磁性材料与超导材料

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1、第二章磁性材料与超导材料第一节磁性材料具有强磁性的材料称为磁性材料。磁性材料具有能量转换，存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。5000年前：天然磁石(Fe3O4)2300年前：天然磁石，“司南”，指南仪1086年：沈括，《梦溪笔谈》，指南针1119年：朱或，《萍洲可谈》，罗盘，航海1405-1432年：郑和，指南仪，航海1488-1521年：哥伦布，伽马，麦哲伦，指南仪，航海发现磁学发展史十七世纪

2、：英国，威廉.吉伯，《磁体》十八世纪：法国，库仑，库仑定律十九世纪1820年：丹麦，奥斯特，电流产生磁场1831年：英国，法拉第，电磁感应现象1873年：英国，麦克斯韦，统一电磁理论1899年：法国，居里，居里温度，磁性转变二十世纪1905：法国，郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。1907：法国，外斯提出分子场理论，扩展了郎之万的理论。1921：奥地利，泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。美国，康普顿提出电子也具有自旋相应的磁矩。1928：英国，狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀

3、自旋和磁矩，并与德国物理学家海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在，奠定了现代磁学的基础。1936：苏联，郎道完成了巨著“理论物理学教程”，其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章。1936-1948：法国，奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念和理论。1967：奥地利，斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁体(SmCo5)，从而揭开了永磁材料发展的新篇章。1974：第二代稀土永磁Sm2Co17问世。1982：第三代稀土永磁Nd2Fe14B问世。1990：原子间隙磁体Sm-Fe-N问世。199

4、1：德国，克内勒提出了双相复合磁体交换作用的理论基础，指出了纳米晶磁体的发展前景。⑴磁性材料的分类①按化学组成分类金属磁性材料、非金属(铁氧体)磁性材料②按磁化率大小分类顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性③按功能分类软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、压磁材料、泡磁材料、磁光材料、磁记录材料⑵磁化强度M宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成。当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显示的磁性最强。当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显示磁性。宏观磁体单位体积在某一方向的磁矩称为磁化强度M

5、：M=∑原子/V⑶磁化率及磁导率任何物质在外磁场作用下，除了外磁场H外，由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一个附加的磁场M。在物质内部外磁场和附加磁场的总和称为磁感应强度B。B=o(H+M)o--真空磁导率=M/H--磁化率=B/H--磁导率①铁磁性物质具有极高的磁化率，磁化易达到饱和的物质。如Fe，Co，Ni，Gd等金属及其合金称为铁磁性物质。磁矩的排列与磁性的关系铁磁性m=10-2~106磁场⑷磁性的起源②亚铁磁性物质磁矩的排列与磁性的关系亚铁磁性m=10-2~106磁场如铁

6、氧体(M2+Fe23+O4)等，是一些复杂的金属化合物，比铁磁体更常见。它们相邻原子的磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度。③顺磁性物质存在未成对电子→永久磁矩。La，Pr，MnAl，FeSO4·7H2O，Gd2O3…；在居里温度以上的铁磁性金属Fe,Co,Ni等。居里温度由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度(Tc)。顺磁性m=10-6~10-5磁场磁矩的排列与磁性的关系④反磁性物质不存在未成对电子→没有永久磁矩。惰性气体，不含过渡元素的离子晶体，共价化合物和所有的有机

7、化合物，某些金属和非金属。磁矩的排列与磁性的关系反磁性m=-10-5~-10-6磁场⑤反铁磁性物质FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO，各种锰盐以及部分铁氧体ZnFe2O4等，它们相邻原子的磁矩反向平行，而且彼此的强度相等，没有磁性。反铁磁性m=10-2~10-5磁场磁矩的排列与磁性的关系⑸磁性材料（按功能分）硬磁性材料外磁场撤去后，不易去磁，具有很强的剩磁应用：永磁体软磁性材料外磁场撤去后，容易去磁，没有明显的剩磁应用：电磁铁退磁原来有磁性的物体，失去磁性的现象方法：（1）高温（2）剧烈振动（3

8、）逐渐减弱的交变磁场的作用稀土永磁材料钴基永磁材料铁基永磁材料:代表是R-Fe-B，如NdFeB1:5型R-Co，R代表稀土，如：SmCo52:17型R-Co，R代表稀土，如：Sm2Co17下面重点介绍一下永磁NdFeB，其典型合金成份为Nd15Fe8B771983年日本住友特种金属公司和美国GM公司几乎同时研制出NdFeB合金。后来又用Co替代部分Fe，提高居里温度；用Dy或Tb取代部分Nd，提高矫顽力，改善磁