材料的磁性能(1)

1、第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 n物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性n鐵磁性與亞鐵磁性鐵磁性與亞鐵磁性n自發(fā)磁化與技術(shù)磁化自發(fā)磁化與技術(shù)磁化n動(dòng)態(tài)磁化動(dòng)態(tài)磁化n磁性材料磁性材料掌握磁性的起掌握磁性的起因及其參量因及其參量掌握磁性的分掌握磁性的分類及鐵磁物質(zhì)類及鐵磁物質(zhì)的特性的特性了解磁性材料了解磁性材料及其在材料研及其在材料研究中的應(yīng)用。究中的應(yīng)用。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 n磁性的起源：原子 磁矩電 子電荷：e 自旋： 磁矩： 自旋磁矩軌道磁矩原 子 核電荷：e自旋： 1磁矩： N原 子 磁 矩電子磁矩原子核磁矩未 成 對(duì) 電 子固有3.1.1 3.1.1 磁性的產(chǎn)生及磁學(xué)基本參磁性

2、的產(chǎn)生及磁學(xué)基本參量量1 1、磁化強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度 M 單位：?jiǎn)挝唬篈/m 或高斯（或高斯（Gs），矢量，由），矢量，由S極指向極指向N極。極。2 2、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 4 4、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度 BB = 0 (H+M)單位：特斯拉（單位：特斯拉（T T）韋）韋/ /米米2 2 (Wb/m (Wb/m2 2) ) 3 3、磁化率、磁化率 M/H第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性磁性的基本參量5 5、磁矩、磁矩m7 7、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率 6 6、磁通量、磁通量 3.1.2 3.1.2 磁性的分類磁性的分類第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一

3、節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性分類的原則是分類的原則是什么呢？什么呢？宏觀：根據(jù)宏觀：根據(jù)磁化率磁化率的大小的大小微觀：是否有固有原子磁矩？微觀：是否有固有原子磁矩？是否有相互作用？是否有相互作用？是什么相互作用？是什么相互作用？ 1. 抗磁性：抗磁性：沒(méi)有固有原子磁矩沒(méi)有固有原子磁矩 2. 順磁性：順磁性：有固有磁矩，沒(méi)有相互作用有固有磁矩，沒(méi)有相互作用 3. 鐵磁性：鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用有固有磁矩，直接交換相互作用 4. 反鐵磁性：反鐵磁性：有磁矩，直接交換相互作用有磁矩，直接交換相互作用 5. 亜鐵磁性：亜鐵磁性：有磁矩，間接交換相互作用有磁矩，間接交換相互作用 6. 自

4、旋玻璃和混磁性：自旋玻璃和混磁性：有磁矩，有磁矩，RKKY相互作用相互作用 7. 超順磁性：超順磁性：磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性1 1、抗磁性、抗磁性0，M與與H方向相反方向相反 ；磁化率；磁化率很小，很小，-10-5 -10-6 第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性 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。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。產(chǎn)生的機(jī)理：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)使外磁場(chǎng)

5、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)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。負(fù)的。注：注：任何物質(zhì)在外場(chǎng)作用下均具有抗磁效應(yīng)，但只有原子的任何物質(zhì)在外場(chǎng)作用下均具有抗磁效應(yīng)，但只有原子的電子殼層完全填滿了的電子物質(zhì)，抗磁性才能表現(xiàn)出來(lái)。電子殼層完全填滿了的電子物質(zhì)，抗磁性才能表現(xiàn)出來(lái)。（它出現(xiàn)在沒(méi)有原子磁矩的材料中）（它出現(xiàn)在沒(méi)有原子磁矩的材料中）物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩和自旋磁矩本身所產(chǎn)生，而是由外加磁場(chǎng)作用下電子繞核運(yùn)動(dòng)所感

6、生的附加磁場(chǎng)造成的。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性幾種特殊材料的抗磁性幾種特殊材料的抗磁性 1、惰性氣體；離子型固體，如氯化鈉等；共價(jià)鍵的碳、硅、惰性氣體；離子型固體，如氯化鈉等；共價(jià)鍵的碳、硅、鍺、硫、磷等通過(guò)共有電子而填滿了電子層；一些金屬如銅、鍺、硫、磷等通過(guò)共有電子而填滿了電子層；一些金屬如銅、銀、錫等。銀、錫等。 2、超導(dǎo)材料：在超導(dǎo)態(tài)，磁通密度、超導(dǎo)材料：在超導(dǎo)態(tài)，磁通密度B總是總是0，即使存在外磁，即使存在外磁場(chǎng)場(chǎng)H，也是如此，也是如此(邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng))。 3、一些有機(jī)化合物，例如苯環(huán)中的、一些有機(jī)化合物，例如苯環(huán)中的p電子像軌道

7、電子那樣電子像軌道電子那樣做園周運(yùn)動(dòng)，苯環(huán)相當(dāng)于閉合殼層。當(dāng)磁場(chǎng)垂直于環(huán)作用時(shí)，做園周運(yùn)動(dòng)，苯環(huán)相當(dāng)于閉合殼層。當(dāng)磁場(chǎng)垂直于環(huán)作用時(shí)，呈現(xiàn)很強(qiáng)的抗磁性，磁場(chǎng)平行于環(huán)面時(shí)沒(méi)有抗磁性。呈現(xiàn)很強(qiáng)的抗磁性，磁場(chǎng)平行于環(huán)面時(shí)沒(méi)有抗磁性。 第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性2 2、順磁性、順磁性0， M與與H方向相同；方向相同； 10-310-5順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩來(lái)源順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩來(lái)源于未滿的電子殼層于未滿的電子殼層(例如過(guò)渡族元素的例如過(guò)渡族元素的3d殼層殼層)。在順磁性物質(zhì)。在順磁性物質(zhì)中，磁性

