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第7章金属的磁性能

金属及合金的磁性是很重要的一种物理性能，在

现代科学技术中应用得非常广泛。磁化率、磁导率以

及矫顽力等参量对组织、结构很敏感，而饱和磁化强

度和居里点等则只与合金相的数量和成分有关。因此，

可根据磁化率和矫顽力的变化分析组织的变化规律，

而根据饱和磁化强度和居里点对合金进行相分析，研

究组织转变的动力学。

7-1磁性的基本概念金属的抗磁性与顺磁性

一、磁性的基本概念

在真空中造成一个磁场，然后在磁场中放入一种

物质，人们便会发现，不管是什么物质，都会使其所

在空间的磁场发生变化。不同的物质所引起的磁场变

化不同。物质在磁场中，由于受磁场的作用都呈现出

一定的磁性，这种现象称为磁化。根据物质被磁化后

对磁场所产生的影响，可以把物质分为三类：使磁场

减弱的物质称为抗磁性物质；使磁场略有增强的物质

称为顺磁性物质；使磁场强烈增加的物质称为铁磁性

物质。任何物质都是由原子组成的，而原子则是由原

子核和电子所构成。近代物理证明，每个电子都在作

着循轨和自旋运动，物质的磁性就是由于电子的这些

运动而产生的。电子是有磁矩的，电子的磁矩是轨道

磁矩和自旋磁矩的矢量和。电子的循轨运动可以看作

是一个闭合的环形电流，由此所产生的磁矩称为轨道

磁矩μ：

i

式中l为轨道角量子数，可取0，1，2，3……（n-1），

它分别代表s,p,d,f层的电子态；μB为玻尔磁

子，是磁矩的最小单元，它等于

式中e和m分别为电子的电荷和质量；h为普朗克常

数。μ的单位为J/T。

B

电子绕自身的轴旋转，产生一个自旋磁矩，其方向平

行于自旋轴，其大小为:

式中S为自旋量子数，其值为+1/2。

原子核也有磁矩，不过它的磁矩很小，约为电子

磁矩的1/2000，故通常的情况可不予考虑。理论证明:

当原子中的一个次电子层被排满时，这个电子层的磁

矩总和为零，它对原子磁矩没有贡献。若原子中的电

子层均被排满，则原子没有磁矩。只有原子中存在着

未被排满的电子层时，由于未被排满的电子层电子磁

矩之和不为零，原子才具有磁矩。这种磁矩称为原子

的固有磁矩。

二、磁性的基本量

一个物体磁化的程度可用所有原子固有磁矩m

矢量的总和∑m来表示，单位为A·m2；单位体积的

磁矩称为磁化强度，用M表示，其单位为A·m-1。它

等于

当一个物体在外加磁场中被磁化时，它所产生的

磁化强度相当于一个附加的磁场强度，从而导致它所

在空间的磁场发生变化。这时，物体所在空间的总磁

场强度是外加磁场强度H和附加磁场强度M之和，H

的单位也是A·m-1。通过磁场中某点，垂直于磁场方

向单位面积的磁力线数称为磁感应强度，用B表示，

其单位为T（特斯拉），它与磁场的关系是

-7

式中μ为真空磁导率，它等于4π×10H·m-1。

0

物质的磁化总是在外加磁场的作用下产生的，因此，

磁化强度与外加磁场强度和物质本身的磁化特性有

关，即

M=χH

式中H为外加磁场强度；系数χ称为磁化率，无量纲。

它表征物质本身的磁化特性。

式中系数1+χ称为相对磁导率，用μr表示。它与材

料的本性有关，无量纲。磁导率用μ表示

B=µH或µ=B/H

三金属的抗磁性与顺磁性

金属被磁化后，磁化矢量与外加磁场的方向相反

称为抗磁性，抗磁性的特点是(磁化率)χ0。金属被

磁化后，磁化矢量与外加磁场的方向相同称为顺磁性，

即(磁化率)χ0。

通常，把实际测量所得到的磁感应强度或磁化强

度与外加磁场强度的关系曲线称为磁化曲线。它集中

反映了金属的磁性特征。抗磁与顺磁金属的磁化曲线

比较简单，见图7-1。曲线表明，它们的磁化强度与

磁场强度之间均呈直线关系，磁化率是很小的常数，

但磁化的方向相反。它们还有一个共同特点即磁化是

可逆的，当去除外磁场之后仍恢复到未磁化前的状态。

1抗磁性

金属的抗磁性来源于电子的循轨运动受外加磁

场作用所产生的抗磁矩。无论是电子顺时针运动，还

是逆时针运动