流年搁浅476铁磁质的特性及其应用--正文

1、铁磁质的特性及其应用摘要：铁磁质材料被普遍的应用于人们的社会生活和生产中。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，其主要有三个特点：高导磁率、非线性和磁滞。工程技术中仪器设备，大的如发电机和变压器，小的如电表铁心和录音机磁头等。 都要用到铁磁材料。对铁磁质特性研究，能够指导它的应用，为现代技术的发展 提供借鉴。一般磁介质可以分类三类，分别为铁磁质、顺磁质以及抗磁质，而铁 磁质乂因为矫顽力的大小不同，将铁磁材料分成软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。关键词：铁磁质；磁介质；特性；应用摘要. 1 1关键词. 1 1目录. 2 21.1.绪论. 3 31.11.1 研究背景. 3 31.21.2 磁性材料

2、的特性及分类. 5 51.2.11.2.1 磁性材料的概述. 5 51.2.21.2.2 铁磁质的特性. 6 62.2. 铁磁质的应用. 9 93.3. 结论与启示. 1212参考文献. 13131.绪论1.1研究背景生命科学、信息科学和材料科学已成为 2121 世纪新技术革命的三大支柱学科。 国民经济的各部门和高技术领域的发展都一定会受到材料发展的制约或推动.材料科学技术为建设现代工业和农业提供基础物质保障，为传统产业的转型和高技 术产业的崛起提供关键技术，也为国防建设提供重要的基础物资保证.其实，新材料的发展水平已经成为度量一个国家高技术水平高低和综合国力强弱的重要 标志，新型材料的出现和

3、发展往往会给科学技术的进步，乃至整个社会的发展和经济的提升产生重大的影响，使人类的主观能动性跟高，把人类支配自然的能力 提高到一个更高的水平。材料一般可以粗略的划分为功能材料和结构材料。 功能材料涉及的范围非常 广泛，一般指那些具有特定物理、化学或生物学性质的材料。根据能量的转换， 它可以作为一种把输入能量传涕或转换成其他形式能量的功能元件.一般说来，材料的结构性以原子尺度内部不发生变化为特征，以力学性能为主要要求，用以制造各种机器零件和工程结构的一类材料。，而材料的功能性通常为原子内部的 电子以至原子核问的交互作用而表现出来的特性 .例如，材料的磁性决定丁原子 中次壳层电子是否被填满以及它们

4、之间因“交换作用”产生不同原子取向的结果. 因而有抗磁体、顺磁体和铁磁体之别。由丁微观结构的差异 .材料的铁磁性中乂 可区分为永磁、软磁、矩磁和旋磁等。功能材料按材料的主要使用性能大致可分为 9 9 种类型：电学功能材料、磁学 功能材料、光学功能材料、声学功能材料、力学功能材料、热学功能材料、化学 功能材料、生物医学功能材料、核功能材料。这些功能材料还可按在具体应用中 所发挥的效能和作用进一步分类在这些功能材料中磁性材料的应用非常广泛，己经从传统的技术领域发展到高新技术领城；从社会生产扩大到白姓家庭：从单纯 破学范围.拓展到与磁学相关的交义学科领域，其广度和深度比其他功能材料都 要大得多。就进

5、性材料直接应用的领域看，可以概括为家用电器、自动控制、仅 器仪表、通讯、电力、信息、能源、生物工程、空间研究、海洋研究、军事以及 科学研究等方面.就与磁性材料相关的学科来看.如生物磁学、地磁学、天休磁学、原子核磁学、基本拉子磁学乃至丁徽波磁学、磁流体学、磁勘探、磁化学等。从 以上的讨论可以看到，磁性材料在工农业生产、日常生活和现代科学技术各个领 域都有着重要的应用，进性材料已经成为功能材料的一个重要分支。因此，从研 究物质破性及其形成原理出发，探讨提高磁性材料性能的途径、开拓磁性材料新 的应用领城已经成为当代磁学的主要研究方法和内容 .对磁性现象的认识可以追溯到遥远的古代 131131 我国是