8、原子或離子分開(kāi)的很遠(yuǎn)，以致它們之間沒(méi)有明顯的相中，磁性原子或離子分開(kāi)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。取向的趨勢(shì)，從而呈現(xiàn)出正的磁化率。朗日萬(wàn)順朗日萬(wàn)順磁理論磁理論第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性順磁體磁化過(guò)程示意圖順磁體磁化過(guò)程示意圖第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性

9、注：注： A 材料的順磁性來(lái)源于原子的固有磁矩。材料的順磁性來(lái)源于原子的固有磁矩。 產(chǎn)生順磁性的條件就是原子的固有磁矩不為零。產(chǎn)生順磁性的條件就是原子的固有磁矩不為零。B 在以下幾種情況下，原子或正離子具有固有磁矩。在以下幾種情況下，原子或正離子具有固有磁矩。 (1)具有奇數(shù)個(gè)電子的原子或點(diǎn)陣缺陷。具有奇數(shù)個(gè)電子的原子或點(diǎn)陣缺陷。 (2)內(nèi)殼層未被填滿的原子或離子。金屬中主要有過(guò)渡內(nèi)殼層未被填滿的原子或離子。金屬中主要有過(guò)渡族金屬族金屬(d殼層沒(méi)有填滿電子殼層沒(méi)有填滿電子)和稀土族金屬和稀土族金屬(f殼層沒(méi)有填殼層沒(méi)有填滿電子滿電子)。C 順磁性物質(zhì)的磁化率是抗磁性物質(zhì)磁化率的順磁性物質(zhì)的磁化

10、率是抗磁性物質(zhì)磁化率的1103倍，倍，所以在順磁性物質(zhì)中抗磁性被掩了。所以在順磁性物質(zhì)中抗磁性被掩了。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性 大多數(shù)物質(zhì)都屬于順磁性物質(zhì)，如室溫下的稀土金屆，居大多數(shù)物質(zhì)都屬于順磁性物質(zhì)，如室溫下的稀土金屆，居里點(diǎn)以上的鐵、鉆、鎳還有鋰、鈉、鉀、鉆、鋁、釩等均里點(diǎn)以上的鐵、鉆、鎳還有鋰、鈉、鉀、鉆、鋁、釩等均屬于順磁性物質(zhì)。此外，過(guò)渡族金屬的鹽也表現(xiàn)為順磁性。屬于順磁性物質(zhì)。此外，過(guò)渡族金屬的鹽也表現(xiàn)為順磁性。 金屬自由電子的磁性：金屬自由電子的磁性： 1)金屬的抗磁性和順磁性都來(lái)自于費(fèi)密面附近的少數(shù)電子金屬的抗磁性和順磁性都

11、來(lái)自于費(fèi)密面附近的少數(shù)電子; 2)抗磁性來(lái)源于自由電子在磁場(chǎng)作用下做螺旋運(yùn)動(dòng)；抗磁性來(lái)源于自由電子在磁場(chǎng)作用下做螺旋運(yùn)動(dòng)； 3)順磁性來(lái)源于磁場(chǎng)的作用使自旋向上、向下的態(tài)密度發(fā)生變化；順磁性來(lái)源于磁場(chǎng)的作用使自旋向上、向下的態(tài)密度發(fā)生變化； 4)它們都只能用量子力學(xué)來(lái)解釋；磁化率與溫度無(wú)關(guān)。它們都只能用量子力學(xué)來(lái)解釋；磁化率與溫度無(wú)關(guān)。補(bǔ)充：補(bǔ)充：3 3、鐵磁性、鐵磁性0， 104第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性在較弱的磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度。在較弱的磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度。 磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)成非線性關(guān)系。磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)成非線性關(guān)

12、系。物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件：物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件：(1)物質(zhì)中的原子有磁矩；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。能大于熱振動(dòng)能，顯現(xiàn)鐵磁性。具體材料有金屬具體材料有金屬Fe、Co、Ni，某些稀土元素以及由，某些稀土元素以及由Fe、Co、Ni組成的合金等。組成的合金等。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性4 4、反鐵磁性、反鐵磁性0， M

13、與與H方向相同；方向相同；10-510-3在反鐵磁性中，近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互在反鐵磁性中，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。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。與順磁體不同的是與順磁體不同的是 自旋結(jié)構(gòu)的有序化。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)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，這與正常度升高

14、，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)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度(稱奈耳溫度稱奈耳溫度Neel point)顯示出一個(gè)尖銳的極大值。顯示出一個(gè)尖銳的極大值。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性具體材料有具體材料有Mn、Cr，還有如氧化鎳、氧化錳等。，還有如氧化鎳、氧化錳等。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性5 5、亞

15、鐵磁性、亞鐵磁性0與鐵磁性相似，在亞鐵磁體中，與鐵磁性相似，在亞鐵磁體中，A和和B次晶格由不同的磁性原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)，子占據(jù)，而且有時(shí)由不同數(shù)目的原子占據(jù)，A和和B位中的磁性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)度全抵消的自發(fā)磁化強(qiáng)度 這樣的磁性稱為亞鐵磁性這樣的磁性稱為亞鐵磁性亞鐵磁性物質(zhì)也是一種很重要的磁性材料，尖晶石型晶體、亞鐵磁性物質(zhì)也是一種很重要的磁性材料，尖晶石型晶體、石榴石型晶體等幾種結(jié)構(gòu)類型的鐵氧體，稀土鈷金屬間化合石榴石型晶體等幾種結(jié)構(gòu)類型的

16、鐵氧體，稀土鈷金屬間化合物和一些過(guò)渡族金屬、非金屬化合物都屬于亞鐵性物質(zhì)。物和一些過(guò)渡族金屬、非金屬化合物都屬于亞鐵性物質(zhì)。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性特性主要分為兩類特性主要分為兩類內(nèi)稟特性內(nèi)稟特性-與內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性。有關(guān)的特性。磁化特性磁化特性-與磁化過(guò)程有關(guān)的特性與磁化過(guò)程有關(guān)的特性3.2.13.2.1與內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性與內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性一、自發(fā)磁化強(qiáng)度（一、自發(fā)磁

