磁性材料A期末复习-SWUST

1、 当磁体无限小时，体系定义为元磁偶极子：指强度相等，极性相反并且其距离无限接近的一对“磁荷”磁矩：磁偶极子等效的平面回路的电流与回路面积的乘积单位体积的磁体内,所有磁偶极子的 jm或磁矩m的矢量和 叫做磁极化强度和极化强度磁场强度H (magnetic intensity)：(静磁学定义) 为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与正磁荷在该处所受磁场力方向一致。磁感应强度：描述磁场的物理量定义是磁化率：表征磁体磁化难易程度的物理量，定义为磁化强度与磁场强度之比磁导率：表征磁体磁性、导磁性及磁化难易程度的物理量磁化曲线：表征物质中磁感应强度B或者磁化强度M与磁场强度H之间的关系磁滞回线：在外

2、加磁场从正的最大到负的最大，在回到正的最大时，M-H、B-H多围成的图形抗磁性：最基本特征是磁化率为负值且绝对值很小c<0，| c |<<1畴壁位移：在有效场的作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H方向偏差较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化畴壁转动：在外磁场不等于零时，铁磁体磁畴内的磁矩一直相着外磁场H 方向转动。所有物质都具有一定的抗磁性，稀有气体：He,Ne.Ar,Kr,Xe 多数非金属和少数金属：Si,Ge,S,P, Cu,Ag,Au, 不含过渡族元素的离子晶体：NaCl,KBr, 不含过渡族元素的共价键化合物：H2,CO2,CH4 等 几乎所有

3、的有机化合物和生物组织： 水；顺磁性：最基本的特征就是磁化率为正值且很小0<c<<1，磁化率随温度的关系服从居里-外斯定律，在居里温度之上时，呈现顺磁性，低于居里温度，则表现为其他性质。过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd, Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 碱金属和碱土金属：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇数个电子的原子或分子： HCl,NO,有机化合物中的自由基 少数含有偶数个电子的化合物： O2,有机物中的双自由基等 铁磁性：基本特征：1.内部具有按磁畴分布的自发磁

4、化2. 具有很高的磁化率，可达3. 存在磁性转变的温度-居里温度，当温度低于居里温度时，呈现铁磁性，当温度高于居里温度时，表现为顺磁性。4. 在居里温度附近，比热存在反常5. 磁化过程中，磁化强度M与磁场强度H不是单一的函数关系，具有磁滞现象反铁磁性：基本特征：存在一个磁性转变温度，在这一点存在磁化率温度关系峰值。存在一次性转变温度（一般称为奈尔温度）低于奈尔温度表现反铁磁性，高于奈尔温度表现顺磁性。反铁磁物质主要是一些过渡族元素的氧化物、卤化物、硫化物， 如： FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS亚铁磁性：在磁结构的本质

5、上它和反铁磁物质相似，但宏观表现上却更接近于铁磁物质。当铁磁颗粒减小到临界尺寸以下(110 nm)，微粒的各向异性能远小于热运动能量，微粒的磁化矢量不再有确定的方向时，铁磁粒子的行为类似于顺磁性一样。这些磁性颗粒系统的总磁性叫做超顺磁性。退磁能：被磁化的非闭合磁体将在磁体两端产生磁荷， 如果磁性体内部不均匀，还将产生体磁荷，面磁荷和 体磁荷都会在磁性体内部产生磁场，其方向和磁化强度方 向相反，有减弱磁化的作用，我们称这一磁场为退磁场。形成自发磁化的小区域磁畴1.内禀矫顽力与磁感矫顽力之间的区别和联系矫顽力分为磁感矫顽力和内禀矫顽力，在磁化过程中，反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需加的反向磁场

6、强度称为磁感矫顽力，但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁化强度相互抵消（对外磁感应强度表现为零），；使磁化强度降为零所需加的反向磁场强度叫内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁性体退磁能力的一个物理量。2. 退磁场是怎么产生的？能克服么？如何今次那个退磁矫正？当一个有限大小的磁性体，在外场作用下磁化时，在他两端的自由磁极将出现一个与磁化强度方向相反的磁场即退磁场。退磁场的强度与磁性体的形状和磁极强度有关。能否克服：因为退磁场强度与磁体形状尺寸有关，短而粗的样品退磁场大，因此只要把样品做成长而细的形状就可以有效的减小退磁场。如何矫正：Heff=Hex-NM物质的磁性分为哪几类？各有什么特

