《材料的磁学》PPT课件

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1、第三章材料的磁学3.1原子磁性及材料磁性3.2磁学量及材料磁性分类3.3铁磁性和亚铁磁性3.4自发磁化和技术磁化3.5磁性材料及其应用磁性与磁学磁性是原子及物质最基本的属性之一。广义上，一切原子及物质均具有“磁性”。材料的磁学：研究和阐明固体材料磁性起源、磁性结构及其联系的学科，促进对材料磁性的利用和开发。磁性材料基于材料磁学原理，开发的一类基础性功能材料。磁性材料已经形成了一个庞大的家族，按材料的磁特性来划分，有软磁、永磁、旋磁、记忆磁、压磁等；按材料构成来划分，有合金磁性材料，铁氧体磁性材料。3.1原子磁性及材料磁性1

2、.原子的磁性JJ耦合:各电子的L、S相互作用强，先耦合为该电子的总磁矩，再叠加为原子总磁矩；（Z>88)JJ+LS(Z=33~88)LS耦合:各电子的L、S相互作用弱，先各自耦合为总L、总S，再叠加为原子总磁矩；（Z<33)LS耦合:2.材料（固体）的磁性原子磁矩磁化强度铁磁性顺磁性宏观材料磁畴多晶组织微观宏观(2)磁矩（m）环形电流周围的磁场定价于磁偶极子周围的磁场3.2磁学量及材料磁性分类NSNS1.磁学量电场强度E电偶极距磁偶极矩(1)磁场强度H磁力矩:磁矩m在外磁场H中受到的磁场力距：静磁能：磁矩在外磁场作用下具有

3、的势能：(3)磁化强度M磁化：在外磁场作用下，材料内部随机取向的磁矩在磁力作用下旋转，沿外磁场一致排列，物质被诱导出宏观磁矩M，从而显示宏观磁性。磁化强度：HSSNN磁化率/系数M外加磁场H在介质中感应的磁场大小（磁力线密度）B，是磁化的综合结果。对于真空：对于磁介质：（4）磁感应强度B真空磁导率相对磁导率磁学及电学各基本参量的类比磁学参量电学参量磁化：磁介质在磁场中的变化磁场强度：（真空）磁化强度：磁感应强度：磁通密度磁化率：相对磁导率：绝对磁导率：极化：电介质在电场中的变化电场强度：（真空）极化强度：电感应强度：电通密

4、度极化率：相对介电常数：绝对介电常数：2.物质的磁性分类根据物质的磁化率，可以把物质的磁性大致分为五类。根据的关系，作出磁化曲线。（1）抗磁体在磁场中受微弱斥力。金属中一般简单金属为抗磁体。经典抗磁体：不随温度变化，如铜、银、金、汞、锌等。反常抗磁体：随温度变化，如铋、镓、锑等。（～10-6）（2）顺磁体（10-6～10-3）在磁场中受微弱吸引力。正常顺磁体：其随温度变化符合反比关系，如金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。与温度无关的顺磁体，如锂、钠、钾、铷等金属。（3）铁磁体（值很大，且与外磁场呈非线性关系变化）如铁、

5、钴、镍等。铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。此临界温度称为居里温度或居里点，用Tc表示。所以，居里温度是铁磁体或亚铁磁体的相变转变点。（4）亚铁磁体（值没有铁磁体那样大）磁铁矿、铁氧体都属于亚铁磁体。亚铁磁性材料：不同原子的磁矩反向平行排列，抵消后的剩余磁矩。（5）反铁磁体（是小的正数。）温度低于某温度时，它的磁化率同磁场的取向有关；高于这个温度，其行为像顺磁体。如、铬、氧化镍、氧化锰等。BaO·6Fe2O31磁化及磁滞回线不同物质磁学特性不同，主要特点表现在磁化曲线及磁滞回线上。1.磁化曲线的三种表达形式2.磁滞回

6、线：即为M－H或B－H变化规律曲线.磁滞现象：顾名思义即物质在磁场中的磁化存在某种阻滞，故M－H或B－H变化不是线性的（非线性）由图可看出：铁磁体磁化时，磁化强度M(B)与磁场强度H间不是简单的线性比例关系。2.3铁磁性和亚铁磁性H-M磁滞回线P-E电滞回线退极化曲线1）坐标2）曲线3）结构4）磁导率4）指纹磁滞回线：在正磁化－退磁－反磁化－退磁－正磁化完成一次循环，M-H曲线或B-H曲线构成一个封闭回路。磁滞现象：退磁过程中M的变化落后于H的变化，无法同时归零。本质是磁畴壁在运动中受到阻力，不可逆，很难恢复到原来的形状。

7、磁滞损耗/磁化功：磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，内因：克服交换能、磁弹性能。最大磁能积(BH)max第二象限内磁感应强度和磁场强度乘积的最大值。硬磁、软磁材料：硬磁：高Br、高Hc，软磁：低HC、高磁导率Fe,Co,Ni,NbFeB，硅钢，纯铁概括：7.2.2与磁化相关的能量磁化与磁畴活动有关，磁畴大小、形状、取向与铁磁体的磁晶各向异性能、退磁场能、磁弹性能、交换能等有关。这些能量对铁磁体的磁化结构和磁参量具有最重要的影响：组织结构：磁畴、晶体磁性性能：M、B、μini、Br、Hc等（1）磁晶各向异性能Ek

8、在单晶体的不同晶向上，磁性能（自发磁化）是不同的，称为磁晶各向异性，因此消耗的磁化功不同。[100][110][111]α、β、γ为M与三个晶轴的方向余弦，K0、K1、K2代表晶体各向异性常数。磁晶各向异性起源，可按自旋－轨道相互作用模型解释：一、电子轨道磁距产生的磁场对电子自旋运动作用，使轨道和自旋间