17、化強(qiáng)度（Ms）第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性物質(zhì)的原子都具有原子磁矩，同時(shí)又具有晶格結(jié)構(gòu)，鐵磁性物質(zhì)的原子都具有原子磁矩，同時(shí)又具有晶格結(jié)構(gòu)，這樣它們的原子磁矩按照一定的規(guī)律排列在晶格點(diǎn)陣中。因這樣它們的原子磁矩按照一定的規(guī)律排列在晶格點(diǎn)陣中。因此，每一個(gè)原子受到周圍臨近原子的強(qiáng)烈作用，使鄰近原子此，每一個(gè)原子受到周圍臨近原子的強(qiáng)烈作用，使鄰近原子的磁矩方向趨向平行某一晶軸方向，因而自發(fā)地產(chǎn)生磁化強(qiáng)的磁矩方向趨向平行某一晶軸方向，因而自發(fā)地產(chǎn)生磁化強(qiáng)度度Ms。它決定于鐵磁物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和鄰近原子間相互作用，。它決

18、定于鐵磁物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和鄰近原子間相互作用，并隨溫度而變化。并隨溫度而變化。二、居里溫度（二、居里溫度（Tc）當(dāng)在某溫度以下，迫使臨近原子取向一致的相互作用超過(guò)當(dāng)在某溫度以下，迫使臨近原子取向一致的相互作用超過(guò)原子熱運(yùn)動(dòng)的破壞作用。則在該溫度以下，可形成一定程原子熱運(yùn)動(dòng)的破壞作用。則在該溫度以下，可形成一定程度的自發(fā)磁化，在該溫度以上，原子熱運(yùn)動(dòng)超過(guò)了原子磁度的自發(fā)磁化，在該溫度以上，原子熱運(yùn)動(dòng)超過(guò)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。該溫度矩取向一致的作用，而變?yōu)榛靵y狀態(tài)，呈順磁性。該溫度叫叫居里溫度居里溫度。 日常使用的電飯鍋就利用了磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底部中央

19、裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì)把它們分開(kāi)，同時(shí)帶動(dòng)電源開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，停止加熱。電飯鍋的控溫原理是什么？電飯鍋的控溫原理是什么？第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性三、磁晶各向異性和各向異性能三、磁晶各向異性和各向異性能晶體的磁性在各個(gè)晶軸方向是不一樣的，這種性質(zhì)叫晶體的磁性在各個(gè)晶軸方向是不一樣的，這種性質(zhì)叫磁磁晶各向異性。晶各向異性。磁晶各向異性參

20、數(shù)用磁晶各向異性參數(shù)用K1表示，表示，表征某鐵磁物質(zhì)在外磁場(chǎng)表征某鐵磁物質(zhì)在外磁場(chǎng)下磁化時(shí)的難易程度。下磁化時(shí)的難易程度。磁化功示意圖磁化功示意圖為了使鐵磁體磁化，要消耗一定為了使鐵磁體磁化，要消耗一定的能量它在數(shù)值上等于右圖中的能量它在數(shù)值上等于右圖中陰影部分的面積，稱為陰影部分的面積，稱為磁化功磁化功。磁化矢量沿不同晶軸方向的能量磁化矢量沿不同晶軸方向的能量差代表差代表磁晶各向異性能磁晶各向異性能，用，用Ek表表示。示。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性3.2.23.2.2與磁化過(guò)程有關(guān)的特性與磁化過(guò)程有關(guān)的特性一、磁

21、化曲線一、磁化曲線Bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度0起始磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率m 最大磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率Hc 矯頑力矯頑力Br 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性二、磁滯回線二、磁滯回線磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象-退磁過(guò)程中退磁過(guò)程中M的變化落后于的變化落后于H的變化。的變化。磁滯回線所包圍的面積表征磁化一周時(shí)所消耗的功，稱為磁滯磁滯回線所包圍的面積表征磁化一周時(shí)所消耗的功，稱為磁滯損耗損耗Q。其大小為：。其大小為：3.2.3 3.2.3 鐵磁體的形狀各向異性及退磁能鐵磁體的形狀各向異性及退磁能形狀各向異性形狀各

22、向異性-由退磁場(chǎng)引起的由退磁場(chǎng)引起的第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁體的形狀各向異性鐵磁體的形狀各向異性第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁體的退磁場(chǎng)鐵磁體的退磁場(chǎng)退磁場(chǎng)退磁場(chǎng)-在鐵磁體內(nèi)部產(chǎn)生的與鐵在鐵磁體內(nèi)部產(chǎn)生的與鐵磁體的磁化強(qiáng)度方向相反的磁場(chǎng)，它磁體的磁化強(qiáng)度方向相反的磁場(chǎng)，它起到退磁的作用，因此稱為退磁場(chǎng)起到退磁的作用，因此稱為退磁場(chǎng)退磁場(chǎng)的表達(dá)式：退磁場(chǎng)的表達(dá)式：式中：式中：N和和D稱為退磁因子稱為退磁因子退磁能退磁能第三章第三章

23、材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性3.2.4 3.2.4 磁致伸縮與磁彈性能磁致伸縮與磁彈性能可分為兩類：可分為兩類：正磁致伸縮正磁致伸縮是材料在磁化方向伸長(zhǎng)，而在垂直于磁化方向縮短，是材料在磁化方向伸長(zhǎng)，而在垂直于磁化方向縮短，例如鐵。例如鐵。負(fù)磁致伸縮負(fù)磁致伸縮是材料在磁化方向縮短，而在垂直于磁化方向伸長(zhǎng)，例是材料在磁化方向縮短，而在垂直于磁化方向伸長(zhǎng)，例如鎳。如鎳。這種性質(zhì)將由它們的磁致伸縮系數(shù)值前面的正負(fù)號(hào)加以區(qū)別。這種性質(zhì)將由它們的磁致伸縮系數(shù)值前面的正負(fù)號(hào)加以區(qū)別。磁致伸縮的簡(jiǎn)單模型磁致伸縮的簡(jiǎn)單模型n磁致伸縮磁致伸縮 在鐵