7、点？1. 抗磁性：外磁场的作用下，原子系统获得与外磁场反向的磁矩的现象磁化率为负值且绝对值很小，磁化率不随温度和时间而改变，其磁化曲线为一直线2. 顺磁性：内部磁矩在物外磁场时处于混乱排列，磁化率为正，且很小约为10-3-10-6数量级，服从居里外斯定律，3. 反铁磁性：这类磁体磁化率某一温度存在最大值，该温度为奈尔温度TN，当TTN时，呈现顺磁性，服从居里外斯定律；当TTN时，呈现反铁磁性。4. 铁磁性：基本特征;a.内部存在按磁畴分布的自发磁化。B.磁化率很大一般103-106数量级；c.磁化过程M-H存在磁滞现象d.存在磁性转变温度-居里温度e.磁化过程存在磁致伸缩现象和磁晶各向异性。5

8、. 亚铁磁性：其宏观磁性与铁磁性一直，磁化率比铁磁性略小，1-103数量级。最显著的不同在于内部磁结构不同。磁性材料分为几类？各有什么特点？1. 软磁材料：极容易磁化又容易退磁的材料主要特征：a.具有较高的饱和从感应强度和低的剩余磁饱和强度b高的初始磁导率和最大磁导率c.低的矫顽力d.低的铁损，高的电阻率2. 永磁材料a.经外磁场磁化后去除外磁场以后较长时间保留较高剩余磁性主要特性：1.较高的矫顽力2.高的剩余饱和磁感应强度3.高的最大磁能积4.高的稳定性3信磁材料：在信息技术中获得应用的磁性材料4. 特磁材料：具有各种特殊功能和各种特别功能的磁性功能材料磁畴：铁磁体内部自发磁化的区域畴壁：；

9、两个磁畴之间的过渡层3-2什么是磁晶各向异性和磁致伸缩？它们产生的机理是什么？磁晶各向异性：磁化曲线随晶轴方向不同而有所差别，存在于所有的铁磁性晶体中产生机理：电子自旋运动与轨道运动存在耦合，电子轨道运动随自旋运动发生改变,育有电子云的取向各向异性，因此电子运动在不同取向时，电子云交叠成都和交换作用都不同，这样磁体从不同方向磁化时需要不同的能量，这就是次各向异性的起源磁致伸缩：磁性材料由于磁化状态的改变，其长度或体积发生改变的现象产生机理：原子或离子自旋与轨道耦合作用材料的磁化机制有几种？各有什么特点两种：畴壁位移和磁畴转动畴壁位移：在有效场的作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H

10、方向偏差较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化。畴壁转动：在外磁场不等于零时，铁磁体磁畴内的磁矩一直相着外磁场H 方向转动。外磁场的作用是导致磁畴转动的原因及动力磁损耗通常包括几类？各有什么特点？涡流损耗 磁滞损耗 剩余损耗涡流损耗：影响因素：交变磁场的频率f以及厚度d的平方成正比，电阻率成反比磁滞损耗：与铁磁体的矫顽力有关，一般通过减小铁磁体的矫顽力二降低磁滞损耗。剩余损耗;尺寸共振损耗、畴壁共振损耗、自然共振损耗影响因素及减小办法：扩散离子浓度以及产品的成分和制备工艺4-1对软磁材料基本性能要求有哪些？1. 高的饱和磁感应强度2.高的初始磁导率和最大磁导率3. 低的矫顽力4.低的功

11、率损耗和高的电阻率5.高的稳定性4-2提高软磁材料的起始磁导率的途径有哪些？1. 提高饱和磁感应强度2.减小磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数3. 降低内应力4.控制晶粒尺寸大小5.材料的之织构化4-3软磁材料分为哪几类？金属软磁材料 1.电工纯铁：起始磁导率300-500 最大磁导率 6000-12000 矫顽力：39.8-95.5A/m应用场合：用于制造电磁铁的铁芯和磁极，电工用纯铁之恶能在直流磁场下工作 2.硅钢片：具有很高的初始磁导率，电阻率和很高的温度稳定性。用途：广泛用于电动机发电机 变压器等。3坡莫合金：弱场才非常高的磁导率，。磁性能可调性大；容易加工应用范围：铁芯材料 磁屏蔽材料

12、脉冲变压器材料 等4铁硅铝合金：具有大的起始磁导率（3510），极高的最大磁导率（160000），应用范围：厂常常加工成粉末铁氧体软磁材料：磁特性：1.高起始磁导率 2.高品质因子 3.高稳定性 4.高截止频率具有良好的高频特性主要用途：通讯设备 测控仪器 宽屏黛变压器 微型低频变压器非晶态软磁材料：磁特性：1、没有长程有序®磁晶各向异性常数K1为零2、结构组织均匀，不存在晶界和析出物®高起始磁导率mi3、存在短程有序®磁致伸缩系数不为零4、电阻率较大，约为晶态合金的3倍以上，We小，可用高频5、各向同性特点®强度高，韧性较好，耐腐蚀性强用途：高功率脉冲

