第十四讲 技术磁化ppt课件.ppt

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1、第三章材料的磁学性能顾修全本章内容基本磁学性能铁磁性铁磁体的技术磁化铁磁材料的测量与应用磁性材料的研究热点第三节铁磁体的技术磁化铁磁体内相互作用能磁畴技术磁化与磁滞回线影响铁磁性的因素1.铁磁材料的相互作用能相邻原子电子自旋的交换能磁晶各向异性能磁弹性能退磁场能外磁场能1)交换能2）磁晶各向异性磁晶能磁晶各向异性能磁晶各向异性常数来源于电子自旋与轨道的相互耦合作用及晶体电场效应。3)外磁场能4）退磁场退磁场材料的磁化状态，不仅依赖于它的磁化率，也依赖于样品的形状。有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后，表面将产生磁极，从而使磁体内部存在与磁化强度M方向相反的一种磁场，起减退磁化的作

2、用，称为退磁场Hd。其中N为退磁因子，只与磁体几何形状和尺寸有关。HHHd退磁场能退磁场能铁磁体在自身退磁场中的能量；静磁能=铁磁体与外磁场的相互作用能+退磁能对于非球形样品，沿不同方向磁化时退磁场能大小不同，这种由形状造成的退磁场能随磁化方向的变化，通常也称为形状各向异性能。退磁场能的存在是自发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。4）磁致伸缩磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，形状和尺寸都发生变化的现象。原因：当原子磁矩有序排列时，电子间的相互作用导致原子间距的自发调整引起的。磁致伸缩系数：磁弹性能：磁致伸缩效应将使材料内部产生拉（或压）应力，因而产生磁弹性能。磁弹性能饱和磁致伸缩

3、系数s：随着外磁场强度的增强，铁磁体的磁化强度增强，这时∣∣也随之增大，当磁化强度达到饱和值Ms时，=s，称为饱和磁致伸缩系数。对于一定的材料，s是一个常数。实验表明，对s>0的材料进行磁化时，若沿磁场方向加以拉应力，则有利于磁化，而加压应力则阻碍其磁化；对s<0的材料，则情况相反。也是一个具有各向异性的物理量，如单晶铁和单晶镍沿不同晶向磁化时，其值不同。磁致伸缩系数磁滞伸缩的内在机理自发形变（自发磁滞伸缩）场致形变（磁致伸缩）形状效应由于交换作用所引起的，当温度低于居里点时，由于交换相互作用产生自发磁化，同时将产生自发的磁滞伸缩。它是各向同性的，表现为体积的变

4、化。在居里点以下，磁矩的有序排列所表现出来的各向异性能。为了降低退磁能，样品的体积要缩小，并且在磁化方向上要伸长以减小退磁因子的一种现象。磁弹性能指在磁滞伸缩过程中，磁性与弹性之间的耦合作用能。分析表明，计入磁致伸缩后，在对形变张量只取线性项近似的情况下，磁晶各向异性能的形式并未发生变化，所变化的仅是各向异性常数的数值稍有改变。5）应力能当铁磁晶体受到外应力作用或者内部存在应力时，还将产生由应力引起的形变，从而出现应变能。第三节铁磁体的技术磁化铁磁体内相互作用能磁畴技术磁化与磁滞回线影响铁磁性的因素2.磁畴磁畴：未加磁场时铁磁体内部已经到饱和状态的小区域。特征：磁矩同方向。晶粒磁

5、畴壁：相邻磁畴的界限。晶界主畴、副畴180°畴、90°畴180°90°90°（a）（b）（c）磁畴壁的种类布洛赫壁磁偶极子的磁矩在畴壁法线方向的分量不变，磁偶极子是在畴壁面内旋转。尼耳畴壁磁矩垂直于膜面将会产生很大的退磁场，因此在畴壁中磁矩的过渡在膜面内进行，磁矩没有垂直于膜面的分量。磁畴壁的厚度W0N0NECrEK磁畴壁越厚，则壁的交换能ECr越低；但磁畴壁厚度的增加也将会导致磁晶能EK增加，使壁倾向变薄。畴壁能的最小值所对应的壁厚N0为平衡状态时壁的厚度。畴壁能=磁交换能+磁晶能当铁磁晶体形成磁畴时，虽然降低了退磁场能，但增加了畴壁能。对大块晶粒来说，后者比前者要小很多，因此

6、分畴在能量上是有利的。为了最大限度地减小退磁能，磁畴必须形成三角畴的封闭结构，即呈封闭磁路，这样可使退磁能等于零。磁畴的起因与结构磁畴结构类型的不同是铁磁质磁性千差万别的原因之一。以铁磁单晶体为例：磁畴的形成是能量最小原则的必然结果，即形成磁畴是为了降低系统的能量。磁畴结构受交换能、磁晶能、磁弹性能、畴壁能和退磁能的影响，平衡状态时的磁畴结构，应使这些能量之和为最小值。单晶体的磁畴结构示意图降低退磁能减小畴壁能减小磁弹性能不均匀物质中的磁畴多晶体中的磁畴示意图多晶体中的每一个晶粒都可能包含许多磁畴，整个材料内部磁通保持连续，形成闭合回路。就整体上来说，材料对外显示各向同性。若晶粒

7、尺寸逐渐减小，体系的自由能中畴壁能的比重增长，以至当其与因分畴而减小的退磁场能相比拟或超过它时，整个晶粒不分畴在能量上将更有利，这就是单畴颗粒。单畴颗粒的临界尺寸由晶粒自由能的极小值确定。通过计算得到的铁、钴、镍单畴颗粒的临界尺寸的数量级为10－2埃。磁单畴颗粒研究意义：制备低磁导率、高矫顽力的永磁材料。例如，采用粉末冶金法提高材料的矫顽力。磁泡第三节铁磁体的技术磁化铁磁体内相互作用能磁畴技术磁化与磁滞回线影响铁磁性的因素3.技术磁化和磁滞回线技术磁化的本质：外加磁场对磁畴的作用