24、磁體和亞鐵磁體材料中，在鐵磁體和亞鐵磁體材料中，原子磁矩原子磁矩的定的定向排列，不僅導(dǎo)致向排列，不僅導(dǎo)致磁性質(zhì)磁性質(zhì)的各向異性，還導(dǎo)致的各向異性，還導(dǎo)致鍵合鍵合力力的各向異性和的各向異性和晶格常數(shù)晶格常數(shù)的擇優(yōu)取向。這種作用在的擇優(yōu)取向。這種作用在宏觀上宏觀上的表現(xiàn)為磁化方向上的的表現(xiàn)為磁化方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)度變化，即磁致伸變化，即磁致伸縮。利用磁致伸縮效應(yīng)可以激勵(lì)磁棒產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，縮。利用磁致伸縮效應(yīng)可以激勵(lì)磁棒產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，在電聲技術(shù)有應(yīng)用價(jià)值。在電聲技術(shù)有應(yīng)用價(jià)值。 第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁體和亞鐵磁體，由

25、于磁化狀態(tài)的改變，其形狀和尺寸都會(huì)鐵磁體和亞鐵磁體，由于磁化狀態(tài)的改變，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生微小變化，這種變化稱為發(fā)生微小變化，這種變化稱為磁致伸縮磁致伸縮。線磁致伸縮系數(shù)線磁致伸縮系數(shù)注：注：所有鐵磁體均有磁致伸縮的特性，但不同的鐵磁體其磁所有鐵磁體均有磁致伸縮的特性，但不同的鐵磁體其磁致伸縮系數(shù)不同，一般在致伸縮系數(shù)不同，一般在10-610-3之間之間體積磁致伸縮系數(shù)體積磁致伸縮系數(shù)其數(shù)量級(jí)約為10-810-10第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第二節(jié)第二節(jié) 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性 物體在磁化時(shí)要伸長(zhǎng)物體在磁化時(shí)要伸長(zhǎng)(或收縮或收縮)，如果受到限制，不能

26、伸，如果受到限制，不能伸長(zhǎng)長(zhǎng)(或縮短或縮短)，則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力(或拉應(yīng)力或拉應(yīng)力)。這樣，。這樣，物體內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，稱為物體內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，稱為磁彈性能磁彈性能。磁彈性能表達(dá)式：磁彈性能表達(dá)式：式中：式中：是磁化方向和應(yīng)力方向的夾角，是磁化方向和應(yīng)力方向的夾角， 是材料所受應(yīng)力。是材料所受應(yīng)力。 具有顯著磁致伸縮效應(yīng)的磁性材料稱為磁致伸縮材具有顯著磁致伸縮效應(yīng)的磁性材料稱為磁致伸縮材料。已實(shí)用的磁致伸縮材料分為料。已實(shí)用的磁致伸縮材料分為3 3類：類： （1）金屬磁致伸縮材料。其飽和磁化強(qiáng)度較高，力）金屬磁致伸縮材料。其飽和磁化強(qiáng)度較高，力學(xué)性能好，可承受較

27、高的功率，但電阻率低，不適用學(xué)性能好，可承受較高的功率，但電阻率低，不適用于高頻段。常用的有鐵基合金、鎳基合金。于高頻段。常用的有鐵基合金、鎳基合金。 （2）鐵氧體磁致伸縮材料。其飽和磁化強(qiáng)度較低，）鐵氧體磁致伸縮材料。其飽和磁化強(qiáng)度較低，材料的氣隙率影響其力學(xué)性能，故不能承受較高功率，材料的氣隙率影響其力學(xué)性能，故不能承受較高功率，但電阻率高，可用于高頻段。但電阻率高，可用于高頻段。 （3）巨磁致伸縮材料。其磁致伸縮系數(shù)（材料）巨磁致伸縮材料。其磁致伸縮系數(shù)（材料在磁場(chǎng)力作用下產(chǎn)生的伸縮量與材料原長(zhǎng)度之比）在磁場(chǎng)力作用下產(chǎn)生的伸縮量與材料原長(zhǎng)度之比）遠(yuǎn)高于常規(guī)材料，耦合系數(shù)也高；缺點(diǎn)是所需磁

28、化遠(yuǎn)高于常規(guī)材料，耦合系數(shù)也高；缺點(diǎn)是所需磁化場(chǎng)強(qiáng)高。場(chǎng)強(qiáng)高。磁致伸縮材料可用于制造超聲和水聲換能器件，磁致伸縮材料可用于制造超聲和水聲換能器件，如超聲探傷器、超聲鉆頭、回聲探測(cè)器等；用如超聲探傷器、超聲鉆頭、回聲探測(cè)器等；用于制造電信器件，如振蕩器、濾波器、諧波發(fā)于制造電信器件，如振蕩器、濾波器、諧波發(fā)生器等；也可用于制造自動(dòng)控制器件及測(cè)量和生器等；也可用于制造自動(dòng)控制器件及測(cè)量和傳感器件。傳感器件。 磁致伸縮液位儀磁致伸縮液位儀應(yīng)用于各類儲(chǔ)罐的液位測(cè)量。該種應(yīng)用于各類儲(chǔ)罐的液位測(cè)量。該種液位儀具有精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、液位儀具有精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便等特點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用安裝方便等

29、特點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于石油、化工等液位測(cè)量領(lǐng)域，并于石油、化工等液位測(cè)量領(lǐng)域，并逐漸取代了其它傳統(tǒng)的傳感器，成逐漸取代了其它傳統(tǒng)的傳感器，成為液位測(cè)量中的精品。為液位測(cè)量中的精品。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化充分的事實(shí)證明，鐵磁性與順磁性具有相同的來(lái)源。充分的事實(shí)證明，鐵磁性與順磁性具有相同的來(lái)源。鐵磁性和順鐵磁性和順磁性有這么磁性有這么大的區(qū)別？大的區(qū)別？外斯外斯(Weiss)鐵磁性假說(shuō)：鐵磁性假說(shuō)：鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的在很強(qiáng)的“分子場(chǎng)分子場(chǎng)”，在，在“分子場(chǎng)分子場(chǎng)”的作用的作用下，原子磁矩趨于

