磁體的磁化曲線示意圖五種磁體的磁化曲線示意圖反反鐵鐵磁磁性性反磁性反磁性順順磁磁性性鐵鐵磁磁性性亞亞鐵鐵磁磁性性強(qiáng)強(qiáng)磁磁性性弱弱磁磁性性 設(shè)為氣體介質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0，1atm） 據(jù)克拉伯龍方程： 由以上兩點(diǎn)估計(jì)，即可確定 與 的關(guān)系： MH圖像 (1) MH圖像 (2) 1214( 10 , 10 ) (A/m)H M H ()Mf H 2 1074 1076 1078 1071 1085101520252 1084 1086 1088 1081 10925507510012515089 H( 10 , 10 ) (A / m

13、) H 隨的增加,曲線呈逐漸彎曲的趨勢(shì)磁化強(qiáng)度矢量：78MH( 10 , 10 ) (A / m) H 與有較好的線性關(guān)系,磁化率為常數(shù)磁化強(qiáng)度矢量： MH圖像 (5) M不隨H變化, 飽和 2 1094 1096 1098 1091 10101801902002102202302402 10114 10116 10118 10111 10122442462482 10134 10136 10138 10131 1014249.05249.15249.21214( 10 , 10 ) (A/m)H 磁化強(qiáng)度矢量：1012 M( 10 , 10 ) (A/m) H趨于常數(shù)磁化強(qiáng)度矢量：910MH

14、( 10 , 10 ) (A/m) H 隨 的變化更加緩慢磁化強(qiáng)度矢量：00limHMn mn材料的磁性來(lái)源于原子磁矩。n原子軌道磁矩包括電子軌道磁矩、電子自旋磁矩和原子核磁矩。n材料的宏觀磁性是組成材料的原子中電子的磁矩引起的。5.2 5.2 抗磁性和順磁性抗磁性和順磁性環(huán)形電流產(chǎn)生磁矩環(huán)形電流產(chǎn)生磁矩Im（1）電子軌道磁矩）電子軌道磁矩電子繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)非常小的磁場(chǎng)，形成一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)軸方向的軌道磁矩。電子軌道磁矩在外磁場(chǎng)上的分量，滿足量子化條件波爾磁子：電子磁矩的最小單位電子軌道磁矩的方向垂直行電子運(yùn)動(dòng)軌跡平面。（2）自旋磁矩）自旋磁矩電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁矩電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁矩n原子中電

15、子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩構(gòu)成了原子固有磁矩（本征磁矩）。電子殼層填滿的原子的本征磁矩P=0。n原子的磁矩取決于電子殼層結(jié)構(gòu)。電子殼層未被充滿的原子具有永久磁矩。n每個(gè)電子因自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)沿自旋軸方向的自旋磁矩。原子中每個(gè)電子都可看作一個(gè)小磁體，具有永久的軌道磁矩和自旋磁矩。電子自旋磁矩在外磁場(chǎng)方向上的分量恰為一個(gè)玻爾磁子。n抗磁性是電子的軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作抗磁性是電子的軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性。但不是任何物質(zhì)都是抗磁體，因用下都要產(chǎn)生抗磁性。但不是任何物質(zhì)都是抗磁體，因?yàn)樵映水a(chǎn)生為原子除了產(chǎn)生抗磁磁矩抗磁磁矩外，還有軌道磁矩和自旋磁矩外，還

16、有軌道磁矩和自旋磁矩產(chǎn)生的產(chǎn)生的順磁磁矩順磁磁矩。n抗磁性大于順磁性的物質(zhì)才能稱為抗磁體抗磁性大于順磁性的物質(zhì)才能稱為抗磁體。抗磁體的磁。抗磁體的磁化率很小，約為化率很小，約為10-6，且與溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等無(wú)關(guān)或變，且與溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等無(wú)關(guān)或變化極小?；瘶O小。n凡是凡是電子殼層被填滿了的物質(zhì)都屬抗磁體電子殼層被填滿了的物質(zhì)都屬抗磁體，如惰性氣體、，如惰性氣體、離子型固體、共價(jià)鍵的離子型固體、共價(jià)鍵的C、Si、Ge、S、P等（通過(guò)共等（通過(guò)共有電子而填滿了電子殼層）。有電子而填滿了電子殼層）。產(chǎn)生抗磁矩的示意圖產(chǎn)生抗磁矩的示意圖n當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了抗磁磁矩

17、，總磁矩為零的原子也會(huì)顯示出磁矩來(lái)。n原子的磁矩取決于未填滿殼層電子的軌道磁矩和自旋磁矩。n在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，電子殼層已填滿的原子其軌道磁矩和自旋磁矩的總和為零。221rePe2mrK HerK I左手定則左手定則I右手定則右手定則附加磁矩附加磁矩n物質(zhì)的抗磁性不是由電子的軌道磁矩和自旋磁矩本身所產(chǎn)生的，而是由外磁場(chǎng)作用下電子循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加磁矩所造成的。np與外磁場(chǎng)H成正比，這說(shuō)明抗磁磁化是可逆的，即當(dāng)外磁場(chǎng)去除后，抗磁磁矩即行消失。一個(gè)電子產(chǎn)生的抗磁磁矩：一個(gè)電子產(chǎn)生的抗磁磁矩：一個(gè)原子產(chǎn)生的抗磁磁矩：一個(gè)原子產(chǎn)生的抗磁磁矩：每摩爾物質(zhì)產(chǎn)生的抗磁磁化率：每摩爾物質(zhì)產(chǎn)生的抗磁磁化率：Hmrer

18、eP421222meH2 抗磁體抗磁體: 物質(zhì)的原子、離子或分子中物質(zhì)的原子、離子或分子中沒(méi)有自旋未沒(méi)有自旋未成對(duì)的電子成對(duì)的電子，即它的分子磁矩，即它的分子磁矩m=0。它受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)它受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)的的“分子電流分子電流”，相應(yīng)產(chǎn)生一種與外磁，相應(yīng)產(chǎn)生一種與外磁場(chǎng)場(chǎng)方向相反方向相反的感應(yīng)磁矩。這種物質(zhì)稱為的感應(yīng)磁矩。這種物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)。反磁性物質(zhì)。不存在未成對(duì)電子（沒(méi)有不存在未成對(duì)電子（沒(méi)有永久磁矩）。惰性氣體，永久磁矩）。惰性氣體，不含過(guò)渡元素的離子晶體不含過(guò)渡元素的離子晶體，共價(jià)化合物和所有的有，共價(jià)化合物和所有的有機(jī)化合物，某些金屬和非機(jī)化合物

