廣東工業(yè)大學(xué)-材料與能源學(xué)院-磁滯回線(xiàn)01--陳允至

1、材料工程 陳允至磁化曲線(xiàn)與磁滯回線(xiàn)1背景材料磁性材料應(yīng)用很廣，從長(zhǎng)用的永久磁鐵、變壓器鐵芯，到錄音、錄像、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)用的磁帶、磁盤(pán)等都采用。磁滯回線(xiàn)和磁化曲線(xiàn)反映了磁性材料磁特性的主要特征。用示波器法測(cè)量鐵磁材料的磁特性是磁測(cè)量的基本方法之一，它具有直觀、方便、迅速以及能夠在不同的磁化狀態(tài)下（交變磁化及脈沖磁化等）測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，適用于一般工廠(chǎng)快速檢測(cè)和對(duì)成品進(jìn)行分類(lèi)。Concept (概念)磁化曲線(xiàn)是表示物質(zhì)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與所感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁化強(qiáng)度M之間的關(guān)系。磁滯回線(xiàn)表示磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化時(shí)，強(qiáng)磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線(xiàn)?！啊弊ⅲ涸谶@里輸入引用說(shuō)明將一塊未被磁化的鐵磁材料放在磁場(chǎng)中進(jìn)

2、行磁化.當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 由零增加時(shí), 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 由零開(kāi)始增加。H 繼續(xù)增加，B 增加緩慢，這個(gè)過(guò)程的 B H 曲線(xiàn)稱(chēng)為起始磁化曲線(xiàn)，如圖 71 中的 oa 段所示。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 減小，B 也跟著減小，但不按起始磁化曲線(xiàn)原路返回，而是沿另一條曲線(xiàn)（圖 71 中）ab 段下降，當(dāng) H 返回到零時(shí)，B 不為零，而保留一定的值B r，即鐵磁材料仍處于磁化狀態(tài)，通常Br稱(chēng)為磁材料的剩磁。將磁化場(chǎng)反向，使磁場(chǎng)強(qiáng)度負(fù)向增加，當(dāng) H 達(dá)到某一值 Hc 時(shí)，鐵磁材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度才為零，這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度H c 稱(chēng)為磁材料的矯頑力。繼續(xù)增加反向磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 反向增加。如圖 71cd 段所示當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)

3、度由 Hm增加到Hm 時(shí)，其過(guò)程與磁場(chǎng)強(qiáng)度從Hm 到 Hm過(guò)程類(lèi)似。這樣形成一個(gè)閉合的磁滯回線(xiàn)。a矯頑力的大小反映了鐵磁材料保存剩磁狀態(tài)的能力。正是按矯頑力的大小把鐵磁質(zhì)分成硬磁材料和軟磁材料。正常磁滯回線(xiàn)的回線(xiàn)形狀與原點(diǎn)是對(duì)稱(chēng)的，或稱(chēng)S型回線(xiàn)。磁滯回線(xiàn)是鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)的一個(gè)重要的特征，順磁性和抗磁性物質(zhì)（如鉑、鋁、氧）則不具有這一現(xiàn)象。5逐漸增加Hm值，可以得到一系列的逐漸增大的磁滯回線(xiàn)，如圖 72 所示。把原點(diǎn)與每個(gè)磁滯回線(xiàn)的頂端 a 1 ，a 2 ，a 3 ，a 4 連接起來(lái)即得到基本磁化曲線(xiàn)。如圖 72 中 oa 段所示。當(dāng) H m 增加到一定程度時(shí)，磁滯回線(xiàn)兩端較平，即.H

4、 增加，B 增加很小，在此時(shí)附近鐵磁材料處于飽和狀態(tài)?；敬呕€(xiàn)上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線(xiàn)的斜率稱(chēng)為磁導(dǎo)率,=B/H在給定磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下表征單位 H 所激勵(lì)出的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，直接表示材料磁化性能強(qiáng)弱。從磁化曲線(xiàn)上可以看出磁導(dǎo)率并不是常數(shù)。當(dāng)鐵磁材料處于磁飽和狀態(tài)時(shí)，磁導(dǎo)率減小較快。曲線(xiàn)起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)率稱(chēng)為初始磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率的最大值稱(chēng)為最大磁導(dǎo)率。這兩者反映H 曲線(xiàn)的特點(diǎn)。如圖 73 所示。7在鐵磁質(zhì)中存在許多自發(fā)地飽和磁化的小區(qū)域，每個(gè)這樣的小區(qū)域，相當(dāng)于自發(fā)磁化的小永磁體，具有相當(dāng)大的磁距，這些小區(qū)域稱(chēng)為磁疇！磁疇的形成是由于電子間的“交換作用”，使相鄰原子的電子字旋磁距自發(fā)有序地排列整齊，或者說(shuō)

5、，與電子自旋運(yùn)動(dòng)等效的分子電流按一定方向排列整齊。在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，各磁疇其分子電流的取向則是完全混亂，相互抵消，鐵磁質(zhì)的總磁距為零，因此，對(duì)外不表現(xiàn)磁性。WC-Co硬質(zhì)合金的磁導(dǎo)率()不是一個(gè)常數(shù)，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變而改變，因此，硬質(zhì)合金的磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化是一條曲線(xiàn)，稱(chēng)為磁化曲線(xiàn)。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度從零逐漸增大時(shí)，磁疇在磁場(chǎng)作用下，迅速沿外磁場(chǎng)方向排列，磁化強(qiáng)度也逐漸增大。磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，磁疇排列越整齊，磁化強(qiáng)度也越大。8Application (應(yīng)用)磁滯回線(xiàn)所包圍的面積，表示鐵磁物質(zhì)磁化循環(huán)一周所需消耗的能量，這部分能量往往轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉。鐵磁質(zhì)的M、B和H之間的關(guān)系不僅不是線(xiàn)性的，而且不是單值的。亦即對(duì)于一個(gè)確定的H，M、B的值不能唯一確定，同時(shí)還與磁化歷史有關(guān)。不同的鐵磁質(zhì)有不同形狀的磁滯回線(xiàn)，不同形狀的磁滯回線(xiàn)有不同的應(yīng)用。例如永磁材料要求矯頑力大，剩磁大；軟磁材料要求矯頑力?。挥洃浽械蔫F心則要求適當(dāng)?shù)偷某C頑力。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)、科研中新技術(shù)的需要就要研制新的鐵磁材料使它們的磁滯回線(xiàn)符合應(yīng)用的要求。磁滯回線(xiàn)為選材提供了依據(jù)。由于BH磁滯回線(xiàn)所圍