30、同向平行排列，即自發(fā)磁下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)磁化至飽和，稱為自發(fā)磁化；鐵磁體內(nèi)自發(fā)磁化至飽和，稱為自發(fā)磁化；鐵磁體內(nèi)自發(fā)磁化分成若干個(gè)小區(qū)域化分成若干個(gè)小區(qū)域(這種自發(fā)磁化至飽和這種自發(fā)磁化至飽和的小區(qū)域稱為磁疇的小區(qū)域稱為磁疇)，由于各個(gè)區(qū)域，由于各個(gè)區(qū)域(磁疇磁疇)的磁化方向各不相同，其磁性被此相互抵消，的磁化方向各不相同，其磁性被此相互抵消，所以大塊鐵磁體對(duì)外不顯示磁性。所以大塊鐵磁體對(duì)外不顯示磁性。1928年海森堡年海森堡(Heisenberg)證明，相鄰原子間有靜電交證明，相鄰原子間有靜電交換作用并通過(guò)量子力學(xué)方法計(jì)算了鐵磁體的自發(fā)磁化強(qiáng)度換作用并通過(guò)量子力學(xué)方法計(jì)算了

31、鐵磁體的自發(fā)磁化強(qiáng)度以后，外斯理論才以量子交換力作為相互作用力起源以后，外斯理論才以量子交換力作為相互作用力起源表象理論第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化3.3.1 3.3.1 自發(fā)磁化自發(fā)磁化解釋鐵磁現(xiàn)象本身的性質(zhì)解釋鐵磁現(xiàn)象本身的性質(zhì)產(chǎn)生鐵磁性的必要條件：產(chǎn)生鐵磁性的必要條件：在原子的電子殼層中存在沒(méi)有在原子的電子殼層中存在沒(méi)有被電子填滿的狀態(tài)被電子填滿的狀態(tài)材料是否具有鐵磁性的關(guān)鍵不在于組成材料的原子本身所材料是否具有鐵磁性的關(guān)鍵不在于組成材料的原子本身所具有的磁矩大小，而在于形成凝聚態(tài)后原子間的相互作用。具有的

32、磁矩大小，而在于形成凝聚態(tài)后原子間的相互作用。一、鐵磁性產(chǎn)生的原因一、鐵磁性產(chǎn)生的原因鐵和錳原子核外結(jié)構(gòu)差異鐵和錳原子核外結(jié)構(gòu)差異第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化原子間什么力使其自發(fā)磁化？磁力磁力靜電力靜電力因?yàn)榕c熱運(yùn)動(dòng)的能量相比，磁相因?yàn)榕c熱運(yùn)動(dòng)的能量相比，磁相互作用的能量是太小了?；プ饔玫哪芰渴翘×?。海森堡海森堡(Beisenberg)和佛蘭克爾和佛蘭克爾(Frank)按照量子按照量子論證明，物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子之間有一種來(lái)源論證明，物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子之間有一種來(lái)源于于靜電靜電的相互交換作用，由于這種交換

33、作用對(duì)系統(tǒng)的相互交換作用，由于這種交換作用對(duì)系統(tǒng)能量的影響，迫使各原子的磁炬平行或反平行排列。能量的影響，迫使各原子的磁炬平行或反平行排列。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化氫分子模型圖氫分子模型圖兩原子之間存在四兩原子之間存在四種相互作用種相互作用第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化考慮到電子自旋平行與反平行時(shí)系統(tǒng)的能量不同，用考慮到電子自旋平行與反平行時(shí)系統(tǒng)的能量不同，用E1和和E2分別表示這兩種狀態(tài)時(shí)氫分子的能量：分別表示這兩種狀態(tài)時(shí)氫分子

34、的能量：C是由于電子之間、核與電子之間的庫(kù)侖作用而增加的能量項(xiàng)，是由于電子之間、核與電子之間的庫(kù)侖作用而增加的能量項(xiàng)，A可以看做是兩個(gè)原于的電子交換位置而產(chǎn)生的相互作用能，可以看做是兩個(gè)原于的電子交換位置而產(chǎn)生的相互作用能，稱為稱為交換能或交換積分交換能或交換積分，它與原子間電荷分布的重疊有關(guān)。，它與原子間電荷分布的重疊有關(guān)。原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。重疊，電子要相互交換位置。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化 從式可以看出，自旋平行時(shí)系統(tǒng)的能量從

35、式可以看出，自旋平行時(shí)系統(tǒng)的能量E1和自旋反平行時(shí)和自旋反平行時(shí)系統(tǒng)的能量系統(tǒng)的能量E2究竟哪一個(gè)低，即哪一個(gè)處于穩(wěn)定態(tài)的關(guān)鍵究竟哪一個(gè)低，即哪一個(gè)處于穩(wěn)定態(tài)的關(guān)鍵在于交換積分在于交換積分A的符號(hào)。的符號(hào)。如果如果A E2，即電子自旋反平行排列為穩(wěn)定態(tài)，即電子自旋反平行排列為穩(wěn)定態(tài)，如果如果A0 ，則，則E1 E2，電子自旋平行排列為穩(wěn)定態(tài)。，電子自旋平行排列為穩(wěn)定態(tài)。自發(fā)磁化自發(fā)磁化強(qiáng)烈依賴原子之間的距離強(qiáng)烈依賴原子之間的距離第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化為了定量地表征原子核間距離與交換積分的關(guān)系，斯累特為了定量