19、，某些金屬和非金屬。金屬。磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 反磁性反磁性 m= -10-5 -10-6磁場(chǎng)磁場(chǎng) 反磁性物質(zhì)反磁性物質(zhì)：順磁物質(zhì)磁化過(guò)程示意圖順磁物質(zhì)磁化過(guò)程示意圖順磁體的原子或離子是有磁矩的（固有磁矩），其源順磁體的原子或離子是有磁矩的（固有磁矩），其源于原子內(nèi)于原子內(nèi)未填滿的電子殼層未填滿的電子殼層或源于具有或源于具有奇數(shù)個(gè)電子奇數(shù)個(gè)電子的的原子。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱振動(dòng)的影響，其原子磁矩原子。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱振動(dòng)的影響，其原子磁矩的取向是無(wú)序的，故總磁矩為零。當(dāng)有外磁場(chǎng)作用，的取向是無(wú)序的，故總磁矩為零。當(dāng)有外磁場(chǎng)作用，則原子磁矩便排向外磁場(chǎng)的方向，總磁矩便大于

20、零而則原子磁矩便排向外磁場(chǎng)的方向，總磁矩便大于零而表現(xiàn)為正向磁化。表現(xiàn)為正向磁化。根據(jù)順磁磁化率與溫度的關(guān)系，可以把順磁體大致分為三類，即正常順磁體正常順磁體、磁化率與溫度無(wú)關(guān)的順磁體磁化率與溫度無(wú)關(guān)的順磁體和存存在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體。順磁體的磁化率-溫度關(guān)系曲線示意圖居里定律居里定律居里居里-外斯定律外斯定律反鐵反鐵磁體磁體順順磁磁體體居里溫度居里溫度尼爾溫度尼爾溫度順順磁磁體體O2、NO、稀土金屬、稀土金屬、鐵鈷鎳的鹽類等鐵鈷鎳的鹽類等堿金屬堿金屬過(guò)渡族金屬及過(guò)渡族金屬及合金或化合物合金或化合物 物質(zhì)的原子、離子或分子中存在物質(zhì)的原子、離子或分子中存在自自旋未成對(duì)的

21、電子旋未成對(duì)的電子，它的電子角動(dòng)量，它的電子角動(dòng)量總和不等于零，分子磁矩總和不等于零，分子磁矩m0。這些雜亂取向的分子磁矩在受到外這些雜亂取向的分子磁矩在受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，其方向總是磁場(chǎng)作用時(shí)，其方向總是趨向于趨向于與與外磁場(chǎng)同方向外磁場(chǎng)同方向，這種物質(zhì)稱為順磁，這種物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)性物質(zhì)。順磁體順磁體:存在未成對(duì)電子存在未成對(duì)電子 永久永久磁矩。磁矩。La，Pr，MnAl，F(xiàn)eSO47H2O， Gd2O3 居里溫度居里溫度 由鐵磁性或亞由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度界溫度稱為居里溫度(Tc)。順磁性順磁性 m=10-6 10-5磁場(chǎng)磁場(chǎng) 順磁性物

22、質(zhì)：順磁性物質(zhì)： n金屬是由點(diǎn)陣離子和自由電子構(gòu)成的，故金屬的磁性要考慮到點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上正離子正離子及自由電子自由電子的抗磁性和順磁性。n正離子的順磁性源于原子的固有磁矩；正離子的順磁性源于原子的固有磁矩； 正離子的抗磁性源于其電子的軌道運(yùn)動(dòng)。正離子的抗磁性源于其電子的軌道運(yùn)動(dòng)。n自由電子的順磁性源于電子自旋磁矩，在外磁場(chǎng)作用下，自由電子的自旋磁矩轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向； 自由電子的抗磁性源于其在外磁場(chǎng)中受洛倫茲力而做的圓周運(yùn)動(dòng)，這種圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩同外磁場(chǎng)反向。 (1) 熔化凝固：金屬熔化，一般減小；金銀等例外。(2) 范性形變：抗磁性減弱，硬化加工使銅變?yōu)轫槾判?，退火恢?fù)抗磁性。(3) 晶粒細(xì)化：抗

23、磁性減弱。(4) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：磁性突變。白錫灰錫，順抗；Mn， ，順磁性增加。Cu,Ag,Au為抗磁性金屬;Pd為強(qiáng)順磁性金屬n外斯假說(shuō)外斯假說(shuō)：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的分子場(chǎng)，在分子場(chǎng)的作用下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)磁化至飽和（自發(fā)磁化）。鐵磁體自發(fā)磁化成若干個(gè)磁疇，磁疇的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，因而大塊鐵磁體對(duì)外不顯示磁性。n磁化是把物質(zhì)本身的磁性顯示出來(lái)，而不是由外界向物質(zhì)提供磁性的過(guò)程。n鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的根源是原子中的電子自旋磁矩。5.3 5.3 鐵磁性與反鐵磁性鐵磁性與反鐵磁性n原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊和交換。原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要

24、相互重疊和交換。當(dāng)鄰近原子的交換積分大于0時(shí)，原子磁矩取同向平行排列能量最低，自發(fā)磁化強(qiáng)度不為0，即具有鐵磁鐵磁性性。n鄰近原子的交換積分小于0時(shí)，原子磁矩取反向平行排列能量最低。若相鄰原子磁矩相等，原子磁矩相互抵消，自發(fā)磁化強(qiáng)度為0，即具有反鐵磁性反鐵磁性。n尼爾點(diǎn)尼爾點(diǎn)TN：反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘臏囟?。在尼爾點(diǎn)時(shí)，具有熱膨脹、電阻、比熱、彈性等反常現(xiàn)象。n亞鐵磁性亞鐵磁性物質(zhì)由磁矩大小不同的兩種離子或原子組成，相同磁性的離子磁矩同向平行排列，而不同磁性的離子磁矩是反向平行排列，二者不能抵消，具有宏觀磁性。如鐵氧體。鐵磁體鐵磁體: 物質(zhì)被磁化的強(qiáng)度隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而劇烈增強(qiáng)，而且在外磁場(chǎng)

