第四章材料磁学性能[材料科学基础].pptVIP

4-4 材料的磁学性能 (magnetic properties);（2）磁化强度 A、磁化: 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不一，宏观无磁性；在外磁场作用下, 各磁矩规则取向，使磁介质宏观呈磁性－－－这就叫磁化 B、磁化强度: 外磁场中物质被磁化的程度. M＝Σm／ΔV, 物理意义：单位体积的磁矩 单位：A·m-1（即与磁场强度H的单位一致） 方向：由磁体内磁矩矢量和的方向决定 磁介质在外磁场中的磁化状态，主要由磁化强度M决定。磁化强度M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，因而磁化了的磁介质内部的磁感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存在时真空中的磁感应强度B。;介质;（4）磁化率 χ(magnetic susceptibility) M=（μr -1）H ＝χH ;2、磁性的本质 （1）电子的磁矩 (Magnetic moments) 电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 因为：电子的自旋磁矩 ＞＞ 轨道磁矩 所以：物质的磁性主要是由自旋磁矩引起的，每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子μB ，μB 是原子磁矩的单位（ μB ＝9.27×10－24A.m2） 孤立原子可以具有磁矩，也可以没有，这决定于原子的结构。 具有“永久磁矩” ：原子中有未被填满的电子壳层（自旋磁矩未抵消） 如铁原子（1s22s22p63s23p63d64s2）,其总的电子自旋磁矩为4μB 。 不具“永久磁矩” ：原子各层都充满电子（电子自旋磁矩相互抵消） 如锌(3d104s2)，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。 ;a/D ＞3时 交换能为正值，为铁磁性 a/D ＜3时 交换能为负值，为反铁磁性 a/D ＞ 5时 交换能趋向零;3、磁性的分类——根据材料磁化率χ的分类 （1）抗磁性(Ferrimagnetism)如：Cu，Ag，Au等 当磁化强度M为负时，固体就表现为抗磁性。 抗磁性物质的孤立原子（离子）的磁矩应为0，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生出一个磁矩，其方向与外磁场方向相反，表现为抗磁性。 在外磁场中，这类磁化了的介质内部，B小于真空中的B0 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率一般为-10-5 磁化率χ ＜0，相对磁导率μr ＜1，磁感应强度B B0 周期表中前18个元素主要表现为抗磁性，这些元素构成了陶瓷材料中几乎所有的阴离子，如O2-、F-、Cl-、S2-等。 ;（2）顺磁性(Diamagnetism) 顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。 无外加磁场：由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来没有磁性； 有外加磁场：每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示极弱的磁性。磁化强度M与外磁场方向一致，M为正。 磁化率很小，室温下约为10-5 顺磁性物质的磁性除了与磁场强度H有关外，还依赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比： x＝C/T，C：居里常数。 磁化率x＞0，相对磁导率μr ＞1 一般含有奇数个电子的原子或分子，电子未填满壳层的原子或离子，如过渡元素、稀土元素、锕系元素等都属于顺磁物质。;（3）铁磁性(Ferromagnetism) 抗磁和顺磁两种磁性物质，其磁化率绝对值都很小，因而属于弱磁性物质。 强磁性物质，如 Fe，Co，Ni 室温下磁化率可达103 数量级。 在较弱磁场内，铁磁性物质也可得到较高的磁化强度； 而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性； 磁化率x＞0（而且很大），相对磁导率μr ＞1 强磁性来源——很强的内部交换场，交换能为正值，而且较大 居里点温度Tc：铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过 Tc，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失 。Tc以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里—外斯定律： ;（4）亚铁磁体(Paramagnetism) 类似铁磁体，磁化率x值没有铁磁体大。如：磁铁矿（Fe3O4）。 晶体不同晶格内磁矩的反平行取向而导致的抵消作用不一，保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性。 （5）反铁磁性(Anti