36、地表征原子核間距離與交換積分的關(guān)系，斯累特(Slater)建議用金屬點(diǎn)陣常數(shù)建議用金屬點(diǎn)陣常數(shù)a與未填滿殼層半徑與未填滿殼層半徑d之比之比vad的變化來(lái)觀察各金屬交換積分的變化來(lái)觀察各金屬交換積分A的大小和符號(hào)。的大小和符號(hào)。交換積分交換積分A與與a/d的關(guān)系的關(guān)系反反鐵鐵磁磁性性鐵鐵磁磁性性順順磁磁性性第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化鐵磁性產(chǎn)生的條件：鐵磁性產(chǎn)生的條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層；（原子本征磁矩不為零）原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層；（原子本征磁矩不為零）ad大于大于3使交換積分使交換積分A為正。（

37、要有一定的晶體結(jié)構(gòu)）為正。（要有一定的晶體結(jié)構(gòu)）解釋溫度對(duì)鐵磁性的影響解釋溫度對(duì)鐵磁性的影響溫度升高溫度升高原子間距增大原子間距增大降低交換作用降低交換作用破壞原子磁矩的規(guī)則取向破壞原子磁矩的規(guī)則取向居里溫度后變?yōu)轫槾朋w居里溫度后變?yōu)轫槾朋w第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化二、反鐵磁性和亞鐵磁性二、反鐵磁性和亞鐵磁性如果如果A E2，即電子自旋反平行排列為穩(wěn)定態(tài)。，即電子自旋反平行排列為穩(wěn)定態(tài)。如果相鄰原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原子如果相鄰原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原子磁矩相互抵消，自發(fā)磁化強(qiáng)度

38、等于零，這樣一種特性就是磁矩相互抵消，自發(fā)磁化強(qiáng)度等于零，這樣一種特性就是反鐵磁性反鐵磁性。如果相鄰原子磁矩不相等，則自發(fā)磁化強(qiáng)度不等于零，這如果相鄰原子磁矩不相等，則自發(fā)磁化強(qiáng)度不等于零，這一特性就是一特性就是亞鐵磁性亞鐵磁性。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化三、磁疇三、磁疇1、磁疇的觀察、磁疇的觀察通過(guò)通過(guò)粉紋法粉紋法和和磁光效應(yīng)法磁光效應(yīng)法進(jìn)行實(shí)際的觀察。進(jìn)行實(shí)際的觀察。 所謂所謂“粉紋法粉紋法”，是將待觀察的樣品表面進(jìn)行適當(dāng)處理，是將待觀察的樣品表面進(jìn)行適當(dāng)處理后，敷上一層含有鐵磁粉末的懸膠，然后在放大鏡或顯

39、微鏡后，敷上一層含有鐵磁粉末的懸膠，然后在放大鏡或顯微鏡下進(jìn)行觀察。由于露在樣品表面的磁疇分界線上有磁極存在，下進(jìn)行觀察。由于露在樣品表面的磁疇分界線上有磁極存在，因而出現(xiàn)散雜磁場(chǎng)，吸聚了懸膠中的鐵磁粉末，這就使磁疇因而出現(xiàn)散雜磁場(chǎng)，吸聚了懸膠中的鐵磁粉末，這就使磁疇界壁界壁(簡(jiǎn)稱疇壁簡(jiǎn)稱疇壁)顯示出來(lái)。顯示出來(lái)。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化 所謂所謂“磁光效應(yīng)法磁光效應(yīng)法”是利用平面偏振光在鐵磁物質(zhì)表面的是利用平面偏振光在鐵磁物質(zhì)表面的反射，或在透明的鐵磁物質(zhì)中透射時(shí)，偏振面都會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)反射，或在透明的鐵磁物質(zhì)

40、中透射時(shí)，偏振面都會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度的現(xiàn)象，通過(guò)檢偏器來(lái)觀察不同磁化方向磁疇所顯示的角度的現(xiàn)象，通過(guò)檢偏器來(lái)觀察不同磁化方向磁疇所顯示的明暗圖像。顯然，這種方法是通過(guò)整片磁疇明暗程度差別來(lái)明暗圖像。顯然，這種方法是通過(guò)整片磁疇明暗程度差別來(lái)區(qū)分磁疇，而不像粉紋法中觀察到的是線紋。區(qū)分磁疇，而不像粉紋法中觀察到的是線紋。主疇主疇-磁疇大而長(zhǎng)，其自發(fā)磁化磁疇大而長(zhǎng)，其自發(fā)磁化方向必定沿晶體的易磁化方向；方向必定沿晶體的易磁化方向；副疇副疇-小而短的磁疇，其磁化方小而短的磁疇，其磁化方向就不一定是晶體的易磁化方向，向就不一定是晶體的易磁化方向，磁疇示意圖磁疇示意圖磁性材料中常見(jiàn)的磁疇形狀：條形疇，樹(shù)枝狀

41、疇和迷宮疇磁性材料中常見(jiàn)的磁疇形狀：條形疇，樹(shù)枝狀疇和迷宮疇Fe -3%Si 單晶（單晶（111）晶面的磁疇結(jié)構(gòu)）晶面的磁疇結(jié)構(gòu)第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化2、磁疇壁、磁疇壁相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁。相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁。磁疇壁的種類磁疇壁的種類第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁疇壁是一過(guò)渡區(qū)磁疇壁是一過(guò)渡區(qū)第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁疇壁具有交換能

42、、磁晶各向異性能及磁彈性能。磁疇壁具有交換能、磁晶各向異性能及磁彈性能。疇壁能與壁厚的關(guān)系疇壁能與壁厚的關(guān)系磁晶各向異性能磁晶各向異性能疇壁交換能疇壁交換能注：注： 疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量高，壁的厚薄和面積的大小都使高，壁的厚薄和面積的大小都使它具有一定的能量。它具有一定的能量。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化3、磁疇的起因、磁疇的起因朗道朗道(Landau)和李夫西茨和李夫西茨(Livshits)指出，關(guān)于磁疇存在指出，關(guān)于磁疇存在的更基本理由是的更基本理由是鐵磁狀態(tài)的能量，即磁疇