13、变压器 航空变压器 开关电源纳米晶软磁材料：高饱和磁化强度、高初始磁导率、低矫顽力和高稳定性典型应用：功率变压器 脉冲变压器等4-4常用金属软磁材料有哪些，他们有什么特点，分别有那些应用？4-5常用的铁氧体软磁材料有那些？MnZn、NiZn、MgZn等尖晶石型铁氧体以及Co2Z等平面六角型铁氧体MnZn特性：起始磁导率可达40000，价格低廉。平面六角型铁氧体截止频率高，适合用高频领域4-6与传统晶态材料相比，非晶态软磁材料有什么优势，如和制备？1、没有长程有序®磁晶各向异性常数K1为零2、结构组织均匀，不存在晶界和析出物®高起始磁导率mi3、存在短程有序®磁致伸

14、缩系数不为零4、电阻率较大，约为晶态合金的3倍以上，We小，可用高频5、各向同性特点®强度高，韧性较好，耐腐蚀性强制备方法：1.气相沉积法 2.液相冷却法 3.高能粒子注入法4-7为什么说纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展？纳米晶软磁合金如和制备，有哪些典型应用？此类合金的优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感应强度和钴基费劲合金的高磁导率、低损耗、低成本的特点。制备方法：非晶i晶化法应用：功率变压器 脉冲变压器，高频变压器等 硬磁材料5-1永磁材料的基本性能要求有那些？1. 剩余磁感应强度2.矫顽力Hc3.最大磁能积（BH）max要高4. 材料稳定性要高5-2如何提高永磁材料的

15、剩磁和矫顽力Hc？提高剩磁的方法;1.定向结晶 2.塑性变形 3.磁场成型 4.磁场処理提高矫顽力的方法：利用畴壁的不可逆转动和不可逆位移。可以适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状和离散度，同时应选择高磁晶各向异性的材料，或是增加内应力的起伏，选择高磁致伸缩材料5-3永磁材料分类：1金属永磁材料 2.铁氧体永磁材料 磁性能：综合磁性能较低 原料丰富 性价比高 应用：电极 电声 3.稀土永磁材料很高的磁晶各向异性和磁致伸缩系数 因此具有较高的矫顽力SmCo5化合物的磁性能：很高的磁晶各向异性常数K1=1519×103kJ/m3（来源于其六角晶体结构和稀土元素的高磁晶各向异性）；高居里温度

16、（来源于4f和3d电子的强耦合作用）；较高的最大磁能积（200kJ/3左右） SmCo5永磁合金用烧结法制造，工艺流程为熔炼®破碎®磁场成型®烧结®热处理®加工®充磁；由于SmCo5容易氧化，所以熔炼、破碎、烧结、热处理等工序都要在Ar气等惰性气体中进行第二代Sm2Co17合金在高温下是稳定的Th2Ni17型六角结构，在低温下为Th2Zn17型的菱方型结构（较为复杂）在Sm-Co系金属间化合物中，Sm2Co17的饱和磁化强度MS和居里温度TC均比SmCo5更高，有希望开发磁性能更高的永磁材料，同时若用Fe取代Co可使合金的MS和(BH

17、)max进一步提高； 缺点：Sm2Co17合金的磁晶各向异性不够大，难以获得高矫顽力，很难成为实用的永磁材料 Sm2Co17型永磁合金的磁能积达240kJ/m3，它的居里温度高达850 °C ，剩磁可逆温度系数为-0.036/°C左右，不可逆损失也很小，到150 °C仍低于2，在磁温度稳定性上可与铝镍钴合金相媲美。第三代铝铁硼四方结构，晶格常数a = 0.882 nm，c = 1.224 nm；每个单胞包含4个Nd2Fe14B，共68个原子，其中6种Fe晶位，2种稀土晶位和1种B晶位；沿c轴有6层不同的原子面，第一、四层是含Nd、Fe、B原子的面，其余各层只有Fe原子；Fe原子层面不平行于c面，稍微有些倾斜，而且被含Nd、Fe和B的原子的面隔开成为位相错开一半再转90°的上下两部分；B原子占据6个Fe原子构成的三角柱体的中心位置A、居里温度TC较低B、各向异性很强C、饱和磁化强度很高Nd2Fe14B相的基本磁性参数是：居里温度TC » 582 K，室温各向异性常数K1 = 4.2 MJ/m3, K2 = 0.7MJ/m3，室温饱和磁化强度MS = 1.61 T