25、消失后其磁性并不消失。n鐵磁體在低于一定溫度Tc時(shí)，內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱為磁疇，磁疇具有磁有序結(jié)構(gòu)，同一磁疇內(nèi)分子磁矩同向。n無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)不同磁疇的取向作無(wú)規(guī)則分布，宏觀上不顯示磁性；在外磁場(chǎng)作用下磁疇轉(zhuǎn)向，宏觀體積內(nèi)的總磁矩不為零，內(nèi)部可產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向一致的、比外磁場(chǎng)要強(qiáng)得多的附加磁場(chǎng)。外磁場(chǎng)撤去后仍保留部分磁化強(qiáng)度。n鐵磁體還具有磁滯現(xiàn)象。鐵磁體屬?gòu)?qiáng)磁物質(zhì)，是應(yīng)用最廣的磁介質(zhì)。具有極高的磁化率，磁化易達(dá)到飽和的物質(zhì)。如Fe，Co， Ni， Gd等金屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 鐵磁性鐵磁性 m= 10-2 106磁場(chǎng)磁場(chǎng) 鐵磁性物質(zhì)：

26、鐵磁性物質(zhì)： 反鐵磁體內(nèi)由于原子之間的相互作用使之與鐵磁體一樣具有磁有序結(jié)構(gòu)，相鄰自旋磁矩作反平行排列，大小恰好相抵消，因而不具有固有的自發(fā)磁化磁矩，此種性質(zhì)稱為反鐵磁性。反鐵磁體具有較大的順磁磁化率，在一定溫度TN處存在磁化率的峰值，溫度大于TN時(shí)反鐵磁性消失而成為順磁體，臨界溫度TN稱為奈耳溫度。在奈耳溫度TN處，反鐵磁體的熱脹系數(shù)和比熱容等均發(fā)生突變。許多金屬如鐵、鈷、鎳、錳等的氧化物是反鐵磁體。反鐵磁體反鐵磁體:FeO，F(xiàn)eF3，NiF3，NiO，MnO，各種錳鹽以及部分鐵氧體ZnFe2O4等，它們相鄰原子的磁矩反向平行，而且彼此的強(qiáng)度相等，沒(méi)有磁性。反鐵磁性反鐵磁性 m= 10-2

27、10-5磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 反鐵磁性物質(zhì)：反鐵磁性物質(zhì)： 亞鐵磁性與反鐵磁性具有相同的物理本質(zhì)，只是亞鐵磁體中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不盡的自發(fā)磁矩，類似于鐵磁體。溫度高于某一數(shù)值Tc時(shí)，亞鐵磁體變?yōu)轫槾朋w，Tc稱居里溫度。鐵氧體大都是亞鐵磁體。 亞鐵磁體亞鐵磁體:亞鐵磁性物質(zhì)亞鐵磁性物質(zhì)磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 亞鐵磁性亞鐵磁性 m= 10-2 106磁場(chǎng)磁場(chǎng) 如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，是一些復(fù)雜的金屬化合物，比鐵磁體更常見(jiàn)。它們相鄰原子的磁矩反向平行，但彼此的強(qiáng)度不相等，具有高磁化率和居里溫度。n磁疇已被實(shí)

28、驗(yàn)觀察所證實(shí)。從對(duì)磁疇組織的觀察中，可以看到有的磁疇大而長(zhǎng)，稱為主疇，其自發(fā)磁化方向必定沿晶體的易磁化方向；小而短的磁疇叫副疇，其磁化方向就不一定是晶體的易磁化方向。 磁疇壁的種類 n相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，可分為兩種，一種為180磁疇壁，另一種稱為90磁疇。 n技術(shù)磁化過(guò)程，就是外加磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過(guò)程，也就是外加磁場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向的過(guò)程。它與自發(fā)磁化有本質(zhì)的不同。n技術(shù)磁化是通過(guò)兩種形式進(jìn)行的，一是磁疇壁的遷移，一是磁疇的旋轉(zhuǎn)。n磁化曲線和磁滯回線是技術(shù)磁化的結(jié)果。磁性物質(zhì)因磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不會(huì)無(wú)限制增加的，當(dāng)外磁場(chǎng)(或激勵(lì)磁場(chǎng)的電流)增大到一定程度時(shí)，全部磁疇都會(huì)轉(zhuǎn)

29、向與外場(chǎng)方向一致。這時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到飽和值。（1）磁化曲線）磁化曲線磁飽和性磁飽和性HBB0BBJO磁 化 曲 線磁 化 曲 線B B0 0 是真空情況下的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空情況下的磁感應(yīng)強(qiáng)度BJ 是磁化產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁化產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 是介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度。是介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度。退磁狀態(tài)對(duì)于鐵磁性材料，B與H不成正比，因?yàn)椴牧系拇呕^(guò)程與磁疇磁矩改變方向有關(guān)。技術(shù)磁化n磁鐵磁性材料的不是常數(shù)，而是隨H變化。n對(duì)在弱磁場(chǎng)下工作的軟磁材料，如信號(hào)變壓器、電感器的鐵芯等，希望具有較大的i （起始磁導(dǎo)率） ，這樣可在較小的H下產(chǎn)生較大的B，在弱磁場(chǎng)區(qū)H曲線存在的極大值m （最大磁導(dǎo)率）

30、。n對(duì)在強(qiáng)磁場(chǎng)下工作的軟磁材料，如電力變壓器、功率變壓器等則要求有較大的m。1）當(dāng)無(wú)外施磁場(chǎng)（退磁狀態(tài)），具有不同磁化方向的磁疇的磁矩大體可以互相抵消，樣品對(duì)外不顯磁性。2）在外磁場(chǎng)強(qiáng)度不太大時(shí)，疇壁發(fā)生移動(dòng)，使與外磁場(chǎng)方向一致的磁疇范圍擴(kuò)大，其他方向的相應(yīng)縮小，直到磁矩都向外磁場(chǎng)H方向排列，處于飽和狀態(tài)，此時(shí)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度用BS。3）H再增加，B增加極其緩慢，磁化強(qiáng)度的微小提高主要是由于外磁場(chǎng)克服了部分熱騷動(dòng)能量，使磁疇內(nèi)部各電子自旋方向逐漸都和外磁場(chǎng)方向一致造成的。（2）磁滯回線）磁滯回線-磁滯性磁滯性磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性。如圖為磁性物質(zhì)的滯回曲線。要使剩磁消失，通