6、最早发现和应用这一 现象的国家。早在春秋时代的管子、战国时代的吕氏春秋中就有关于“慈 石”和“慈石召铁”的记载，在大约公元前 4 4 世纪乂有关于天然磁铁矿（即 Fe304Fe304） 的记载，在公元前 3 3 世纪，我国发明了指南器（司南）。国外关于磁性的记载，始 见于公元前 6 6世纪希腊人泰利斯的著作。对磁性现象的深入理解是从丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应开始的。 法国物理学家安培在对电流之间的相互作用进行大盘研究的基础上提出了“分子电流”是物质磁性起源的假说， 这一假说对于后来理解原了的磁性有互要的愈义。1831831 1年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应定律，使人们对进与电的内

7、在联 系有了更深入的认识。对磁性体本身内在规律的研究始于 1919 世纪末. .法国物理学家居里在这方面 做了开创性的工作。他不但发现了铁磁性存在的临界沮度（后来称为居里温度）， 确立了在临界温度以上顺磁进化率与温度的关系，还在总结大最实验结果的基础 上指出了抗磁性和顺磁性的存在并提出居里抗磁性定律和居里顺破性定律。尔 后，朗之万将经典统计理论应用于具有固定原子磁矩的系统，导出了居里定律。 对顺磁性做了唯象解释.不久，外斯乂在朗之万理论的墓础上提出了两个假说 ：分子场假说和磁畴假说。后来，这两个假说被发展成为研究物质铁磁性的两大分 支。然而，关于原子具有一定大小磁矩的假说在经典物理学的范围内是

8、无法接受 的.因为范列沮己经证明了 ：从经典力学出发的统计物理学不可能得出存在着平 均磁矩的结论。因为在任何磁场中，材料的磁矩恒等于零，而与电子在材料中具 体的运动形式无关。换句话说，如果材料中的电子遵循经典物理学定律， 则外加 磁场与任何材料中的电子之间无相互作用。这就是说经典物理学既不能阐明抗磁 性， 也不能闸明顺磁性，更不能阐明铁磁性。1.2磁性材料的特性及分类1.2.11.2.1 磁性材料的概述磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、磁电式仪表、 电子汁算机、徽波器件等各方面技术要求的金届、合金以及铁氧体化合物材料。 进性材料和磁学不但在现在有多方面的发展和重要应用，而且

9、也有悠久的历史和 广泛的应用领域。磁现象广泛存在与自然界之中，从微小的基本粒子到宏观的宇宙天体， 无不 具有磁性.严格地说，一切物质都有磁性，只是强弱程度不同而已.从微观本质上 说，物质的磁性都来源于原子中的电子自旋磁矩 .大盆的科学研究表明，任何物 质都具有磁性，只是有的磁性强，有的磁性弱；任何空间都存在磁场，只是有的 磁场高，有的磁场低！1919 世纪以前，只认为极少数物质有磁性，其他绝大多数物质都无磁性. .到 1919 世纪中叶，在自然科学特别是电学和进学发展的基础上， 从科学实验中观侧到所 研究的物质在磁场中都会受到磁力的作用， 一些物质受到的磁力很弱，而且受力 方向是在磁场强度减弱

10、的方向，好像是对抗磁场的作用，因此把这种磁性称为抗 磁性：另一些物质受到的磁力虽也很弱，但受力的方向却是在磁场强度增强的方 向，好像是顺着磁场的作用，因此把这种磁性称为顺磁性：只有少数物质，如铁、 钻、锐和它们的一些合金才在磁场中受到很强的磁力吸引作用.由于这些物质的强进性首先是在铁和含铁合金中观侧到的，因此称这种磁性为铁磁性.目前大量应用的是强磁性物质。简称进性材料.磁性材料包括铁磁性材料、业铁磁性材料 和旋磁性材料，例如各种金届磁性材料是铁磁性材料， 多种氧化物磁性材料是业 铁磁性材料.19.19 世纪末到 2020 世纪初，一些物理学家总结了大最的物质磁性试验 结果，提出了若十物质磁性的

