磁性材料与器件-第三章-技术磁化ppt课件.ppt

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1、第三章技术磁化3.1磁性材料的基本现象1、磁晶各向异性2、磁致伸缩3.1.1磁晶各向异性磁各向异性磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括:磁晶各向异性,形状各向异性,感生各向异性和应力各向异性等。在磁性物质中,自发磁化主要来源于自旋间的交换作用,这种交换作用本质上是各向同性的,如果没有附加的相互作用存在,在晶体中,自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在磁性材料中,自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向,该方向称为易轴。3.1.1磁晶各向异性同一铁磁物质的单晶体,其磁化曲线随晶轴方向不同而有所差

2、别,即磁性随晶轴方向而异。这种现象称为磁晶各向异性。沿铁磁体不同晶轴方向磁化的难易程度不同,磁化曲线也不相同。磁晶各向异性存在于所有铁磁性晶体中。3.1.1磁晶各向异性3.1.2磁晶各向异性能从能量角度,铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态,M-H曲线与M轴之间所包围的面积等于磁化过程做的功3.1.2磁晶各向异性能铁磁体从退磁状态磁化到饱和,需要付出的磁化功为:沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化时所增加的自由能不同,称这种与磁化方向有关的自由能为磁晶各向异性能。在易磁化轴方向上,磁晶各向异性能最小,而在难磁化轴方向上,磁晶各向异性能

3、最大。3.1.2磁晶各向异性能(1)立方晶系K1、K2为立方晶体磁晶各向异性常数,可通过实验来测定。i为MS对于x、y、z轴的方向余弦。xyzIs(123)[001][110][111][100]:1=1,2=0,3=0EK[100]=0[110]:EK[110]=K1/4[111]:EK[111]=K1/3+K2/273.1.2磁晶各向异性能Fe:易轴为[100]EK[100]=0EK[110]=K1/4>EK[100]K1>03.1.2磁晶各向异性能Ni:易轴为[111],难轴为[10

4、0]EK[100]=0EK[110]=K1/403.1.2磁晶各向异性能3.1.3磁晶各向异性等效场无外场时磁畴内的磁矩倾向于沿易轴方向取向,就好像在易磁化方向存在一个磁场,把磁矩拉了过去。它并不是真实存在的磁场,而是把磁晶各向异性能的作用等效为一个磁场作用。求法:磁体在磁晶各向异性等效场中的磁场能=磁晶各向异性能等效场六角晶体(易轴为[0001])立方晶体:易轴[100]易轴[111]3.

5、1.3磁晶各向异性等效场3.1.4磁晶各向异性常数H易磁化方向磁场转矩磁强计的原理是,当样品(片状或球状)置于强磁场中,使样品磁化到饱和。若易磁化方向接近磁化强度的方向,则磁晶各向异性将使样品旋转,以使易轴与磁化强度方向平行这样就产生一个作用在样品上的转矩。如果测量转矩与磁场绕垂直轴转过的角度关系,就可以得到转矩曲线,并由此可求得磁晶各向异性常数。3.1.4磁晶各向异性常数立方晶系(100)立方晶系(110)立方晶系(111)六角晶系3.1.5磁晶各向异性起源晶体场电子轨道角动量淬灭电子的轨道运动失去了自由状态下的

6、各向同性,变成了与晶格相关的各向异性电子云分布各向异性电子的自旋运动与轨道运动之间存在耦合作用电子轨道运动随自旋取向发生变化磁晶各向异性来源模型(a)磁体水平磁化时,电子云交叠少,交换作用弱(b)磁体垂直磁化时,由于L-S耦合作用,电子云随自旋取向而转动,电子云交叠程度大,交换作用强。3.1.5磁晶各向异性起源3.1.6磁致伸缩定义:磁性材料由于磁化状态的改变,其长度和体积都要发生微小的变化。线磁致伸缩:纵向磁致伸缩、横向磁致伸缩体积磁致伸缩很小,可忽略磁致伸缩系数:S:饱和磁致伸缩系数S>0正磁致伸缩;

7、S<0负磁致伸缩3.1.6磁致伸缩通过对材料施加拉应力或压应力,能引起材料的磁性能变化,即所谓的压磁效应,这是磁致伸缩的逆效应。H同磁晶各向异性的来源一样,由于原子或离子的自旋与轨道的耦合作用而产生。3.1.7磁致伸缩机理3.2磁畴结构单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图3.2磁畴显示磁畴结构的铁粉图形3.2磁畴24纯铁硅铁钴3.2磁畴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、退磁能和畴弹能的影响,平衡状态时的磁畴结构,应使这些能量之和为最小值。3.2.1

8、磁畴的成因3.2.1磁畴的成因为了最大限度地减小退磁能,磁畴必须形成封闭结构,即呈封闭磁路,这样可使退磁能等于零。退磁场能最小是形成磁畴的主要原因。单晶磁畴结构示意图3.2.1磁畴的成因3.2.1磁畴的成因实际情况中,还必须考虑其他一些因素比如交换能、磁晶各向异性能、磁致伸缩导致的磁弹性能等的影响。真实的磁畴结构由总能量的极小值来

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