31、常需進(jìn)行反向磁化。將 B=0時(shí)的 H 值稱為 Hc，（見(jiàn)圖中3和6所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。）在鐵心線圈通有交變電流時(shí)，鐵心將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。在電流變化一次時(shí)，B隨H而變化的關(guān)系如圖所示。從圖中可以看出，當(dāng)H減少為零時(shí)，B 并未回到零值，出現(xiàn)剩磁Br。123456BHOBSBrHC鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化強(qiáng)度降鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場(chǎng)稱為矯頑力。低到零所需要的反向磁場(chǎng)稱為矯頑力。 特征參數(shù)：特征參數(shù)：（1）BS;（2）Br;（3）Hc 決定于材料的組成（化學(xué)組成和相組成），而且還受顯微組織的粗細(xì)、形態(tài)和分布等因素的強(qiáng)烈影響，即與材料的制造工藝密切相關(guān)。(1)

32、軟磁材料軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)(2)永磁材料永磁材料其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)(3)矩磁材料矩磁材料其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)HBHBHB根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，物質(zhì)可分成根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，物質(zhì)可分成三類：三類：n磁性材料的動(dòng)態(tài)特性磁性材料的動(dòng)態(tài)特性：磁性材料在交變磁場(chǎng)，甚至脈沖磁場(chǎng)作用下的性能。與靜態(tài)磁化不同，除考慮B與H有關(guān)系外，還要考慮磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)所需的時(shí)間。5.4 5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性磁性材料的動(dòng)態(tài)特性n交流磁化交流磁化：H周期性對(duì)稱變化，B也周期性對(duì)稱變化，變化一周期構(gòu)成交流磁滯回線。交流磁化處于非

33、平衡狀態(tài)，磁滯回線表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)特性，其形狀介于直流磁滯回線和橢圓間。n磁化場(chǎng)振幅不變時(shí)，提高頻率，則回線將逐漸變?yōu)闄E圓形。n在交流磁化過(guò)程中，不同的交流幅值磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm可有不同的交流回線，各交流回線頂點(diǎn)的軌跡，稱為交流磁化曲線交流磁化曲線。n極限交流回線極限交流回線：確定材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs，交流剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Bra，交流飽和矯頑力Hcs。幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值磁場(chǎng)強(qiáng)度n瑞利磁滯回線瑞利磁滯回線：當(dāng)外磁場(chǎng)的振幅不大時(shí)，得到的在原點(diǎn)附近具有正負(fù)對(duì)稱變化的磁滯回線。n磁滯損耗磁滯損耗：磁滯回線所包圍的面積。n瑞利常數(shù)瑞利常數(shù)：磁化過(guò)程中能量不可逆部分的大小。n渦流渦流：當(dāng)鐵磁材料進(jìn)行交變磁化時(shí)，鐵磁

34、導(dǎo)體內(nèi)的磁通量也將發(fā)生相應(yīng)變化，將在鐵磁導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生垂直于磁通量的環(huán)形感應(yīng)電流。n渦流損耗渦流損耗：渦流產(chǎn)生的損耗。渦流大小與材料的電阻率成反比。n均勻磁化時(shí)，單位體積內(nèi)的損耗為：n非均勻磁化時(shí)，單位體積內(nèi)的損耗為： n趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)：磁場(chǎng)只存在于鐵磁體表層（渦流屏蔽效應(yīng)）。n磁性材料的磁疇壁處還會(huì)出現(xiàn)微觀的渦電流。渦電流的流動(dòng)產(chǎn)生與外磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通方向相反的磁通，越到材料內(nèi)部，這種反向作用越強(qiáng)，致使磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度沿樣品界面嚴(yán)重不均勻。因此，鐵磁體內(nèi)的實(shí)際磁場(chǎng)總是要滯后于外磁場(chǎng)（渦流對(duì)磁化的滯后效應(yīng)）。若交變磁場(chǎng)的頻率交變磁場(chǎng)的頻率很高很高，而鐵磁導(dǎo)體的電阻率又較小鐵磁導(dǎo)體的電阻率又較小

35、，則可能出現(xiàn)材料內(nèi)部無(wú)磁場(chǎng)。n金屬軟磁材料要軋成薄帶使用即減少渦流作用。磁后效應(yīng)磁后效應(yīng)：磁性材料受到外磁場(chǎng)階躍變化時(shí)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度緩慢趨近穩(wěn)定值的現(xiàn)象。n里希特后效里希特后效：雜質(zhì)原子擴(kuò)散引起的可逆后效，與溫度和頻率關(guān)系密切。非晶態(tài)合金的弛豫時(shí)間（磁后效進(jìn)行所需時(shí)間）與材料的穩(wěn)定性密切相關(guān)。n約旦后效約旦后效：由熱起伏引起的不可逆后效，幾乎與溫度和磁化場(chǎng)的頻率無(wú)關(guān)。n減落減落：永磁材料剩磁隨時(shí)間推移逐漸變小的磁后效現(xiàn)象。約旦磁后效。磁后效系數(shù)磁后效系數(shù)：隨溫度升高就變大，加熱使磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定。微分磁導(dǎo)率微分磁導(dǎo)率：磁化曲線陡峭部分磁后效最嚴(yán)重磁化強(qiáng)度變化與時(shí)間的對(duì)數(shù)成正比n鐵磁材料在交變磁

36、場(chǎng)作用下的磁性與它在靜磁場(chǎng)作用下的磁性有很大不同，區(qū)別在： （1）磁導(dǎo)率：材料在靜磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)率是一常數(shù)，但在交變磁場(chǎng)中存在磁滯效應(yīng)、渦流效應(yīng)、磁后效應(yīng)和疇壁共振等，使材料在交變磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度落后于外加磁場(chǎng)一個(gè)相位角。因而交變（動(dòng)態(tài)）磁化時(shí)的磁導(dǎo)率為一復(fù)數(shù)。 （2）各向同性的鐵磁材料在交變磁場(chǎng)（尤其是高頻場(chǎng)）中，往往處于交變磁場(chǎng)和交變電場(chǎng)的同時(shí)作用下，而鐵磁材料往往又是電介質(zhì)（如鐵氧體），因而處在交變電磁場(chǎng)中的鐵磁材料常常同時(shí)顯示其鐵磁性和介電性。 n實(shí)部是與H同相位的，儲(chǔ)存能量的彈性磁導(dǎo)率；虛部”是比H落后90，損耗磁導(dǎo)率。n總磁導(dǎo)率或幅磁導(dǎo)率：n復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率：n由于”的存在，B落后于H，

