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1、第五章 总结1、磁性的分类2、铁磁性的微观本质 自发磁化、磁畴、 物质磁性的起源 铁磁性产生的充要条件3、铁磁性材料的特性 自发磁化、磁畴 磁化曲线 磁滞回线,1、材料磁性分类,(1)抗磁性1）磁化强度M与H方向相反；2）磁化率 0 充分条件 （ 具有一定晶体结构）为什么温度升高铁磁性转变为顺磁性？1）温度升高，原子间距最大，交互作用降低；2）温度升高，热运动破坏了磁矩的同相排列（自发磁化）；3）当温度升高到TTc ，自发磁化不存在，铁磁性转变为顺磁性。,4、 铁磁性物质的基本特征,铁磁性物质的特性：自发磁化 磁畴 居里温度 磁滞回线,1、自发磁化：通过物质内自身某种作用将磁矩排列为有序取向的
2、现象，称为自发磁化。2、磁畴：磁性材料内部自发磁化的小区域。3、磁致伸缩：铁磁性物质在磁场中磁化，伴随着磁化，它的长度和体积同时发生变化。这种现象称为磁致伸缩。,铁磁体的磁化曲线,磁化曲线的三种形式,开始M的增加比较缓慢后来增加较快最后达到Ms(饱和磁化强度)纵坐标改为磁感应强度B，对应于平衡值Ms的磁感应强度值称为饱和磁感应强度(Bs ）,磁导率随H的变化磁导率是B-H曲线上的斜率在B-H曲线上，当H0时的斜率称为初（起）始磁导率i初（起）始磁导率是磁性材料的重要性能指标之一,M(B)与H的变化关系,磁导率随H的变化,c,起始磁化曲线为 oc ,当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线
3、返回，而是滞后于外磁场变化， 磁滞现象。,Hc,Br,Hc,当外磁场为 0 时，介质中的磁场并不为 0，有一剩磁 Br;矫顽力加反向磁场Hc，使介质内部的磁场为 0，继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。,磁化曲线形成一条磁滞回线。,结论,铁磁质的 不是一个常数， 它是 的函数。,B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应。,铁磁体的磁化曲线,铁磁体的磁化曲线,磁滞回线与 磁畴的关系磁滞现象的本质磁畴的迁移运动受到阻力,磁性流体指的是吸附有表面活性剂的磁性微粒在基载液中高度弥散分布而形成的稳定胶体体系。磁性流体不仅有强磁性，还具
4、有液体的流动性。它在重力和电磁力的作用下能够长期保持稳定，不会出现沉淀或分层现象。磁性流体由磁性微粒、表面活性剂和基裁液组成。,图525 磁性液体的组成 a） 磁性流体 b)吸附表面活性剂的磁性微粒 1-基载液 2-表面活性剂 3-磁性微粒,磁性微粒子功能材料,5.4 铁磁性物质的基本特征,铁磁性物质的特性：自发磁化 磁畴 居里温度 磁滞回线一、自发磁化,铁磁性物质内的原子磁矩，通过某种作用，克服热运动的无序效应，都能有序地取向，按不同的小区域分布。通过物质内自身某种作用将磁矩排列为有序取向的现象，称为自发磁化。,铁磁性基本特征,磁性材料内部自发磁化的小区域。每个区域内包含大量原子，这些原子的
5、磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。宏观物体一般总是具有很多磁畴，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，不对外显示出磁性。磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。,二、磁畴,对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。在临界温度Tc温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性或亚铁磁性。所以，居里温度 是铁磁体或亚
6、铁磁体的相变转变点，铁磁态或亚铁磁态 顺磁态,Tc,三、铁磁性材料的居里温度,铁磁性基本特征,四、铁磁性自发磁化的起源,铁磁性自发磁化起源于电子间的静电交换相互作用。静电交换相互作用主要由电子自旋磁矩产生 1）铁磁性产生的必要条件：原子的电子壳层有未被电子填满的状态。Fe 3d 4个未填满的状态 4Ni 3d 2个未填满的状态 2 产生较大磁矩Co 3d 3个未填满的状态 3Mn 3d 5个未填满的状态 5 不是铁磁性原子中存在未被电子填满的状态只是必要条件。不是充分条件,2）铁磁性产生的充分条件,根据键合理论，当原子相互接近形成分子时，电子云相互重叠，电子要相互交换位置。对于过渡金属，3d
7、状态与 s态能量相差不大，电子云相互重叠时，将引起s、d 状态的电子云重新分配。交换相互作用铁磁性产生的充分条件,铁磁性产生的条件,1、 原子内部要有未填满的电子壳层必要条件 （原子固有磁矩 不为零）2、 电子交换积分A0 充分条件 （ 具有一定晶体结构）为什么温度升高铁磁性转变为顺磁性？1）温度升高，原子间距最大，交互作用降低；2）温度升高，热运动破坏了磁矩的同相排列（自发磁化）；3）当温度升高到TTc ，自发磁化不存在，铁磁性转变为顺磁性。,铁磁体的磁化曲线,磁化曲线的三种形式,开始M的增加比较缓慢后来增加较快最后达到Ms(饱和磁化强度)纵坐标改为磁感应强度B，对应于平衡值Ms的磁感应强度