11、规律和理论.例如，居里抗磁性定律，居里顺磁性 定律，朗之万顺磁性理论，外斯铁磁学学说等.正是这些物质磁性的规律和理论，大大促进了磁性材料在实际中的应用和进一步的发展。目前磁性材料几乎已进入到人类活动的各个领域， 并已成为现代化电力和电 子工业的重要基础。磁性理论及其应用，也在自然科学领域中成为重要的分支。 特别是对磁有序与非磁因素棍合的研究，如磁电效应、磁热效应及磁弹效应等等。 乂将磁性理论及应用推向了新深度和广度， 使其成为探索物质结构有关信息的重 要手段.并与信息的获得、传愉和存储提供新的更加有效的途径.磁性材料是功能 材料的重要分支.利用磁性材料$1.,$1.,成的磁性之器件其有转换、传

12、递、处理信息、 存储能最节约能源等功能。广泛地应用于能源电信、自动控制、通讯、家用电器、 生物、医疗卫生、轻工、选矿等领域，尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组 成部分，信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向 发展，从而对磁性材料提出了更高的标准.要求磁性材料制造的元器件不仅大容 量、小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久性、抗震动和低成本的特点，特别 是纳米材料在信息技术领域日益显示出具有的重要性。铁氧体磁性材料在国防及其他领域中的应用日益广泛。徽波信息对人类的 生活优化具有重要的作用。但是，徽波辐射对人类的身心健康存在着不可忽视的 危害.近年来，铁氧体磁性材料在微波吸

13、收及磁记录方面发挥了重要作用，显示 了巨大优势.铁氧体徽波吸收剂在吸收雷达波、减少电磁波对侧试信号的十扰和 保护人体免受徽波辐射的侵害方面得到了广泛应用；铁氧体磁性材料以其离频损 耗小、密度高、耐磨及寿命长等优点而倍受宵睐。1.2.21.2.2 铁磁质的特性在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质。磁介质在磁场作用下的变化叫做磁化。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，铁、 钻、锐及其许多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）都届于铁磁质。铁磁质的主要特 点有三个方面：高导磁率；非线性；磁滞。高磁导率是铁磁质应用特别广泛的主要 原因。从铁磁质的性能和使用方面来说，它主要按矫顽力的大小

14、分为软磁材料 和硬磁材料两大类：矫顽力很小的叫做软磁材料，矫顽力很大的叫做硬磁材料， 矫顽力小就意味着磁滞回线狭长，它所包围的“面积”小，从而在交变磁场中的 磁滞损耗小；矫顽力大说明磁质回线接近矩形，它所包围的“面积”大，从而在 交变磁场中的磁滞损耗大。对于铁磁材料的磁滞损耗可以计算出来，当磁场强度 变化完整的一周期时，每立方米的总能量损失是由磁滞回线的面积来代表的，每个周期的这种能量损失可更具体地用数学表示为：隹赖二（磁滞回线而积）：二I术X同从上式可看出，磁滞回线的面积越大，磁滞损耗越大。铁磁性，是指一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象的性质。 什么 是自发性的磁化现象？简单的说，对丁

15、某种材料而言，他们受到外界磁场的影响 而被磁化，然而当外部磁场取消之后却依然能够保持这种磁性，那么我们就说， 这种材料具有自发性的产化现象， 也就是具有铁磁性了这样说来，就可以很容 易地把永久磁铁和这种性质相联系吧？是的，永久磁铁都具有铁磁性或业铁磁性。 在磁场的作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒介叫做磁介质。磁介质在磁场作用下的变化叫做磁化。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，铁、 钻、锐及其许多合金、稀上族金届（在低温下）以及含铁的氧化物（如 Cr0Cr0 2 2）等铁 介质都届丁铁磁质.磁场对磁场中的物质的作用称为磁化， 在磁场中影响原磁场的物质称为磁介 质。磁化后介质内部的磁场