37、引起鐵磁體在動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程中不斷地耗能，處于均勻交變磁場(chǎng)中的單位體積鐵磁體單位時(shí)間的平均能耗為：n交變磁場(chǎng)在鐵磁體內(nèi)的儲(chǔ)能密度為：n鐵磁材料的品質(zhì)因子：n磁損耗系數(shù)（損耗角正切）：n磁導(dǎo)率減落磁導(dǎo)率減落：起始磁導(dǎo)率隨時(shí)間發(fā)生降落。由電子或離子擴(kuò)散后效造成。P199溫度越高，擴(kuò)散速度越快，i隨時(shí)間的減落越快。n減落系數(shù)減落系數(shù)：n磁共振損耗磁共振損耗：磁損耗隨頻率變化，在某一頻率下出現(xiàn)明顯增大的損耗。n自然共振自然共振：由磁各向異性場(chǎng)形成的共振。材料中的微觀磁化強(qiáng)度繞著磁各向異性場(chǎng)進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的頻率為：n當(dāng)進(jìn)動(dòng)的頻率與高頻磁場(chǎng)的頻率一致時(shí)，出現(xiàn)自然共振。n尺寸共振尺寸共振：當(dāng)磁性材料的尺寸為波長(zhǎng)的整

38、數(shù)倍或半整數(shù)倍時(shí)，將形成駐波發(fā)生共振損耗。共振損耗的頻率與材料的尺寸有關(guān)。2/kHf ：旋磁系數(shù)n具有小Hc值、高i的瘦長(zhǎng)形磁滯回線的材料，適宜作軟磁材料。n具有大的Mr和Hc、低i的短粗形磁滯回線的材料適宜作硬磁（永磁）材料。5.5 5.5 磁性材料及其應(yīng)用磁性材料及其應(yīng)用n而Mr/Ms接近于1的矩形磁滯回線的材料，即矩磁材料則可作為磁記錄材料。n一、軟磁材料特征值一、軟磁材料特征值n1、磁導(dǎo)率n一般希望值越高越好。但值高的磁性材料在很低頻率時(shí)出現(xiàn)自然共振、疇壁共振現(xiàn)象，在高頻使用時(shí)，將有很大的鐵磁共振損耗。要根據(jù)磁性材料的應(yīng)用目的選用材料起始磁導(dǎo)率i和最大磁導(dǎo)率m。i值高的材料m亦較高，i

39、值是軟磁材料的主要參數(shù)之一。n2、品質(zhì)因數(shù)Q值nQ值是損耗角正切的倒數(shù)，即nQ=1/tan=/” n一般用Q或tan/i來(lái)表示材料的質(zhì)量指標(biāo)或損耗指標(biāo)。n3、值的溫度系數(shù)n值的溫度（T2T1）系數(shù)可用下式表示：12112TT1121ADn4、減落DAn在恒定溫度下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔，磁性材料的磁導(dǎo)率相對(duì)減少，其減少值表示為n5、鐵損、鐵損n鐵損是指磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化所消耗的功率。由磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗組成。n每磁化一周所消耗的能量正比于磁滯回線的面積，這種能量損失稱為磁滯損耗。n按照電磁感應(yīng)定律，鐵磁材料在交變磁場(chǎng)中磁化，材料內(nèi)磁通量發(fā)生變化時(shí)，在磁通的周圍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

40、，因鐵磁材料是導(dǎo)電物質(zhì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將在垂直于磁通方向的截面上感應(yīng)出閉合的渦流電流。由它所引起的焦耳損失稱為渦流損耗。提高電阻率可降低渦流損耗。n剩余損耗是指磁滯損耗和渦流損耗外的其他損耗，包括馳豫損耗、疇壁共振損耗和自然共振損耗。n6、矯頑力Hcn軟磁材料在對(duì)稱周期磁化條件下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0時(shí)所相應(yīng)的磁化場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力Hc。n7、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bsn在磁化場(chǎng)足夠強(qiáng)的情況下，軟磁材料可能達(dá)到的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。n8、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Brn軟磁材料經(jīng)一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)磁化后，再將磁場(chǎng)強(qiáng)度減至零，此時(shí)材料內(nèi)所剩的磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常簡(jiǎn)稱為剩磁Br。Br不僅與材料本身有關(guān)

41、，而且與材料的磁化過(guò)程有關(guān)。n9、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率n在交變電磁場(chǎng)中，磁導(dǎo)率既要反映導(dǎo)磁能力的大小，還要表現(xiàn)出B和H間存在的相位差。n復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率=-j”22)()(n復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的模稱為總磁導(dǎo)率或振幅磁導(dǎo)率。n為彈性磁導(dǎo)率，代表了磁性材料中儲(chǔ)存能量的磁導(dǎo)率；把”稱為粘性磁導(dǎo)率（或損耗磁導(dǎo)率），它與磁性材料磁化一周的損耗有關(guān)。n磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度落后的相位角的正切稱為損耗角正切，即ntan=”/ntan的倒數(shù)稱為軟磁材料的品質(zhì)因數(shù)。n綜上所述，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部與鐵磁材料在交變磁場(chǎng)中儲(chǔ)能密度有關(guān)，而虛部”卻與材料在單位時(shí)間內(nèi)損耗的能量有關(guān)。Mn-Zn、Li-Zn鐵氧體、鐵氧體、Ni-Zn、NiCuZn

42、 鐵氧體、鐵氧體、MnFe2O4 、 NiFe2O4按按磁特性磁特性分類分類:高磁感材料、高導(dǎo)磁材料、高矩高磁感材料、高導(dǎo)磁材料、高矩形比材料、恒導(dǎo)磁材料、溫度補(bǔ)償材料等形比材料、恒導(dǎo)磁材料、溫度補(bǔ)償材料等.按按材料成分材料成分分類分類:電工純鐵、電工純鐵、Fe-Si合金、合金、Ni-Fe合金、合金、Fe-A1合金合金(包括包括Fe-Si-Al合金合金)和和Fe-Co合合金等金等.按按晶形晶形分類分類:晶態(tài)、非晶態(tài)及納米晶軟磁材料等。晶態(tài)、非晶態(tài)及納米晶軟磁材料等。n常用的軟磁材料有純鐵、硅鋼片、鐵鎳合金、軟磁鐵氧體等。n1、電工用純鐵：一種含碳量低、含鐵量99.95%以上的軟鋼。n2、硅鐵合

