《材料的磁学性能》PPT课件

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1、第三章材料的磁学性能磁性不只是一个宏观的物理量，而且与物质的微观结构密切相关。它不仅取决于物质的原子结构，还取决于原子间的相互作用——键合情况、晶体结构。因此，研究磁性是研究物质内部结构的重要方法之一。本章主要介绍有关磁性理论、磁性的现象和磁性分析方法在材料研究中的主要应用。3.1材料的磁化特征及其基本参数3.1.1磁化现象及磁化强度磁化物质受到磁场的作用而表现出一定的磁性。能够磁化的物质。磁介质电磁学中物质磁化理论的两种观点：（1）分子环流观点。（2）等效磁荷观点。分子电流观点安培提出分子环流假说：物质中的每个磁分子都

2、相当一个环形电流，即是一个分子磁矩。无外磁场时：热运动、杂乱无章，不显宏观磁性。有外磁场时：沿磁场方向排列，显现宏观磁性。磁化强度：单位体积的总磁矩。等效磁荷观点材料的的每个磁分子就是一个磁偶极子。无外磁场时：热运动、杂乱无章，不显宏观磁性。有外磁场时：沿磁场方向排列，显现宏观磁性。磁极化强度：单位体积的总磁偶极矩。磁化强度和磁极化强度：μ0真空的磁导率。磁化率：磁化强度与外磁场强度的比值。与材料和温度有关材料磁化强度与外磁场强度和温度有关。3.1.2磁化率和磁导率磁化率介质磁化后必然影响介质所在处的磁场加入介质前的磁感

3、应强度。加入介质后的强度磁感应强度。令：则：磁导率材料内磁感应强度与磁场强度的比值。相对磁导率物质的磁性分类根据物质的磁化率，把物质的磁性大致分为抗磁体、顺磁体、反铁磁体、铁磁体和亚铁磁体。1.抗磁体：χ为负值，很小，约在10-6数量级。2.顺磁体：χ为正值，很小，约在10-3～10-6数量级。3.反铁磁体：χ为正值，很小。4.铁磁性体：χ为正值，很大，约在10～106数量级。5.亚铁磁体：χ为正值，没有铁磁性体大。物质的磁性分类、磁性特征及磁化机制？？？3.1.3磁化曲线和磁滞回线物质的磁化强度、磁感应强度、磁导率等磁

4、参量随磁场强度增大的变化曲线。磁化曲线铁磁体的三种磁化曲线铁磁性和亚铁磁性物质的磁化曲线与过程有关。抗磁、顺磁和反铁磁物质的磁化曲线与过程无关。饱和磁化饱和磁化强度饱和磁感应强度磁滞回线磁化强度或磁感应强度随磁场强度变化一周形成的闭合曲线。时，的状态退磁状态技术磁化从退磁状态直到饱和之的磁化过程。起始磁导率时的磁导率。最大磁导率弱磁场下工作的软磁材料，要求有较大的起始磁导率，信号变压器、电感的磁芯。强磁场下工作的软磁材料，要求有较大的最大磁导率。剩余磁化强度剩余磁感应强度矫顽力去掉磁场后的时所需要的退磁场强度铁磁和亚铁磁

5、材料在技术磁化过程中存在不可逆过程，磁场减小时和变化滞后。磁滞和随最大磁场强度的减小而减小。磁滞回线所围的面积。磁滞损耗通常所说的磁滞回线及其表征参数是指磁化强度随磁场强度的变化的曲线和参数。通过逐渐减小最大磁场的强度，可实现退磁。μ、Mr和Hc都是对材料组织敏感的磁参数，决定于材料的组成、显微组织、形态和分布等因素的影响。不同的磁性材料的应用范围也不同。具有小Hc值、高μ的瘦长形磁滞回线的材料，适宜作软磁材料。具有大的Mr和Hc、低μ的短粗形磁滞回线的材料适宜作硬磁(永磁)材料。而Mr／Ms从接近于1的矩形磁滞回线的材

6、料，即矩磁材料则可作为磁记录材料。3.2物质的磁性及其物理本质3.2.1原子磁性原子由原子核和核外电子构成，核外电子在各自的轨道上绕核运动的同时还进行自转运动。因此，分别具有轨道磁矩和自旋磁矩。OrbitalSpin轨道磁矩自旋磁矩原子核也进行自转运动也有其自旋磁矩，但与电子磁矩相比很小，通常被忽略。原子磁矩原子的磁矩主要由电子磁矩组成，而电子磁矩是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。原子中的电子按不同的壳层进行排列，当电子壳层被排满时电子的轨道运动和自旋运动占据了所有可能方向，电子总的角动量为零，电子的总磁矩为零。当某一电子壳

7、层未被排满时，这个电子壳层的电子总磁矩才不为零，该原子对外就要显示磁矩。3.2.2物质的抗磁性原子的磁矩为零的物质对外不显示磁性。但在外磁场的作用下原子的磁矩不再为零，对外表现出一定的抗磁性。抗磁性产生的原因电子的轨道运动在外磁场的作用下产生了附加磁矩。附加磁矩与外磁场方向相反，物质磁化后内部产生与外场方向相反的附加磁场，对外表现出抗磁性。磁化强度与磁场强度方向相反，磁化率χ<0。凡是电子壳层被排满了的物质都属于抗磁体。电子壳层未被排满了的物质，也具有一定的抗磁性，但不一定是抗磁体。3.2.3物质的顺磁性顺磁性物质的原子

8、或离子具有一定的磁矩，这些原子磁矩来源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁性物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率。O2、NO、Pd稀土金属，