磁性材料课件

第一章磁性材料第一讲概述磁介质——能与磁场产生相互作用的物质。磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化。不同磁介质磁化后对原外磁场的存在不同的影响一、磁场中的磁介质介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度

磁介质中的总磁感强度从实用的观点，根据磁化率χ（＝M/H）大小与符号，可分为五种：TO1、抗磁性

对于电子壳层被填满的物质，其磁矩为零。在外磁场作用下，电子运动将产生一个附加的运动（由电磁感应定律而定），出现附加角动量，感生出与H反向的磁矩。因此：

χd<0，且|χd|～10－5，与H、T无关。

实例：惰性气体、许多有机化合物、某些金属（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金属（如：Si、P、S）2、顺磁性

顺磁性物质具有一固有磁矩，但各原子磁矩取向混乱，对外不显示宏观磁性，在磁场作用下，原子磁矩转向H方向，感生出与H一致的M。所以，χp>0，但数值很小（显微弱磁性）。室温下χP：10－3～10－6。如：稀土金属和铁族元素的盐。TO其中：C为居里常数，TP为顺磁性居里温度。TO3、反铁磁性即在T＝TN（奈尔温度）时，χaf

最大。T<TN时，其内部磁结构按次晶格自旋成反平行排列，每一次晶格的磁矩大小相等、方向相反，故它的宏观磁性等于零，只有在很强的外磁场作用下才能显示出微弱的磁性。实例：过渡族元素的盐类及化合物，如MnO，CrO,CoO等O4、铁磁性内部原子磁矩按磁畴自发平行取向，有宏观磁性,只要在很小的磁场作用下就能磁化到饱和。其χf>0（约为10～106），有磁滞现象。当T>TC

时，铁磁性转变为顺磁性，服从居里－外斯定律。实例：3d金属Fe，Co，Ni，4f金属铽、铒、铥、钬、等以及很多合金与化合物。T>TC5、亚铁磁性

内部磁结构却与反铁磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亚铁磁性具有宏观磁性（未抵消的反铁磁性结构的铁磁性）。Χm>0，大小为1～103

典型代表为铁氧体。

前三种为弱磁性，后两种为强磁性，具有此二性的材料叫磁性材料，按其被应用的性能，磁性材料可分为软磁、永磁、旋磁、矩磁、亚磁五类）O5、超顺磁性

铁磁性材料做成微晶或非晶时将具有超顺磁性。大的微晶颗粒内部就会出现多畴结构，这种多畴结构可以有效降低静磁场能量。当尺寸再小（数十纳米到几个微米），微晶将成为单畴，此时多畴结构能量反而高。当尺寸再小，微晶仍为单畴，但磁化方向在热扰动下将会发生发转，从而失去铁磁性。在磁场的作用下的这些磁畴将沿着磁场方向排列，很像顺磁材料，但其磁导率极大，称为超顺磁材料。二.磁介质的磁导率和磁介质分类磁导率——描述不同磁介质的导磁性能真空磁导率介质的相对磁导率根据的大小和方向可将磁介质分为三大类（1）顺磁质（2）抗磁质（3）铁磁质介质的绝对磁导率三.磁介质磁化的微观机制分子圆电流和磁矩分子磁矩轨道磁矩自旋磁矩——电子绕核的轨道运动——电子本身自旋无外磁场有外磁场1.顺磁质的磁化无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。分子磁矩

在外磁场作用下分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。2.抗磁质及其磁化在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子绕核的轨道运动电子本身自旋外磁场场作用下产生附加磁矩电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。抗磁性是一切抗磁介质共同具有的特性。总与外磁场方向反向四：磁化强度矢量分子磁矩的矢量和体积元

意义:磁介质中单位体积内分子磁矩的矢量和.五.磁介质的磁化规律以及磁化率和磁导率磁化率引入相对磁导率引入绝对磁导率1.

磁导率μ=1+χ不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。

B

和H

不是线性关系。（一）铁磁质的一般规律2.

有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强接上一次4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。3.有磁滞,剩磁、磁饱和等现象。注意：铁磁物质磁化规律复杂，一般通过实验进行研究每种铁磁质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。.......矫顽力饱和磁感应强度剩磁（二）磁滞回线动画

由于磁滞，时，磁感强度，叫做剩余磁感强度(剩磁).

当外磁场由逐渐减小时，这种B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞.图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线图3铁磁材料µ与H关系曲线抗磁质顺磁质非常数，铁磁质归纳：磁滞损耗：在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞伸缩：铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。

（三）铁磁性材料分类及用途OO不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.O软磁材料硬磁材料矩磁材料

r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。用于作变压器的铁芯。继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。(1)软磁材料纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。(2)硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，矫顽力(Hc)大，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体临界温度(铁磁质的居里点)