16、与附加磁场和外磁场的关系为 （B B 是总磁感强度，BoBo 是外加磁感强度，BB是附加磁感强度）: :B=玖 +8B 外0顺磁质（镒、豁、钮、氧，氮等）B 5（匕0抗磁质（铜、铉、硫、氢、银等）B-。I铁磁质（铁、钻.镣等）（1 1）顺磁质的磁化顺磁体的特征是组成这些物质的原子具有包定的与外磁场无关的磁矩，在无 外加磁场（H H =0=0）时，由丁热运动的扰乱作用，这些包定的原子磁矩没有特定的取 向，只有引入和加大磁场时，磁化强度才开始产生并逐渐增长。如果磁场不很强，（ x fiH ）以致分供休的磁拒 u u 在磁场中的能最与它们的平均热能 kTkT 相比鲍1时小，即灯顺磁体的磁化强度随外磁

17、场的值成比例的增长顺磁磁化率X.按照居里定律随着沮度而变化其中，上式中 C C 是居里常数。这个规律最早是由朗之万用经典的热力学方法导出，他没有考虑原子之间的相互作用， 只认为每个分子具有固有磁矩声， 类似 丁理想的由磁针组成的经典气体，他推出的顺磁磁化率X Xm为3kT T但只有少数几种顺磁体( (如 0202 , , NO)NO)准确符合这个定律，大多数顺磁体服从 丁更为复杂的居里一外斯定律；Cr + A常数可以大丁零，也可以小丁零。某些铁族金届( (如 Sc,Ti,Ba,Cr)Sc,Ti,Ba,Cr)，某些稀土金届( (如 La,Ce,Pr,Nd,SmLa,Ce,Pr,Nd,Sm ) )

18、,某 些过渡族元素的化合物 (如 MnSO4.MnSO4. 4H20),4H20),金城 Pa,PtPa,Pt 以及某些气体(如 02,NO,NO202,NO,NO2 ) )都届丁顺磁性物质。(2)(2)抗磁质的磁化抗磁体和顺磁体统称为弱磁性物体，弱磁性仅在具有外磁场的情况下才能 表现出来.并随磁场增大而增强。抗磁性物质的主要特点是 X Xm 0,0,即它在外磁场中产生的磁化强度与磁场反 向.如果进场不均匀，这类物质的受力方向指向磁场减弱方向.抗磁物质的磁化率 不随着温度的变化而变化.抗磁物质的起因是电磁感应，即原子的电子轨道运动 在磁场 N N 中产生电磁感应效应，同时电子壳层就得到拉莫尔旋

19、进附加角速度由丁这个附加角速度产生的附加磁矩4m可得：上式中,e e 是电子电荷,m m 是电子的静止质盆：A A 是电子轨道面在垂直丁磁场平面 上的投影面积：NONO 是真空磁导申.AM.AM 的方向与磁场方向相反，所以是抗磁性，式中的抗磁磁化率。(3)(3)铁磁质的居里点所有铁磁性物质都存在着铁磁性消失的沮度. .称为居里温度.以 T T c c 表示.当 沮度低丁 T T c c 时，它呈现铁磁性：当温度高丁 T T c c 时呈现顺磁性.当温度高丁 T T c c 时，自发磁化被破坏，铁磁性消失。进一步研究表明，当温度通过居里点时，某 些物理量表现出反常行为，如比热突变、热膨胀系数突变

