FH13-材料磁学性能.ppt

材料性能学 付华 石家庄铁道大学 第13章 材料的磁学性能 13.1 基本磁学性能 一、磁性来源： 二、材料的磁性分类 物质放入磁场中： 材料被磁化过程： 三、磁学基本量：磁化强度M与磁感应强度B 表13-1 一些常见材料在室温时的磁化率 13.2 抗磁性与顺磁性 M=χH 一、抗磁性 经典物理理论 拉摩尔进动（Larmor Precession） --产生附加磁矩 电磁感应(Electromagnetic induction) --附加磁矩 洛仑兹力（Lorentz force ） --附加磁矩 √ 量子力学理论 一、抗磁性 二、顺磁性 顺磁性来源于原子的固有磁矩 （存在未排满的电子层）。 13.3 铁磁性与反铁磁性 13.3.1 铁磁材料的物理本质——自发磁化 反铁磁性和亚铁磁性 ： 磁化率随温度的变化 13.3.3 磁畴结构 铁磁物质内， 分为若干自发磁化 小区域→→磁畴 （Donaim）。 13.3.4 磁化曲线与磁滞回线 （一）磁化曲线：3部分 （二）磁滞回线与磁化机制 1．磁化机制： 13.4 影响材料磁性能的因素 13.4.1 影响抗磁性与顺磁性的因素 13.4.2 影响铁磁性的因素 13.4.1 影响抗磁性与顺磁性的因素 2. 温度： 对抗磁性影响很小：相变/形成化合物，χ变化; 13.4.2 影响铁磁性的因素 自发磁化过程： 三、铁磁性的测量方法与应用 1．冲击法测磁化曲线和磁滞回线 13.5 磁性材料及其应用 13.5.1 软磁材料 电机和开关器件 表13-2 典型的软磁工程材料 13.5.2 硬磁材料 金属硬磁材料 碳钢 铁基合金 ：Fe-Mn-Ti ，Fe –Cr-Co 铝镍钴：AlNiCo 稀土永磁材料 ： SmCo5（1代） Nd-Fe-B ，R-Fe-C 系与R-Fe-N 铁氧体硬磁材料： （BaFe12O19） ，（Sr Fe12O19） Nd-Fe-B 磁能积： 铝镍钴：3～5倍 原子结构、合金成分与组织、相变； 温度 抗磁性： Rf Ac Ra Fr Rn At Po Bi Pb Tl Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf La Ba Cs Xe I Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Sr Rb Kr Br Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc Ca K Ar Cl S P Si Al Mg Na Ne F O N C B Be Li He H 0 Ⅶ Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱb Ⅰb Ⅷb Ⅶb Ⅵb Ⅴb Ⅳb Ⅲb Ⅱ Ⅰ 顺磁性： 氧/石墨。 惰性气体； 非金属元素形成分子； 金属Cu/Ag/Au 1．原子结构： 顺磁性： 居里定律： 居里-外斯定律： 铁磁性物质：T＞TN（θ）（居里温度） →→顺磁性，M~H呈线性关系。 3．相变与组织转变： 熔化、晶粒细化、加工硬化： 原子间距增大→抗磁性↓→顺磁性。 Cu：高度加工硬化：抗磁性→顺磁性。 涉及到原子间作用、结合力的因素， 对χ有影响（原子数量、轨道） 4．合金成分与组织 Cu3Zn5 中间相 技术磁化过程： 与成分、原子结构、晶体结构、相的性质与相对量有关 ， 与组织形态无关 。 组织不敏感参数：Ms，λs，K（磁各向异性常数），Tc 。 对组织敏感：Hc，Br，χ，μ。 Fe,Co,Ni →铁磁性。 1. 温度 T↑→→原子热运动加剧，原子间距↑， →→交换作用降低，自旋磁矩排列紊乱， →→Ms↓,Bs\Br\Hc↓。 2．形变与晶粒度 缺陷↑，内应力↑→→ 畴壁移动难，磁化与退磁过程困难→→对组织敏感的参数变化，对 Ms不影响。 （1）冷塑变： （2）织构： （3）细晶粒： 晶界阻碍畴壁移动与转动： μ↓，Hc↑ 冷轧硅钢片：100{001} 立方 织构磁化性能好。 应力状态较简单 3．固溶体与多相合金 （1）固溶体： 铁磁性金属 强顺磁性 铁磁性 抗磁性 或弱磁性 Ms↓,( 溶质的4s电子进入3d壳层，玻尔磁子数减少) Ms先↑后↓ 直线变化； Ni-Co合金，固有磁矩间交互作用增强→→Ms↑。 + 非铁磁性元素间：Mn+As/Bi/B/C/H/N/P/S/Sn/O/Pt →→A0,铁磁性；Cr+Te/Pt/O/S→→A0,铁磁性。 Fe-Co30是目前 Ms最高的合金。 Ms=2×106A/m (2) 化合物： 铁磁性金属 非金属元