材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编第四章第六讲.ppt

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1、4-4材料的磁学性能magneticpropertiesofmaterialsWhataremagneticfieldstrength.magnetization,fluxdensity,permeabilityandmagneticsusceptibility?Twosourcesofmagneticmomentsinmaterials.Thenatureandsourceofdiamagnetism,paramagnetismandferromagnetismDomainandmagnetichyst

2、eresis;whyferromagneticandferrimagneticmaterialsexperiencemagnetichysteresis;Softandhardmagneticmaterials.4-4材料的磁学性能(magneticproperties)4-4-1物质的磁性1、磁学基本量（1）磁矩——表征磁性物体磁性大小的物理量。m电子轨道磁矩电子自旋磁矩物体本身特性方向：右手法则大小：I△S单位:A.m2（2）磁化强度(Magnetization)A、磁化:外磁场,各磁矩规则取向，宏观

3、呈磁性B、磁化强度:外磁场，物质被磁化的程度M＝Σm／ΔV,物理意义单位：A·m-1方向：矢量和C、磁感应强度真空B。＝。H。B磁感强度（Wb·m-2）(magneticfluxdensity)H磁场强度（A·m-1）(magneticfieldstrength)磁导率，4×l0-7（H／m）(亨/米）(permeability)µB波尔磁子，9.27×1024A·m2.Bohrmagneton,D、磁化率χ(magneticsusceptibility)M=（μr-1）H＝χH介质2、磁性的本质（

4、1）电子的磁矩(Magneticmoments)电子的自旋磁矩（spin)＞＞轨道磁矩(orbital)孤立原子具有“永久磁矩”有未被填满的电子壳层不具磁性原子各层都充满电子（2）“交换”作用不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生的特殊相互作用铁磁性物质晶体结构原子间距a/D＞3时交换能为正值a/D＜3时交换能为负值，为反铁磁性3、磁性的分类——根据材料磁化率的分类（1）抗磁性(Ferrimagnetism)M＜0Bi，Cu，Ag，Au磁矩应为0；x＜0，μr＜1外磁场中，感生一个磁矩，与外磁场方向相反抗

5、磁性来源——原子轨道中电子轨道的变化（2）顺磁性(Diamagnetism)原子内部存在永久磁矩无外磁场，宏观无磁性；有外磁场，显示极弱磁性。磁化率很小室温下约为10-5：x＝C/T。C：居里常数。x＞0，μr＞1过渡元素、稀土元素、钢系元素。（3）铁磁性(Ferromagnetism)强磁性物质，Fe，Co，Ni室温下磁化率可达103。较弱磁场较高的磁化强度；外磁场移去保留较强磁性；x＞0，μr＞1强磁性来源——很强的内部交换场基本特征-------自发磁化居里点温度Tc，自发磁化强度变为0，铁磁性消失

6、Tc以上，材料表现为强顺磁性。居里—外斯定律(Curietemperature)M＞＞H（4）亚铁磁体(Paramagnetism)类似铁磁体，x值没有铁磁体大。磁铁矿（Fe3O4）。晶体不同晶格内磁矩的反平行取向而导致的抵消作用不一，保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性。（5）反铁磁性(Antiferromagnetism)由于“交换”作用力负值，电子自旋反向平行排列，整个晶体M＝0。a/D＜3任何温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象。4-4-2磁畴与磁滞回线(DomainandHyster

7、esisloop)1．磁畴——物质内部存在的自发磁化的小区域。磁畴结构形成的原因——为保持自发磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达最低值，因而分裂成无数微小的磁畴；10-9cm3。各磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，形成闭合磁路，对外不显磁性。磁畴壁)；相邻磁畴间的过度层。厚度，一般10-5cm(domainwall)2．磁滞回线——铁磁材料的一个基本特征磁化曲线(Hysteresiscurve)C点BsMsHssaturationmagnetizationBr剩余磁感应强度remanence,orreman

8、entfluxdensity,退磁过程中的变化B落后于H的变化H为交变磁场材料的磁滞损耗与回线面积成正比硬磁具有大磁滞回线和剩磁的铁磁性材料(Hardmagneticmaterial)软磁具有小磁滞回线和小能量损耗的铁磁性材料(Softmagneticmaterial)矫顽力Hc消除Br为零的反相磁场(coercivity)4-4-3金属材料的磁学性能1．金属的抗磁性和顺磁性来源于原子磁性电子轨道磁矩Pl＝（e／2m）L自旋磁