8、值称为饱和磁感应强度(Bs ）,磁导率随H的变化磁导率是B-H曲线上的斜率在B-H曲线上，当H0时的斜率称为初（起）始磁导率i初（起）始磁导率是磁性材料的重要性能指标之一,M(B)与H的变化关系,磁导率随H的变化,常用技术磁化量 B=0( H十M) =(1+x) =B/0H,起始磁导率最大磁导率 拐点K 处的斜率剩磁剩余磁化强度M r（磁感应强度Br）矫顽力Hc磁滞现象：在退磁过程中，磁化强度落后于磁场强度的现象。磁滞损耗：磁滞回线所包围的面积（磁化一周所消耗的功）,三、 磁各向异性与磁致伸缩,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别，即磁性随晶轴方向而异。这种现象称为磁晶各向
9、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。,铁磁单晶体在磁性上是各向异性的,1、磁各向异性,磁各向异性能,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 （537） 磁各向异性能：饱和磁化强度矢量在铁磁体中取不同方向而改变的能量。磁晶各向异性能与磁化强度矢量在晶体中相对晶轴的取向有关。 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，磁晶各向异性能最大。,2、磁致伸缩,铁磁性物质在磁场中磁化，伴随着磁化，它的长度和体积同时发生变化。这种现象称为磁致伸缩。磁致伸缩现象有三种：1）沿着外磁场方向尺寸大小的相对变化称为
10、纵向磁致伸缩；2）垂直于外磁场方向尺寸大小的相对变化称为横向磁致伸缩。3）铁磁体被磁化时其体积大小的相对变化称为体积磁致伸缩。 由磁致伸缩导致的形变一般比较小，其范围在10-510-6之间，虽然磁致伸缩引起的形变比较小，但它在控制畴结构和技术磁化过程中是一个很重要的因素。 TbFe2 机器人、传感器、驱动器（10-3）,磁致伸缩与外磁场的关系,铁磁体的磁致伸缩随外磁场的增加而变化，最终达到到饱和值s磁性材料的饱和磁致伸缩系数。磁致伸缩产生的原因： 由于每个畴内的晶格沿磁畴的磁化强度方向自发地形变，且应变轴随着磁畴磁化强度的转动而转动，从而导致磁体整体有一形变。,磁致伸缩的大小与外磁场的大小有关
11、,饱和磁化状态下的磁致伸缩系数s作为磁性材料的一个磁性参数。不同的材料的磁致伸缩系数s也是不同的： s0的称为正磁致伸缩正磁致伸缩是指沿磁场方向伸长，而垂直于磁场方向缩短，例如铁就是属于这一类。s0的则称为负磁致伸缩。负磁致伸缩则是沿场磁化方向缩短，在垂直于磁化方向伸长，镍属于这一类。,软磁材料的特征具有较高的磁导率和较高的饱和磁感应强度； 较小的矫顽力（矫顽力很小，即磁场的方向和大小发生变化时磁畴壁很容易运动）和较低磁滞损耗，磁滞回线很窄； 在磁场作用下非常容易磁化； 取消磁场后很容易退磁化,软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器
12、铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。,磁性材料,(二) 硬磁材料 硬磁材料又称永磁材料，难于磁化又难于退磁。主要特点 具有较大的矫顽力，典型值Hc104106A/m； 磁滞回线较粗，具有较高的最大磁能积(BH)max； 剩磁很大； 这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。 硬磁性材料如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。,磁性材料,习题,1、试述物质磁性的分类及其特点，并绘出磁化曲线。 2、自发磁化的物理本质是什么?物质具有铁磁性的充要条件是哪些？3、根据居里-外斯定律 ，说明磁化率与温度的关系。并在磁化率温度曲线上标出其代表的相应磁性。4、简述磁性材料的主要应用领域，说明其应用对磁性
13、能的要求。,材料的电性能的差别主要由其外层电子来决定，而外层电子由于受原子核和周围势场的影响，使电子分布在不同能带上，从而导致了不同材料电性能的差别。 理想完整的晶体在绝对零度时的电阻为零. 电阻的产生总是伴随着晶体的不完整性。为什么产生电阻？resistance （1）温度引起晶格的热振动加大，使晶格对自由电子的散射增大，产生电阻。thermal vibration （2）其它组元的加入及晶格畸变,引起晶格周期性势场的规律性和能带结构的改变等. crystal lattice aberrance,3-1材料的导电 性,1、载流子（carrier; charge carrier ） 导电性源于载流子在电场作用下迁移运动。电荷的定向运动产生了电流，电荷的载体称为载流子。 载流子是具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流。载流子: 电子、空穴、正、负离子、杂质。不同材料的载流子金属 自由电子 （电导率高 导电性好） 半导体自由电子、空穴离子固体自由电子、空穴、正负离子（室温绝缘体 T高 电导率大） （无机非金属）高分子材料 正负离子、杂质（导电性）,
