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第二章 磁性功能材料
本章主要内容
磁学理论简介 —— 物质的磁性、磁性的基本物理量
磁性材料 —— 软磁材料、永磁材料
磁性材料的基本性能与应用
著名大学,研究所,公司
磁性材料——具有较强磁性的材料。
工业上最早应用的磁性材料:软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代: 非晶态、纳米晶软磁材料、稀土永磁材材料
计算机及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带;
电工产品:变压器、电机,以及通讯、无线电、电器、
各种电子装置
第一节 铁磁学基础
1.1 物质的磁性
(一) 磁矩 磁性的来源
(二) 基本磁参量
(三) 物质磁性分类
(四) 磁化曲线 磁滞回线
(五) 磁晶各向异性
(六) 磁致伸缩
1.2 磁化过程与技术磁参量
1.3 磁性材料分类
(一) 磁矩
一个圆电流的磁矩定义为:
i:电流强度
S:圆电流回线包围的面积。
其方向可以用右手定则来确定
1.1 物质的磁性
物 质
分 子
原 子
原子核
核外电子
原子磁矩主要来源于电子磁矩
物质磁性具有普遍性
电子的轨道磁矩
电子的自旋磁矩
原子磁矩
物质磁性
原子磁矩
=Σ
物质表现何种磁性
原子磁矩间相互作用
外加磁场的作用
第一节 铁磁学基础
1.1 物质的磁性
(一) 磁矩 磁性的来源
(二) 基本磁参量
(三) 物质磁性分类
(四) 磁化曲线 磁滞回线
(五) 磁晶各向异性
(六) 磁致伸缩
1.2 磁化过程与技术磁参量
1.3 磁性材料分类
(二)基本磁性参量
磁场强度(H):
磁化强度(M,σ):
磁感应强度(B):
电流强度为i的电流在一个每米有N匝线圈的无限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度 H 为:
距离永磁体r处的磁场强度 H 为:
m1为磁极的磁极强度,;r0是r的矢量单位;
单位体积磁性材料内原子磁矩的矢量和
物质在外磁场H 作用下,其内部原子磁矩的有序排列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部外磁场与附加磁场的和。
在真空中:
在磁性材料中:
磁化强度与外磁场的关系:
第一节 铁磁学基础
1.1 物质的磁性
(一) 磁矩 磁性的来源
(二) 基本磁参量
(三) 物质磁性分类
(四) 磁化曲线 磁滞回线
(五) 磁晶各向异性
(六) 磁致伸缩
1.2 磁化过程与技术磁参量
1.3 磁性材料分类
(三)物质磁性的分类
物质磁性分类
顺磁性
铁磁性
抗磁性
与外加磁场的关系
反铁磁性
亚铁磁性
⑴ 抗磁性
χ: -(10-5 – 10-6 )
抗磁性:
磁化率小于零,在外磁场的作用下产生一个与外磁场方向相反且很小的附加磁场,其值和温度无关。
抗磁性物质:He,Ne,Ar,H2,N2,C,Si,Ge等
(2)顺磁性
χ:10-4-10-5
原子磁矩的方向是紊乱的;在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列,使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场。
磁化率?虽小,但大于零。磁化强度随温度的升高而下降。
顺磁金属主要有Mo,Al,Pt,Sn等。
顺磁性:
(3)反铁磁性
χ:10-2-10-4
Cr、Mn以及含有Cr、Mn的一些合金是反铁磁性的。
磁化率和温度的关系在涅耳点(TN)有一转折。在TN点以下为反铁磁性,χ随温度升高而升高。在TN以上,χ随温度升高而下降,表现如顺磁性行为。
反铁磁性物质中有A、B两个次晶格,其原子磁矩反平行排列,且大小相等,自发磁化强度相互抵消,总磁矩为零。
反铁磁性:
铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
(4) 铁磁性
χ:102-106
在不大的磁化场下,该物质有较高的磁化强度,并达到饱和状态;
磁化率随磁场非线性变化;
饱和磁化强度随温度升高而下降,并在一定温度Tc(居里温度)下,铁磁性消失,变成顺磁性。
铁磁性:
铁磁性物质:
①Fe、Co、Ni等纯金属。某些稀土元素如Gd(钆gá)等
②含Fe、Co、Ni的合金及化合物;
③某些过渡元素组成的合金。
亚铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化
(5)亚铁磁性
χ : 102 – 106
也有两个次晶格,其自发磁化的磁矩方向相反,但大小不等,总的磁矩为两反平行排列磁矩的和,不为零。
大量使用的铁氧体
亚铁磁性:
物质磁性分类
顺磁性
被磁化后,磁化场方向与外场方向相同,χ:102 – 106
铁磁性
被磁化后,磁化场方向与外场方向相同,χ:10-4-10-5
被磁化后,磁化场方向与外场方向相反,χ: -(10-5 – 10-6 )
抗磁性
与外加磁场的关系
反铁磁性
被磁化后,磁化场方向与外场方向相同,χ:10-2-10-4
亚铁磁性
被磁化后,磁化场方向与外场方向相同,χ:
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