材料磁學(xué)性能unit3-浙江大學(xué)材料物理性能筆記

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上3.1.磁學(xué)概論磁偶極子：類似于電偶極子，在磁性材料中由南極和北極組成一個(gè)磁偶極子磁矩：Pm=IS靜磁能：U = PB對(duì)于通電的密繞螺線管，若螺線管高為l、線圈匝數(shù)為N、通過的電流為I，則螺線管內(nèi)所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H為：H=NI/lB=H (為磁導(dǎo)率) r=/0（相對(duì)磁導(dǎo)率）0=4×10H/mB=0（H+M） M為磁化強(qiáng)度（A/m） 與H單位相同M=Pm/V M=H r=1+ 為磁化率（無量綱）物質(zhì)的磁性本源是電荷的運(yùn)動(dòng)原子磁性包括：電子軌道磁矩、電子自旋磁矩和原子核磁矩磁矩的最基本單位是玻爾磁子B，B=9.27×10A·m物質(zhì)的磁性不是由

2、電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起“交換”作用：處于不同原子間的、未被填滿殼層上的電子發(fā)生的特殊相互作用，參與這種相互作用的電子已不再局限于原來的原子，而是“公有化”了。原子間好象在交換電子，故稱為“交換”作用當(dāng)原子間距Rab與未被填滿的電子殼層半徑r比Rab/r>3時(shí)，交換能H為正值，就呈現(xiàn)出鐵磁性當(dāng)Rab/r<3時(shí)，交換能H為負(fù)值，為反鐵磁性根據(jù)物質(zhì)磁化率，可以把物質(zhì)的磁性大致分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性抗磁性：磁化方向與外加磁場方向相反，即當(dāng)磁化率或磁化強(qiáng)度M為負(fù)時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性?？勾判晕镔|(zhì)的原子（離子）的磁矩應(yīng)為零，即不存在永久磁矩順磁性：在外

3、加磁場作用下，每個(gè)原子磁矩比較規(guī)則地取向，材料顯示極弱的磁性。磁化強(qiáng)度M與外磁場方向一致，M為正，而且M嚴(yán)格地與外磁場H成正比 = C /T C為居里常數(shù)，磁化率很小鐵磁性：無論是否施加外磁場，都具有永久磁矩，且在無外加磁場或較弱的磁場作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度反鐵磁性：由于“交換”作用為負(fù)值，電子自旋磁矩反向平行排列。在同一子晶格中有自發(fā)磁化強(qiáng)度，電子磁矩是同向排列的，在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個(gè)子晶格中自發(fā)磁化強(qiáng)度大小相同，方向相反，整個(gè)晶體磁化強(qiáng)度M=0在一定溫度TN時(shí)，達(dá)最大值N。稱TN為反鐵磁性物質(zhì)的奈耳溫度（Nèel temperature），它是反鐵磁性轉(zhuǎn)

4、變?yōu)轫槾判缘臏囟葋嗚F磁性：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的。由于兩種離子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不能恰好抵消，二者之差表現(xiàn)為宏觀磁矩具有亞鐵磁性的物質(zhì)絕大部分是金屬的氧化物，是非金屬磁性材料，一般稱為鐵氧體居里威爾斯方程：=C/T- 是威爾斯常數(shù) 適用溫度范圍：T>Tc(居里溫度) 3.2. 鐵磁性磁化過程（又稱感磁或充磁）：把物質(zhì)本身的磁性顯示出來，而不是由外界向物質(zhì)提供磁性的過程當(dāng)磁性物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子交換積分為正時(shí)（J>0），相鄰原子磁矩將同向平行排列，從而實(shí)現(xiàn)自發(fā)磁化。這就是鐵磁性產(chǎn)生的原

5、因鐵磁性的產(chǎn)生需要兩個(gè)條件：1）原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層1） Rab/r之比大于3，使交換積分J為正前者指的是原子本征磁矩不為零；后者指的是要有一定的晶體結(jié)構(gòu)磁疇（domains）：鐵磁體中自發(fā)磁化至飽和的小區(qū)域磁疇壁（domain walls）：相鄰磁疇的界面，磁疇壁是一個(gè)過渡區(qū)，有一定厚度磁疇壁可分為兩種：一種為180磁疇壁，另一種稱為90磁疇壁技術(shù)磁化過程：外加磁場對(duì)磁疇的作用過程，也就是外加磁場把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場方向（或近似外磁場方向）的過程技術(shù)磁化是通過兩種形式進(jìn)行的：一是磁疇壁的遷移，一是磁疇的旋轉(zhuǎn)磁化曲線（OKB）和磁滯回線是技術(shù)磁化的結(jié)果剩磁Mr，矯頑力HC，C

