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1、材料物理性能教师：陈国钦联系电话：13895774009电子邮件：chenguoqin@hit.edu.cn办公地址：哈尔滨工业大学科学园C3栋505第六章材料磁性能6.1磁学基本量及磁性分类6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性6.3磁性材料的自发磁化和技术磁化6.1磁性基本量及磁性分类1.磁学基本量：1）磁场强度H：一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线，在距导线轴线r米(m)处产生的磁场强度：2）磁偶极矩m：环形电流在其运动中心处产生一个磁矩（或称磁偶极矩)：3)磁感应强度B：材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在材料内部产生一定的的磁通量密度，称
2、其为磁感应强度B。单位：特斯拉（T），或韦伯/米2（Wb/m2)，或（VS/m2）式中：u为磁导率，是材料的本征参数，表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用下，材料内部的磁通量密度。在真空中μ0为真空磁导率，μ0=4п×10-7（H/m)(A/m)(A•m2)6.1磁性基本量及磁性分类1.磁学基本量：4）相对磁导率μr：5）磁化率X：6)磁化强度M：当M，B与H相互平行时，X和μr为标量，否则，它们为多阶张量。磁感应强度还可写成：材料的宏观磁性是组成材料的原子中电子的磁矩引起的，产生磁矩的原因有两个(1)电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成
3、一个沿旋转轴方向的轨道磁矩；(2)电子绕自身的旋转轴运动，产生自旋磁矩，它比轨道磁矩要大得多。因此可以把原子中每个电子都看作一个小磁体，具有永久轨道磁矩和自旋磁矩。1）H(A/m)---E(V/m):导致极化的外部驱动力的量度；2）B(VS/m2）----P(C/m2)：材料对外部作用场的响应的量度；3)X（）-----------Xe无量纲，描述材料对外部作用场的响应；4）μ0---------------ε0建立材料的相应参数和尺度参比量2.磁性参数与介电参数的比较6.1磁性基本量及磁性分类例：将Al磁化到磁感应强度与地球的磁感应强度相同(6×10
4、-5T)，Al的磁化率X=16.5×10-6），求施加的外部磁场强度。6.1磁性基本量及磁性分类3.物质的磁性分类：根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的性质与强度，将材料分为5类：与外部无响应（基本）：抗磁性顺磁性X≤1反铁磁性与外部磁场有强烈的相互作用：铁磁性X≥1亚铁磁性6.1磁性基本量及磁性分类4.抗磁性/顺磁性1）抗磁体：内部磁场M与外部磁场H的方向相反（X<0,10-6),它们在磁场中受微弱的斥力。可分为：“经典”抗磁体：X与T无关Cu,Ag,Au,Hg,Zn“反常”抗磁体：X与T有关Bi,Ga,In,Zr-Cu(其X是前者的10~100倍
5、）注：电子绕原子核的轨道旋转对物质的抗磁性有贡献，电子的自旋可能对顺磁性有贡献。组成物质的原子具有完全填满的电子壳层，具有抗磁性。在填满的壳层中，正负电子自旋的电子数相等，来自自旋运动总的磁矩为0，例：大多数的离子键晶体和共价键晶体，几乎全部在机化合物，惰性气体。6.1磁性基本量及磁性分类4.抗磁性/顺磁性2）顺磁体：磁化率X为正值，约为10-3~10-6,它们在磁场中受微弱的引力。可分为：正常顺磁体：X∝1/TPt,钯，奥氏体不锈钢，稀土金属X与温度无关的顺磁体：Li,Na,K,Rb（1）源自未填满的内电子壳层中那些未成对的电子具有的磁矩，绝大多数的
6、过渡金属和稀土金属具有顺磁性。（2）具有奇数个电子的原子或点阵缺陷。6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性1.铁磁性X>>1,在较低的温度下，铁磁物质中相邻原子磁偶极矩之间的交换作用，其强度可以克服热起伏的影响，结果没有外部磁场的作用下，相邻的偶极子也彼此整齐的排列。例：纯铁---B0=10-6T时，其磁化强度M=104A/mFeSO4(顺磁性），B0=10-6T时，其磁化强度M=0.001A/m具有铁磁性的物质满足以下条件：1）内层电子未填滿，2）未填满的电子层有较小的轨道半径3）未填满的电子层的电子能带很窄上述条件在Fe,Co,Ni的3d能带及稀土金属的
7、4f得到满足：6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性1.铁磁性居里温度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，物体变成铁磁性的。 居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性2.
8、磁化曲线特征：非线性的，Ms:饱和磁化强度；Bs:饱和磁感应强度(1)起始磁导率（ui):磁化
