无机材料物理性能第5讲

无机材料的磁学性能,无机材料的磁学性能,物质的磁性磁畴与磁滞回线铁氧体的磁性与结构磁性材料,磁性磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩。其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积IS。,物质的磁性,物质的磁性,物质的磁性,磁矩在磁场中所受到的作用力在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩,为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情况可以写出:,磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。,磁感应强度B：外磁场作用下，材料内部的磁通量密度T或Wb/m2,物质的磁性,磁化强度M:外磁场H作用下，材料内部磁矩延外磁场方向排列而使磁场强化的量（A/m）。其数值为：“单位体积内感生磁矩的大小”,称为磁化率或磁化系数,磁导率材料特性常数，单位外磁场强度下，材料内部的磁通量密度（H/m）。,相对磁导率x：x=/o,V为样品的体积,若外磁场已知，则M可由力的侧定计算出。,磁化强度的测定可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力,物质的磁性,电子的磁矩电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起孤立原子的磁矩决定于原子的结构某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性,物质磁性的本质,磁介质的磁导率,常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能,抗磁性当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性Bi,Cu,Ag,Au等金属具有这种性质抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率一般约为-10-5，为负值外磁场使电子轨道改变，感生出一个与外磁场方向相反的磁矩陶瓷材料多数原子是抗磁性的,磁性的分类,磁性的分类,顺磁性无外加磁场时，原子无规则热振动，无宏观磁性；有外加磁场时，原子磁矩旋转，延外磁场择优取向，显示出极弱的磁性。顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为10-5过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质一般：抗磁性与顺磁性被认为没有磁性，原因：依赖外磁场且磁化率极小,磁性的分类,铁磁性有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达10-3数量级，这类物质的磁性称为铁磁性铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。无外磁场时，磁畴无序取向，M总=0外磁场作用下，磁畴沿外磁场取向，M总很大与顺磁性的最大区别：后者不会自发磁化形成磁畴饱和磁化强度：铁磁材料能达到的最大磁化强度Ms,磁性的分类,铁磁性铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为居里点其磁化率与温度的关系服从居里外斯定律,磁性的分类,反铁磁性反铁磁性物质大都是非金属化合物，如MnO。不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的,H,M,Fe,Co,Ni,Gd,Tb,Dy,等元素及其合金、金属间化合物。FeSi,NiFe,CoFe,SmCo,NdFeB,CoCr等各种铁氧体系材料（Te,Go,Ni氧化物）Fe,Co等与重稀土类金属形成金属间化合物（TbFe等)O2,Pt,Rh,Pd等，第一主族（Li,Na,K等），第二主族(Be,Mg,Ca),NaCl,KCl的F中心Cr,Mn,Nd,Sm,Eu等3d过渡元素或稀土元素，还有MnO、MnF2等合金、化合物等。,M,M,M,H,H,H,铁氧体的磁性与结构,铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料铁氧体与铁磁性物质的异同铁氧体的分类，有尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型等6种,铁氧体的磁性与结构,尖晶石型铁氧体所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件锰铁氧体约为80正型尖晶石，这种离子分布随热处理变化不大铁氧体磁性材料：反尖晶石结构M2+-Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混合,铁氧体的磁性与结构,亚铁磁性,由于铁氧体内总是含有两种或两种以上的阳离子，这些离子各具有大小不等的磁矩，反向占位的离子数目也不相同，因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导致的抵消作用通常并不一定会使磁性完全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为亚铁磁性或铁氧体磁性。,石榴石型铁氧体,稀土石榴石也具有重要的磁性能，其通式为：,式中M为稀土离子或钇离子，都是三价。,磁铅石型铁氧体,磁铅石型铁氧体的结构与天然的磁铅石相同，属六方晶系，结构比较复杂。,磁畴与磁滞回线,磁畴铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其中存在着磁畴（Domain）结构在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，因而在整体上净磁化强度为零每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴(能够自发磁化达到饱和的小区域)。不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就称为磁畴壁（厚度：0.1-0.01cm）。,磁畴,右图表示磁畴壁的移动和磁畴的磁化矢量的转向及其在磁化曲线上起作用的范围,磁畴,磁滞回线,图中Br称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消除剩磁，需加反向磁场Hc。Hc称为矫顽磁场强度，亦称“矫顽力”。加Hc后，磁体内B=0。,磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力用表示；生产上为了获得高磁导率的磁性材料，一方面要提高材料的Ms值，这由材料的成分和原子结构决定；另一方面要减小磁化过程中的阻力，这主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。,磁导率,铁氧体磁性材料,软磁材料(SoftMagneticMaterials)磁材料适合于交变磁场的器件，如变压器的铁芯，这时，铁芯的发热量少。此外，还可用于电机和开关器件（磁导体）,铁氧体磁性材料,硬磁材料的磁滞回