6、D段稱為退磁曲線。退磁過程中M的變化要落后于磁化場強(qiáng)度H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象矯頑力HC的大小取決于疇壁反向遷移的難易程度。一般來說，遷移（磁化）和反遷移（退磁）進(jìn)行的難易是一致的，材料中的夾雜物等比較多，彌散度大，則遷移困難，反遷移也較難，HC就較大。反之，材料愈純，HC就愈小W = HdB 外界所做的功，只能是消耗在介質(zhì)中的能量，即不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，如熱能。這種損耗叫做磁滯損耗 磁晶各向異性：指不同晶體方向上磁的性能（如磁極化強(qiáng)度0M）不同磁化功：為了使鐵磁體磁化，要消耗一定的能量，它在數(shù)值上等于下圖中陰影部分的面積，稱為磁化功磁晶各向異性能：把從易磁化方向的磁化轉(zhuǎn)向難磁

7、化方向所需的功，用EA表示。磁晶各向異性能是磁化矢量方向的函數(shù)靜磁能：鐵磁體在磁場中的能量。它包括鐵磁體與外磁場的相互作用能和鐵磁體在自身退磁場中的能量，后一種靜磁能常稱為退磁能形狀各向異性：不同形狀的不同方向磁化行為不同的現(xiàn)象這一磁場與鐵磁體的磁化強(qiáng)度方向相反，起到退磁的作用，因此稱為退磁場減小退磁能是磁籌分割（分籌）的基本動(dòng)力磁致伸縮：鐵磁體在磁場中磁化，其形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為線磁致伸縮系數(shù)；W稱為體積磁致伸縮系數(shù)磁彈性能：如果物體在磁化時(shí)受到限制，不能伸長（或縮短），則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力（或拉應(yīng)力）。這樣，物體內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，稱為磁彈性能物體內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等都可能增加其磁彈性

8、能凡是與自發(fā)磁化有關(guān)的參量都是組織結(jié)構(gòu)不敏感。與成分、原子結(jié)構(gòu)、相組成有關(guān)，與相的結(jié)構(gòu)和成分有關(guān)，這些量稱為本征參量凡與技術(shù)磁化有關(guān)的參量都是組織結(jié)構(gòu)敏感的，這些參量為非本征參量，主要與晶粒的形狀和彌散度、位向及分布、點(diǎn)陣的畸變等有關(guān)加工硬化：引起晶體點(diǎn)陣扭曲，晶粒破碎，內(nèi)應(yīng)力增加，從而引起與組織相關(guān)的磁性改變晶粒細(xì)化：增大矯頑力和磁滯損耗，降低磁導(dǎo)率。3.3. 鐵氧體的結(jié)構(gòu)與磁性能鐵氧體磁性又稱為亞鐵磁性。尖晶石型、石榴石型、磁鉛石型、鈣鈦礦型、鈦鐵礦型和鎢青銅型等6種所有的亞鐵磁性尖晶石幾乎都是反型的陽離子出現(xiàn)于反型的程度，即x值不是尖晶石的內(nèi)稟性質(zhì)，而取決于熱處理?xiàng)l件。鐵氧體亞鐵磁性的來

9、源：金屬離子間通過氧離子而發(fā)生的超交換作用當(dāng)兩個(gè)金屬離子在O離子兩旁近似成180時(shí)，這兩個(gè)軌道重疊最大，超交換最強(qiáng)烈A-B型超交換作用導(dǎo)致了鐵氧體的亞鐵磁性當(dāng)A位或B位離子不具有磁矩時(shí)，A-B交換作用就非常弱，上述結(jié)論不適用石榴石的凈磁矩起因于反平行自旋的不規(guī)則貢獻(xiàn)磁鉛石型鐵氧體，六角晶系鐵氧體具有高的磁晶各向異性，故適宜作永磁鐵，它們具有高矯頑力3.4. 磁性材料及其應(yīng)用磁性材料按矯頑力Hc的大小分為兩類：矯頑力很小的軟磁材料和矯頑力很大的硬磁材料1.軟磁材料2.硬磁材料：又稱永磁材料，是用于制造各種永久磁鐵的磁性材料 HdBd稱之為最大磁能積最大磁能積是永磁材料的重要性能指標(biāo)之一，通常用來表征永磁體性能的優(yōu)劣：材料的(BH)max大，則在相同空氣隙條件下，可以得到高的磁場永磁材料要求必須具有高矯頑力HC、高剩磁Br、大的最大磁能積(BH)max3.磁致伸縮材料：是指隨磁化狀態(tài)變化而自身尺寸相應(yīng)改變的一類磁性材料稀土-鐵贗二元系，如TbFe2、SmFe2具有巨大的磁致伸縮效應(yīng)，其值為10量級(jí)，稱為巨磁致伸縮效應(yīng)4.磁記錄材料