第六章 材料的磁学性能2.ppt

铁磁材料的分子场理论 1907年，外斯 (Weiss) 在顺磁性理论基础上提出分子场理论，定性地解释铁磁材料的自发磁化现象。 分子场假说：铁磁材料在一定温度范围内(o K至T c)存在与外加磁场无关的自发磁化，导致自发磁化的相互作用力假定为材料内部存在分子场，其数量级大小为109A／m，原子磁矩在分子场作用下，克服热运动的无序效应，自发地平行一致取向； 磁畴假说：自发磁化是按区域分布的，各个自发磁化区域称为磁畴，在无外磁场时都是自发磁化到饱和，但各磁畴自发磁化的方向有一定分布，使宏观磁体的总磁矩等于零． 不是常数，M,B与H不是单值函数关系； 有剩磁现象，不可逆性； 有居里温度（ ）即：磁性转变温度 材料是否具有自发磁化形成磁畴的倾向与晶格中原子间距与它的3d轨道直径之比有关。 比值在1.4～2.7之间的材料，如铁、钴、镍等有形成磁畴的倾向，是铁磁性材料。 比值在1.4～2.7之外的材料，如锰、铬等虽然也有未成对的3d电子贡献的净磁矩，但由于没有自发磁化形成磁畴的倾向，故成为非铁磁性材料。 铁磁性材所能达到的最大磁化强度叫做饱和磁化强度，用Ms表示。 ?对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。 一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性或亚铁磁性。 所以，居里温度 是铁磁体或亚铁磁体的相变转变点， 铁磁态或亚铁磁态 顺磁态 铁磁体的居里温度 - 应用实例 ?利用这个特点，人们开发出了很多控制元件。 例如，我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。 所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。 各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。 宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。 也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。 任何铁磁体和亚铁磁体，在温度低于居里温度Tc时，都是由磁畴组成的。 磁畴是自发磁化到饱和（即其中的磁矩均朝一个方向排列）的小区域。 相邻磁畴之间的界线叫磁畴壁 磁畴壁是一个有一定厚度的过渡层，在过渡层中磁矩方向逐渐改变。 磁畴的线尺寸：通常约为1～100um（约1015个原子） 对于多晶体 可能其中的每一个晶粒都是由一个以上的磁畴组成的； 因此一块宏观的样品包含许许多多个磁畴； 每一个磁畴都有特定的磁化方向； 整块样品的磁化强度则是所有磁畴磁化强度的向量和。 M(B)与H的变化关系 开始M的增加比较缓慢 后来增加较快 最后达到Ms(饱和磁化强度) 纵坐标改为磁感应强度B，则对应于平衡值Ms的磁感应强度值称为饱和磁感应强度(Bs ） 磁导率μ随H的变化 磁导率μ是B-H曲线上的斜率 在B-H曲线上，当H→0时的斜率称为初（起）始磁导率μi 初（起）始磁导率是磁性材料的重要性能指标之一 磁滞损耗 磁滞回线所包围的面积表征一个磁化周期内，以热的形式所消耗的功(J/m3)。 最大的磁能积 (BH)max 它是磁滞回线在第二象限内磁感应强度和磁场强度乘积的最大值。 软磁材料主要应用 制造磁导体，变压器、继电器的磁芯(铁芯)、电动机转子和定子、磁路中的连接元件、磁极头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子计算机开关元件和存储元件等。 软磁材料的应用要求 要求软磁材料的电阻率比较高因为使用中除上述磁滞能量损失之外，还可能因磁场变化在磁性材料中产生电流（涡流）而造成能量损失。为了尽量减少后一种能量损失，要求磁性材料的电阻率较高，因此常用固溶体合金（如铁-硅、铁-镍合金）和陶瓷铁氧体作软磁材料。 硬磁材料主要应用 用于制造各种永磁体，以便提供磁场空间； 可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以及利用磁性牵引力的举重器、分料器和选矿器中。 铝镍钴合金硬磁材料 六方铁氧体硬磁材料 稀土永磁材料 一类是钕铁硼(Nd-Fe-B)系合金，是目前工业用硬磁材料最大磁能积最高者。其主要缺点是温度稳定性和抗腐蚀