43、金：在純鐵中加入0.38%4.5%硅，使之形成固溶體，可以提高材料電阻率，減少渦流損耗，這種材料稱為硅鐵合金。n3、鎳鐵合金：主要是含鎳量為30%90%的鎳鐵合金，通常稱坡莫合金。n4、軟磁鐵氧體：鐵氧體材料中的一種，是一種容易磁化和退磁的鐵氧體。常用的軟磁鐵氧體有鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體。 （1 1）（2 2）n非晶態(tài)磁性合金指的是內(nèi)部原子呈非晶態(tài)磁性合金指的是內(nèi)部原子呈無(wú)長(zhǎng)程有序排無(wú)長(zhǎng)程有序排布布并具有優(yōu)異磁特性的合金并具有優(yōu)異磁特性的合金。n在非晶態(tài)合金材料中，不存在磁晶各向異性問(wèn)題。 n非晶態(tài)磁性合金的關(guān)鍵技術(shù)是制備工藝。把液態(tài)金屬做到固體狀態(tài)即可.n非晶態(tài)磁性合金有如下特性：n磁導(dǎo)率和

44、矯頑力與鐵鎳合金基本相同。n電阻率比一般軟磁合金材料大（130cm）。n磁致伸縮特性好。n具有良好的抗腐蝕性，機(jī)械抗拉強(qiáng)度和韌性。n容易得到比鐵鎳合金還要薄的薄膜。n非晶態(tài)磁性合金的問(wèn)題是溫度對(duì)磁的不穩(wěn)定性影響比較大。n非晶態(tài)磁性合金主要有過(guò)渡金屬和類金屬合金、稀土元素與過(guò)渡金屬合金、過(guò)渡金屬與過(guò)渡金屬合金三類。n非晶態(tài)磁性合金的一個(gè)很重要特征值是飽和磁致飽和磁致伸縮系數(shù)伸縮系數(shù)s。s指的是磁場(chǎng)強(qiáng)度加到一定數(shù)值后，即當(dāng)H=Hs，磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值Ms時(shí)，材料不再繼續(xù)伸長(zhǎng)或縮短，此時(shí)的伸縮比l/l，即s。一般來(lái)說(shuō)，s越小，非晶態(tài)合金的磁性能越好。n非晶態(tài)磁性合金的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外都有較大進(jìn)展。磁化后

45、不易退磁，而能長(zhǎng)磁化后不易退磁，而能長(zhǎng)期保留磁性的鐵氧體材料期保留磁性的鐵氧體材料稱為稱為硬磁材料硬磁材料，因而也稱，因而也稱永磁材料永磁材料或或恒磁材料恒磁材料。磁。磁滯 回 線 包 圍 面 積 大 ，滯 回 線 包 圍 面 積 大 ，(Hc400A/m) 矯頑力大。矯頑力大。 圖 硬磁材料和軟磁材料的磁滯回線形狀 n更為確切的方法是用磁滯回線形狀區(qū)分硬磁材料和軟磁材料n一、硬磁材料特征值一、硬磁材料特征值n永久磁鐵受到的退磁場(chǎng)作用與外加磁場(chǎng)的方向相反。因此，永磁體的工作點(diǎn)將從剩磁Br點(diǎn)移到磁滯回線第二象限，即退磁曲線的某一點(diǎn)上，如圖64所示，永久磁鐵的實(shí)際工作點(diǎn)用D表示。圖 永磁材料的磁化

46、曲線和退磁曲線 n硬磁材料性能好壞，應(yīng)該由退磁曲線上的有關(guān)物理量來(lái)衡量，其特征值如下。 n1、剩磁Br和表觀剩磁BDn磁性材料被磁化到相應(yīng)最大磁化場(chǎng)Hs后，再使該磁化場(chǎng)為零時(shí)所剩留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，用Br表示，單位T。在工作狀態(tài)下，永久磁鐵的工作點(diǎn)在退磁場(chǎng)作用下將從Br點(diǎn)移到D點(diǎn)，這時(shí)永磁體所具有的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為表觀剩磁表觀剩磁BD。n2、矯頑力Hcn永磁材料的矯頑力Hc有兩種定義：一個(gè)是使磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0所需的磁場(chǎng)值，用BHc或Hc表示；一個(gè)是使磁化強(qiáng)度M=0所需的磁場(chǎng)值，常用MHc表示。n3、最大磁能積(BH)max和凸出系數(shù)n最大磁能積在數(shù)值上等于退磁曲線上各

47、點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積中的最大值。當(dāng)硬磁材料的工作點(diǎn)位于退磁曲線上具有(BH)max的那一點(diǎn)時(shí)，為了提供相同的磁能所需要的材料體積將最小。材料(BH)max的越大，永磁體性能越好。 n另外，退磁曲線的形狀與磁能積大小有密切關(guān)系。退磁曲線的凸出程度和磁能積有關(guān)。如果有兩種不同的材料，雖然Br和Hc值都相同，但由于它們的退磁曲線形狀不同，它們的(BH)max也不同。退磁曲線凸出程度越大，則磁能積就越大。退磁曲線的凸出程度可用凸出系數(shù)表示 ：n=(BH)max/BrHc 圖65 永磁體的Br在外磁場(chǎng)作用下的變化（回復(fù)曲線） n4、回復(fù)磁導(dǎo)率revn圖65所示，如果一塊永磁材料去掉磁化場(chǎng)之

48、后，剩磁Br在縱坐標(biāo)軸上A點(diǎn)位置上，當(dāng)受外界各種因素影響時(shí)，永磁體的剩磁沿著退磁曲線降到某一位置M。這些影響相當(dāng)于退磁場(chǎng)的作用，當(dāng)這些退磁場(chǎng)除去之后，磁性不再回復(fù)到A位置，而是到一個(gè)新的位置M。n如果循環(huán)地改變?cè)贛M之間的退磁場(chǎng)，永磁體特性將按照回復(fù)曲線來(lái)改變。這時(shí)得到一個(gè)狹窄的局部磁滯回線。因?yàn)榛鼐€的面積很小，通常可用回復(fù)曲線來(lái)代替，并用仰角的正切表示它的特性，被稱為回復(fù)磁導(dǎo)率rev，以下式來(lái)表示：nrev=B/H=tan n5、穩(wěn)定性n硬磁材料的穩(wěn)定性是指它的有關(guān)磁性能在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中或者受到溫度、外磁場(chǎng)、沖擊、振動(dòng)等外界因素影響時(shí)保持不變的能力。用變化率來(lái)表示：%100ZZn二、硬磁材

