材料结构与性能磁学性能.pptx

1;§3-1 磁性基本概念和物理量 一、磁性基本物理量 1、磁场 任何磁极和运动电荷或电流都能在其周围产生磁场，磁场的特性是能使其中的磁介质磁化，对在其中运动的电荷或载流导体产生作用力并对它们作功;;;4、磁化强度 磁化：任何物质（或磁介质）将其置于磁场中，都会表现出一定的磁特性，并对该处的磁场产生影响。磁介质可以根据其磁化特性进行分类。 ? — 磁化率，无量纲;;2、电子的磁矩 1）电子的循轨磁矩 ;2）电子的自旋磁矩 ;;二、物质的磁化特性及磁介质分类;1、抗磁性（diamagnetic） ，10-6~10-4数量级，与H、T无关的常数 2、顺磁性（paramagnetic） ，10-5~10-2数量级，与H无关 与T相关 3、铁磁性（ferromagnetic） ， 101~106数量级，与H呈非线性关系 与T相关 4、亚铁磁性（ferrimagnetic） ，100~103数量级 5、反铁磁性（antiferromagnetic）;第11页/共50页;;自由电子的顺磁性： ;抗磁性材料;;自由电子的抗磁性 源于自由电子因受到劳伦兹力的作用，而在垂直于外磁场的平面内作定向的环绕运动所产生的附加磁矩，该附加磁矩也总是反平行于外磁场 自由电子的抗磁磁化率： 自由电子的总磁化率：;五、铁磁性及其物理本质 物质中相邻原子或离子的磁矩，由于相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象 永久磁矩，来源于电子自旋 净磁矩，无外场条件下（如图） 磁畴，晶体中自旋取向相同的区域;反铁磁性（实例）：;亚铁磁性（实例）：;;磁滞：指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场强度 H之间呈现磁滞回线关系 剩磁Br：磁滞回线中，外磁场 减小为零时，铁磁质所具有的磁感应强度 矫顽力Hc：为使剩磁降低为零而施加的反向外磁场强度 磁致损耗：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。经一次循环，磁滞损耗等于磁滞回线的面积;硬磁、软磁材料;硬磁材料性能;2）磁各向异性和磁各向异性能 磁各向异性：外磁场对铁磁单晶体的磁化，在不同的晶向上，磁化的难易程度各不相同。容易磁化的晶向为易磁化方向，而难磁化的晶向为难磁化方向;磁化功：磁化过程中，外磁场对磁介质所作的功，代表外磁场在此过程中消耗的能量;3）磁致伸缩与磁弹性能 磁致伸缩：指磁介质被磁化时，其尺寸和形状发生改变的现象;4）几何退磁因子与退磁能 形状各向异性：磁介质磁化的难易程度收到外部几何形状影响的现象;2、铁磁质自发磁化的机理（铁磁质的自发磁化理论） 1）Wiss 铁磁性假说 分子场假说：铁磁质内部存在很强的分子场，在该分子场的作用下，原子磁矩趋向于同方向平行排列 磁畴假说：铁磁质内分布有若干原子磁矩同向平行排列的小区域（磁畴），各磁畴的磁化方向随机分布，彼此抵消，整体对外不显磁性 尽管Wiss理论并未揭示分子场的本质，但基本上正确描述了铁磁质的内部形态 铁磁质由磁畴组成，而磁畴是因某种场力作用，使原子磁矩同方向平行排列、磁化达到饱和状态的小区域 在无外磁场时，铁磁质内已自发磁化形成磁畴，只不过是因为方向紊乱而对外不显示磁性而已 如果把原子磁矩比作个体，磁畴比作团体，则顺磁质磁化是原子磁矩的个体行为，而铁磁质是磁畴的团体行为;2）自发磁化的条件 自发磁化：铁磁质不依靠外磁场（或仅依靠其内磁场），形成若干饱和磁化小区域（磁畴）的现象; 晶体结构条件（充分）： 原子磁矩同方向平行排列的“分子场”,实际上是晶体内相邻原子间电子自旋的交换作用，与其相对应的能量为交换能： ;3）磁畴结构及其成因 磁畴： 铁磁质内部自发磁化至饱和状态（原子磁矩同向平行排列）的小区域，自发磁化的结果 磁畴结构（磁畴组态）：磁畴的形态、尺寸、取向、畴壁类型、畴壁厚度及其组成形式 ① 磁畴结构 a）主畴：一般都为大而长的片状或棱柱状，通常沿晶体易磁化方向； 副畴：多为短而小的三角形，不保证都出现在易磁化方向 b）磁畴壁：相邻磁畴之间、自旋磁矩改变方向的过渡区 c）相邻磁畴通过主畴、副畴和磁畴壁组合形成自己封闭的磁回路 d）磁畴的尺度通常小于晶粒，畴壁不能穿越晶界;② 决定磁畴结构的因素 交换能最低：倾向于让所有自旋磁矩同方向平行排列，形成磁单畴 退磁能最低：倾向于让所有磁畴均形成封闭磁回路 磁弹性能最低：倾向于形成多数量、小尺寸、多方向、应变自恰的磁畴结构 磁各向异性能最低：倾向于让所有磁化方向均处于易磁化晶向;③ 磁畴壁结构及决定因素 布洛赫（Bloo