20、、电阳的温度系数突变2.铁磁质的应用(1)(1)硬磁材料在正弦交流电路中，产生随时间而周期性变化的磁场，由丁硬磁材料所包围 的磁滞回线的“面积”大，使磁畴来回翻转产生大量的磁滞损耗，而使散热问题 难以解决。硬磁材料(永磁体)也是在外磁化场去掉后仍保留一定的剩余磁感应强 度 B B 的材料，各种电表、扬声器、电话机、计算机等都需要这种特性的永磁体。 永磁体的另一作用是在它的铁心中产生一个稳定的磁场。可以证明，当气隙中的磁场强度和气隙的体积给定之后，所需磁铁的体积与磁能积(BH)(BH)成反比。所以BHBH 大，就可以使磁铁本身的体积缩小，这不仅可以节省磁性材料，还对器件的 小型化有着特殊的意义。

21、(2)(2)软磁材料；是磁滞回线包围“而积”小的铁磁材料，在正弦交流电路中，变化的电流产 生变化的磁场，由丁软磁材料的磁畴在来回翻转过程中，磁滞损耗小，热损小， 散热问题容易解决，常用它做电机、变压器、镇流器的铁芯。而在制造电磁继电 器时，也利用了软磁材料这一特性，电磁式继电器依靠电磁吸力使本衔铁动作， 稀放时则要靠与吸力方向相反的反力作用。 反力部位由反作用弹簧、触头、铁自 重等构成。电磁式继电器正常工作时，衔铁吸合，吸力作用大丁反力作用，但是 我们发现电磁式继电器在正常工作时，会产生振动和噪音，这是什么原因呢？当交流电接入交流电磁继电器吸引线圈时， B=BassinetB=Bassinet

22、 产生，根据电工基础知识 有F吸二4 x 10一迎SF吸二4SX icrx- tfraSmM1-点叫=4Sx 1O-20忒I )从上式可以看出，当时,F,F 吸=0,=0,此时 F F 吸F F 反,衔铁开始释放， 当 F F 吸F F 反,衔铁乂被吸合， 从而使衔铁产生振动， 发生噪音, ,为此, , 必须采取有效措施消除振动与噪音。常用方法是在铁芯端部开一个槽，槽内嵌入短路铜环，当吸引线圈通入交流电后，根据愣次定律，在短路环中产生感应电流，CDCD而该感应电流会产生一个新的磁通阻碍原磁通的变化，而使被短路环CjiCji匕二中+0- 变成 -,未由短路环包围的那部分包围的磁通由e 、_cti

23、k=+(-中)磁通由变成原来铁芯中的 4 4 和014SME 一斗十上，、十 L-在短路环的作用变成和一.其大小不等，相位不同，此时的 F F 吸也由原 F F 吸 1 1 和 F F 吸 2 2 合成为 F F 吸，由丁 F F 吸 1 1 和 F F 吸 2 2 不同时为零, , 使得 F F 吸始终大丁零。如果 F F 吸F&F&那么衔铁会被铁轴牢牢吸住，不会产生振动 和噪音, ,但实际上很难做到 F F 吸F F 反始终成立,因而这种方法只让电磁式继电器 的噪音大为减小。还可以选用另一种方法，消除电磁继电器的振动和噪音，可以利 用桥式整流电路获得直流电，经过整流后的电流

24、是非正弦周期函数，满足狄里赫 时条件，可以展开为傅立叶级数，但这时交流成分还较大，再进行滤波，滤波后电 流的脉动性很小，其交流成分小丁直流量的 5%5%整流滤波电路如图 1 1。然后将获得的直流电通入电磁继电器的铁芯，应付支产生一个脉动性很小的 B B，从而很容易满足 F F 吸F F 反，利用这种方法就可以完全消除振动与噪音，使电磁 继电器在正常工作过程中成为无声继电器。如图 1 1(3)(3)距磁材料；铤镁铁氧体，铿铤铁氧体等。磁滞回线呈矩形，在两个方向上的剩磁可用丁 表示计算机二进制的“。和“1,1,可适合丁制成“记忆”元件。另外，利用铁磁质的磁致伸缩效应，可用来做换能器，在超声及检测技术中 大有作为。3.结论与启示地磁场是地球的固有资源，它的测量不受位置和环