49、料的種類和應(yīng)用二、硬磁材料的種類和應(yīng)用n硬磁材料分成以下幾類：鑄造硬磁合金；可變形硬磁合金；硬磁鐵氧體；稀土硬磁合金。n稀土硬磁合金包括稀土鈷和稀土鐵系金屬間化合物，為硬磁材料中性能最高的一類。最早的稀土硬磁合金是稀土鈷磁鐵。第一代永磁材料：RCo5，(BH)max為195.9222.9kJ/m3。第二代永磁材料：R2Co17， (BH)max為297.7kJ/m3。第三代永磁材料：Nd-Fe-B合金， (BH)max 390kJ/m3。其最大缺點(diǎn)是居里溫度較低、溫度穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性較差。第四代永磁材料主要有Sm2Fe17Cx、Sm2Fe17Nx、Sm-Fe-Ti等， (BH)max的理論值

50、高達(dá)450kJ/m3。n鐵氧體是鐵元素與氧化合形成的各種類型的化合物，屬亞鐵磁性材料中特別重要的一類。n實(shí)用的鐵氧體大多數(shù)是軟磁的，也有硬磁的。n鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)主要有尖晶石型、磁鉛石型及石榴石型三種。n鐵氧體的磁化強(qiáng)度比不上金屬磁性材料，但其高電阻率，大大降低了渦流損耗，使之在無(wú)線電、高頻、微波、脈沖等領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。n鐵氧體還具有效率高、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。n鐵氧體的制備、基本磁性的研究和應(yīng)用十分成熟。 MgAl2O4的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)Al16Mg8O3232個(gè)氧個(gè)氧離子構(gòu)離子構(gòu)成成64個(gè)個(gè)四面體四面體間隙間隙,即即A位位;和和32個(gè)八個(gè)八面體間面體間隙隙,即即B位位.尖晶石型

51、晶體結(jié)構(gòu)尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)尖晶石型結(jié)構(gòu)中多面體連接方式尖晶石型結(jié)構(gòu)中多面體連接方式A位位B位位在磁化時(shí)在磁化時(shí), 長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短伸長(zhǎng)或縮短變化變化的材料稱為壓磁材料的材料稱為壓磁材料。這種材料具有電磁能與機(jī)械能或聲能的這種材料具有電磁能與機(jī)械能或聲能的相互轉(zhuǎn)換功能，是重要的磁功能材料之一。相互轉(zhuǎn)換功能，是重要的磁功能材料之一。傳統(tǒng)磁致伸縮材料、傳統(tǒng)磁致伸縮材料、Fe，Co，Ni基合基合金及鐵氧體、稀土磁致伸縮材料金及鐵氧體、稀土磁致伸縮材料REFe2n壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)是力學(xué)形變和磁性狀態(tài)之間存在的機(jī)械能和磁能之間的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，其逆效應(yīng)稱之為磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)。n具有此種效應(yīng)的

52、材料稱為壓磁材料或磁致伸縮材料。利用壓磁材料的相關(guān)效應(yīng)可制成熱膨脹系數(shù)接近于零的不脹型材料和彈性模量變化效應(yīng)接近于零的恒彈性型材料。n壓磁材料的主要特征值為：n飽和磁致伸縮系數(shù)s。指的是磁場(chǎng)強(qiáng)度加到一定數(shù)值后，材料不再繼續(xù)伸長(zhǎng)或縮短，此時(shí)的伸縮比l/l，即s。 103102Pn靈敏度常數(shù)d。指的是在恒定壓力p下單位磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁致伸縮，或在恒定磁場(chǎng)H作用下，單位應(yīng)力產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。即：HPBHdn壓磁（磁彈性）耦合系數(shù)k。k為能夠轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的磁能與材料中的總磁能之比。n對(duì)溫度、振動(dòng)等的穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度好。n常用的壓磁材料主要有三類：鐵氧體壓磁材料、金屬壓磁材料和非晶態(tài)合金壓磁材料。制作

53、超聲發(fā)聲器、接受器、超聲探傷器、制作超聲發(fā)聲器、接受器、超聲探傷器、超聲鉆頭、振蕩器、超聲焊接器、諧波發(fā)超聲鉆頭、振蕩器、超聲焊接器、諧波發(fā)聲器、濾波器、穩(wěn)頻器、微波檢波器以及聲器、濾波器、穩(wěn)頻器、微波檢波器以及聲納、回聲探測(cè)儀等。聲納、回聲探測(cè)儀等。 能使作用于它的電磁波發(fā)生一定能使作用于它的電磁波發(fā)生一定角度角度偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)的材料稱為旋磁材料。的材料稱為旋磁材料。旋磁材料基本上是鐵氧體磁性材料，旋磁材料基本上是鐵氧體磁性材料，一般叫微波鐵氧體材料。一般叫微波鐵氧體材料。 旋磁材料種類：旋磁材料種類：Mg-Al，Mg-Mn，Mg-Al，Mg-Mn-Al，Mg-Cr，Ni-Mg，Ni-Zn，Ni-

54、Al，Ni-Cr鐵氧體，鐵氧體，Li-Al，Li-Mg鐵氧體鐵氧體等。等。旋磁材料的應(yīng)用：旋磁材料的應(yīng)用：用于與輸送微波的波導(dǎo)用于與輸送微波的波導(dǎo)管或傳輸線等組成的各種微波器件，管或傳輸線等組成的各種微波器件， 主主要用于雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙控等要用于雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙控等電子設(shè)備中。電子設(shè)備中。 n具有鐵磁性的有機(jī)高分子材料稱為有機(jī)高分子磁性材料，分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩種。n一、復(fù)合型有機(jī)高分子磁性材料一、復(fù)合型有機(jī)高分子磁性材料n塑料磁性材料是把強(qiáng)磁性粉均勻地分散在塑料或橡膠中制成復(fù)合永磁材料，也叫做塑料永磁材料。n同時(shí)具有永磁體和塑料的特性，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，成本低廉。n高分子