43、結(jié)構(gòu)是對(duì)鐵磁體鐵磁狀態(tài)的能量，即磁疇結(jié)構(gòu)是對(duì)鐵磁體能量的各種貢獻(xiàn)所導(dǎo)致的自然結(jié)果能量的各種貢獻(xiàn)所導(dǎo)致的自然結(jié)果。根據(jù)自發(fā)磁化的理論根據(jù)自發(fā)磁化的理論交換作用交換作用整個(gè)晶體自發(fā)磁化到飽和整個(gè)晶體自發(fā)磁化到飽和磁化應(yīng)沿著晶體的易軸磁化應(yīng)沿著晶體的易軸晶體有一定大小與形狀晶體有一定大小與形狀產(chǎn)生磁極產(chǎn)生磁極交換能和磁晶能達(dá)到最小交換能和磁晶能達(dá)到最小退磁能退磁能退磁場(chǎng)退磁場(chǎng)減少退磁能是分疇的基跑本動(dòng)減少退磁能是分疇的基跑本動(dòng)力。力。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁疇的起因磁疇的起因分疇后退磁能雖然減少，卻增加了疇壁能，

44、因此不能無(wú)限制地分疇。分疇后退磁能雖然減少，卻增加了疇壁能，因此不能無(wú)限制地分疇。隨磁疇數(shù)目的增加退磁能減少，疇壁能增加，當(dāng)達(dá)到疇壁能與退隨磁疇數(shù)目的增加退磁能減少，疇壁能增加，當(dāng)達(dá)到疇壁能與退磁能之和為最小值時(shí)，分疇就停止了，從而達(dá)到一種平衡狀態(tài)的疇磁能之和為最小值時(shí)，分疇就停止了，從而達(dá)到一種平衡狀態(tài)的疇結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化4、多晶體中的磁疇、多晶體中的磁疇5、磁泡疇、磁泡疇多晶體多晶體的磁疇的磁疇對(duì)于單軸各向異性材料的對(duì)于單軸各向異性材料的薄晶片或薄膜，如果加偏薄晶片或薄膜，如果加偏置磁

45、場(chǎng)，可以使小圓柱形置磁場(chǎng)，可以使小圓柱形磁疇磁疇(直徑在直徑在1100范范圍圍)處于穩(wěn)定狀態(tài)。這種處于穩(wěn)定狀態(tài)。這種磁疇在顯微鏡下觀察很像磁疇在顯微鏡下觀察很像氣泡，所以稱為磁泡，氣泡，所以稱為磁泡，磁泡疇磁泡疇 （薄片向磁化，磁泡向（薄片向磁化，磁泡向下磁化）下磁化）第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化3.3.2 3.3.2 技術(shù)磁化理論技術(shù)磁化理論技術(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)方向加磁場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)

46、到外磁場(chǎng)方向(或近似外磁或近似外磁場(chǎng)方向場(chǎng)方向)的過(guò)程。的過(guò)程。技術(shù)磁化是通過(guò)兩種形式進(jìn)行的：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壁的遷移，一是一是磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁化過(guò)程中有時(shí)只有其中一種方式起作用，有磁化過(guò)程中有時(shí)只有其中一種方式起作用，有時(shí)是兩種方式同時(shí)作用。時(shí)是兩種方式同時(shí)作用。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁化曲線分布示意圖磁化曲線分布示意圖在弱磁場(chǎng)的作用下，對(duì)于自發(fā)磁化方向在弱磁場(chǎng)的作用下，對(duì)于自發(fā)磁化方向與磁場(chǎng)成銳角的磁疇發(fā)生擴(kuò)張，而成鈍與磁場(chǎng)成銳角的磁疇發(fā)生擴(kuò)張，而成鈍角的

47、磁疇則縮小。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)疇壁角的磁疇則縮小。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)疇壁的遷移來(lái)完成，由于這種疇壁的遷移，的遷移來(lái)完成，由于這種疇壁的遷移，材料在宏觀上表現(xiàn)出微弱的磁化，然而材料在宏觀上表現(xiàn)出微弱的磁化，然而疇壁的這種微小的遷移是可逆的如這疇壁的這種微小的遷移是可逆的如這時(shí)去除外磁場(chǎng)，則磁疇結(jié)構(gòu)和宏觀磁化時(shí)去除外磁場(chǎng)，則磁疇結(jié)構(gòu)和宏觀磁化都將恢復(fù)到原始狀態(tài)。都將恢復(fù)到原始狀態(tài)。繼續(xù)增強(qiáng)磁場(chǎng)，疇壁將發(fā)生瞬時(shí)的跳繼續(xù)增強(qiáng)磁場(chǎng)，疇壁將發(fā)生瞬時(shí)的跳躍。換言之，某些與磁場(chǎng)成鈍角的磁躍。換言之，某些與磁場(chǎng)成鈍角的磁疇瞬時(shí)轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)成銳角的易磁化方疇瞬時(shí)轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)成銳角的易磁化方向。故表現(xiàn)出強(qiáng)烈的磁化。向。故表現(xiàn)出

48、強(qiáng)烈的磁化。磁化率的變化磁化率的變化第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化（1）疇壁遷移磁化）疇壁遷移磁化晶磁能低晶磁能低晶磁能高晶磁能高 疇壁只是元磁矩方向逐漸改疇壁只是元磁矩方向逐漸改變的過(guò)渡層。所謂疇壁的右變的過(guò)渡層。所謂疇壁的右移，實(shí)際上是右疇靠近疇壁移，實(shí)際上是右疇靠近疇壁的一層元磁矩，由原來(lái)朝下的一層元磁矩，由原來(lái)朝下的方向開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，相繼進(jìn)入的方向開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，相繼進(jìn)入疇壁區(qū)。與此同時(shí)，疇壁區(qū)疇壁區(qū)。與此同時(shí)，疇壁區(qū)各元磁矩也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，且最各元磁矩也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，且最左邊一層磁矩最終完成了轉(zhuǎn)左邊一層磁矩最終完成了轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)