55、材料有聚乙烯等熱塑性樹脂和橡膠等。n磁性粉體為鋇鐵氧體、釤鈷合金等硬磁材料。n采用磁場(chǎng)成型工藝可獲得高性能塑料永磁體。 n二、結(jié)構(gòu)型有機(jī)高分子磁性材料二、結(jié)構(gòu)型有機(jī)高分子磁性材料n組成有機(jī)化合物的原子，化學(xué)鍵通常為共價(jià)鍵，一般為滿層結(jié)構(gòu)，電子成對(duì)出現(xiàn)，且自旋反平行排列，而沒(méi)有凈自旋，表現(xiàn)為抗磁性效應(yīng)。雖然發(fā)現(xiàn)少數(shù)有機(jī)物質(zhì)呈順磁性，但迄今在結(jié)構(gòu)上未能合成出有實(shí)用價(jià)值的鐵磁性有機(jī)高分子化合物。n由磁學(xué)理論可知，欲使有機(jī)物質(zhì)具有鐵磁性，必須滿足兩個(gè)條件，即首先要獲得髙自旋，其次是如何使高自旋有機(jī)分子間產(chǎn)生鐵磁性自旋排列。n理論模型：自旋交換模型、混合堆積模型、周期KondoHubbard模型、Ovc

56、hinnikov模型。n有機(jī)及高分子磁性體分為分子晶體、有機(jī)金屬化合物和有機(jī)聚合物三大類。5.5.6 磁性液體磁性液體 n所謂磁性液體是指鐵磁性物質(zhì)的極微小的顆粒表面吸附上一層表面活性劑，使其均勻穩(wěn)定地彌散在某種基液之中，形成一種彌散溶液，其基本組成如圖66所示。 圖66 磁性液體示意圖1表面活性劑；2磁性微粒；3基液 n磁性液體由磁性微粒、表面活性劑和基液組成。n磁性微粒是Fe3O4、-Fe2O3、單一或復(fù)合鐵氧體、純鐵粉、純鈷粉、鐵-鈷合金粉、稀土永磁粉等。n表面活性劑分為陽(yáng)離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和非離子表面活性劑等。n基液種類很多，如酯類基液、二酯類基液、烴類基

57、液、水基液、氟碳類基液、聚苯醚類基液等?；哼x用須視所制磁性液體特點(diǎn)及用途而定。工程上對(duì)磁性液體的基本要求是：n對(duì)溫度具有好的穩(wěn)定性；n高的飽和磁化強(qiáng)度和起始磁導(dǎo)率；n低粘度和低蒸氣壓；n在重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及非均勻磁場(chǎng)中應(yīng)具有高度穩(wěn)定性，并且無(wú)明顯的凝聚、不產(chǎn)生沉淀和分層；n很好的熱學(xué)性；n無(wú)毒性。5.6 5.6 磁信息材料及其應(yīng)用磁信息材料及其應(yīng)用n磁信息材料是利用磁學(xué)原理磁信息材料是利用磁學(xué)原理存儲(chǔ)存儲(chǔ)和和記錄記錄信息的磁載體材料。信息的磁載體材料。n按原理和方法，磁記錄可分為按原理和方法，磁記錄可分為磁記錄磁記錄和和磁光記錄磁光記錄，磁存儲(chǔ)可分為，磁存儲(chǔ)可分為磁泡存儲(chǔ)磁泡存儲(chǔ)和和矩矩

58、磁存儲(chǔ)磁存儲(chǔ)。5.6.1 5.6.1 磁記錄材料磁記錄材料 n磁記錄磁記錄是利用磁頭氣隙中隨信息變化的磁場(chǎng)將經(jīng)是利用磁頭氣隙中隨信息變化的磁場(chǎng)將經(jīng)過(guò)氣隙的磁記錄介質(zhì)磁化，將隨時(shí)間變化的信息過(guò)氣隙的磁記錄介質(zhì)磁化，將隨時(shí)間變化的信息磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為磁記錄介質(zhì)中按空間變化的強(qiáng)度分布，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為磁記錄介質(zhì)中按空間變化的強(qiáng)度分布，經(jīng)過(guò)相反的過(guò)程可將記錄的信息經(jīng)磁頭重放出來(lái)。經(jīng)過(guò)相反的過(guò)程可將記錄的信息經(jīng)磁頭重放出來(lái)。n磁記錄發(fā)展至今，已有百年的歷史、它廣泛應(yīng)用于錄磁記錄發(fā)展至今，已有百年的歷史、它廣泛應(yīng)用于錄音、錄像技術(shù)；計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存貯、處理、科學(xué)研音、錄像技術(shù)；計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存貯、處理、科學(xué)研究的各個(gè)

59、領(lǐng)域；軍事及日常生活中。究的各個(gè)領(lǐng)域；軍事及日常生活中。n磁記錄主要有磁記錄主要有縱向磁記錄、磁垂直記錄和磁光記縱向磁記錄、磁垂直記錄和磁光記錄錄三種模式。三種模式。n縱向磁記錄縱向磁記錄是利用磁頭的位于磁記錄介質(zhì)面內(nèi)的是利用磁頭的位于磁記錄介質(zhì)面內(nèi)的磁場(chǎng)縱向矢量分量來(lái)寫入信息。磁場(chǎng)縱向矢量分量來(lái)寫入信息。n磁垂直記錄磁垂直記錄是利用磁場(chǎng)的垂直分量在具有各向異是利用磁場(chǎng)的垂直分量在具有各向異性的記錄介質(zhì)上寫入信息。性的記錄介質(zhì)上寫入信息。n磁光記錄磁光記錄是用光學(xué)頭，靠激光束加磁場(chǎng)來(lái)寫入信是用光學(xué)頭，靠激光束加磁場(chǎng)來(lái)寫入信息，利用磁光效應(yīng)來(lái)讀出信息。息，利用磁光效應(yīng)來(lái)讀出信息。主要是利用磁體在

60、氣隙產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁主要是利用磁體在氣隙產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，利用磁極與磁極的相互作用，磁場(chǎng)場(chǎng)，利用磁極與磁極的相互作用，磁場(chǎng)對(duì)帶電物體或粒子或載電流導(dǎo)體的相互對(duì)帶電物體或粒子或載電流導(dǎo)體的相互作用來(lái)做功，或?qū)崿F(xiàn)能量，信息的轉(zhuǎn)換。作用來(lái)做功，或?qū)崿F(xiàn)能量，信息的轉(zhuǎn)換。 n磁記錄材料包括磁記錄材料包括磁頭材料、磁記錄介質(zhì)和磁光磁頭材料、磁記錄介質(zhì)和磁光記錄介質(zhì)記錄介質(zhì)三類。三類。n磁頭材料是磁頭鐵芯用的高密度軟磁材料磁頭材料是磁頭鐵芯用的高密度軟磁材料，用它，用它做成記錄或重放信息的換能器件。要求有較高的做成記錄或重放信息的換能器件。要求有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，具體要求有：能量轉(zhuǎn)換效率，具體要求有： 最大