49、程，脫離疇壁區(qū)而加入動(dòng)過(guò)程，脫離疇壁區(qū)而加入左疇的行列。左疇的行列。壁移磁化本質(zhì)上也是一種元磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)壁移磁化本質(zhì)上也是一種元磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，但只是靠近疇壁的元磁矩局部地過(guò)程，但只是靠近疇壁的元磁矩局部地先后轉(zhuǎn)動(dòng)，而且從一個(gè)磁疇磁化方向到先后轉(zhuǎn)動(dòng)，而且從一個(gè)磁疇磁化方向到相鄰磁疇磁化方向轉(zhuǎn)過(guò)的角度是一定相鄰磁疇磁化方向轉(zhuǎn)過(guò)的角度是一定第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化影響疇壁遷移的因素：影響疇壁遷移的因素：（a）鐵磁材料中夾雜物、第二相、空隙的數(shù)量及其分布。）鐵磁材料中夾雜物、第二相、空隙的數(shù)量及其分布。含有雜質(zhì)疇壁遷

50、移示意圖含有雜質(zhì)疇壁遷移示意圖（b）其次是內(nèi)應(yīng)力起伏的大小和分布，起伏愈大，分布愈不）其次是內(nèi)應(yīng)力起伏的大小和分布，起伏愈大，分布愈不均勻，對(duì)疇壁遷移阻力愈大。為提高材料磁導(dǎo)率就必須減均勻，對(duì)疇壁遷移阻力愈大。為提高材料磁導(dǎo)率就必須減少夾雜物的數(shù)量，減小內(nèi)應(yīng)力。少夾雜物的數(shù)量，減小內(nèi)應(yīng)力。（c）磁晶各向異性能的大小。因?yàn)楸谝茖?shí)質(zhì)上是原子磁矩的）磁晶各向異性能的大小。因?yàn)楸谝茖?shí)質(zhì)上是原子磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)，它必然要通過(guò)難磁化方向，故降低磁晶各向異性能也轉(zhuǎn)動(dòng)，它必然要通過(guò)難磁化方向，故降低磁晶各向異性能也可提高磁導(dǎo)率?？商岣叽艑?dǎo)率。（d）磁致伸縮和磁彈性能也影響壁移過(guò)程，因?yàn)楸谝埔矔?huì)引）磁致伸縮和磁彈性能

51、也影響壁移過(guò)程，因?yàn)楸谝埔矔?huì)引起材料某一方向的伸長(zhǎng)，另一方向則要縮短，故要增加磁導(dǎo)起材料某一方向的伸長(zhǎng)，另一方向則要縮短，故要增加磁導(dǎo)率，應(yīng)使材料具有較小的磁致伸縮和磁彈性能。率，應(yīng)使材料具有較小的磁致伸縮和磁彈性能。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化（2）磁疇的旋轉(zhuǎn)磁化）磁疇的旋轉(zhuǎn)磁化如果磁疇原先沿易軸磁化，那如果磁疇原先沿易軸磁化，那么在與該方向成么在與該方向成角的磁場(chǎng)角的磁場(chǎng)H作作用下，由于壁移已經(jīng)完成用

52、下，由于壁移已經(jīng)完成(或因或因結(jié)構(gòu)上的原因壁移不能行結(jié)構(gòu)上的原因壁移不能行)磁磁疇的元磁矩就要向磁場(chǎng)方向一疇的元磁矩就要向磁場(chǎng)方向一致轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)致轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角。角。這一過(guò)程的特點(diǎn)不但是元磁矩整體的一這一過(guò)程的特點(diǎn)不但是元磁矩整體的一致轉(zhuǎn)動(dòng)，而且轉(zhuǎn)過(guò)的角度致轉(zhuǎn)動(dòng)，而且轉(zhuǎn)過(guò)的角度取決于靜磁取決于靜磁能與磁晶能的相對(duì)大小。能與磁晶能的相對(duì)大小。靜磁能和磁晶能的靜磁能和磁晶能的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化 右圖表示一個(gè)立方晶系右圖表示一個(gè)立方晶系K10的的單晶磁化過(guò)程，易軸是單晶磁化過(guò)程，易軸是100

53、，磁，磁疇有疇有1800和和900兩類。當(dāng)磁場(chǎng)加在兩類。當(dāng)磁場(chǎng)加在100方向，疇壁位移結(jié)束時(shí)，方向，疇壁位移結(jié)束時(shí)，I Is s在在100100方向；當(dāng)磁場(chǎng)加在方向；當(dāng)磁場(chǎng)加在110110方方向，疇壁位移結(jié)束時(shí)，磁疇仍然存向，疇壁位移結(jié)束時(shí)，磁疇仍然存在，有兩類磁疇，一類在，有兩類磁疇，一類IsIs在在100100方向，另一類方向，另一類IsIs在在010010方向。進(jìn)方向。進(jìn)一步磁化過(guò)程即是磁疇內(nèi)磁化強(qiáng)度一步磁化過(guò)程即是磁疇內(nèi)磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化3.3.3 3.3.3 影

54、響合金鐵磁性和亞鐵磁性的因素影響合金鐵磁性和亞鐵磁性的因素1、溫度對(duì)鐵磁和亞鐵磁性的影響、溫度對(duì)鐵磁和亞鐵磁性的影響飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的變化關(guān)系飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的變化關(guān)系鐵磁性鐵磁性第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化亞鐵磁性亞鐵磁性亞鐵磁性與溫度的關(guān)系曲線亞鐵磁性與溫度的關(guān)系曲線第三章第三章 材料的磁性能材料的磁性能 第三節(jié)第三節(jié) 磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化 在多相合金中。如果各相都是鐵磁相，則其飽和磁化強(qiáng)度在多相合金中。如果各相都是鐵磁相，則其飽和磁化強(qiáng)度由組成各相的磁化強(qiáng)度之和來(lái)決定由組成各相的磁化強(qiáng)度之和來(lái)決定(即相加定律即相加定律)。合金的。合金的總磁化強(qiáng)度為：總磁化強(qiáng)度為：兩