磁性材料与器件-第三章-技术磁化

1、第三章第三章 技术磁化技术磁化3.13.1磁性材料的基本现象磁性材料的基本现象1 1、磁晶各向异性、磁晶各向异性2 2、磁致伸缩、磁致伸缩3.1.1 磁晶各向异性磁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。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。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，

2、自发磁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。化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在实际上在磁性材料中，自发磁化强度总是处于一磁性材料中，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，即方向不同而有所差别，即磁性随晶轴方向而异。磁性随晶轴方向而异。这种现象称为磁晶各向异性。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，磁沿铁磁体不同晶轴方向磁化的难易程度不

3、同，磁化曲线也不相同。化曲线也不相同。 磁晶各向异性存在于所有铁磁性晶体中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 MHdMW03.1.2 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：铁磁体从退磁状态磁化到饱和，需要付出的磁化功为：)0()(000FMFdFdMHMM沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化时所增加的自由能不同，称这时所增加的自由能不同，称这种种与磁化方向有关的自由能为与磁化方向有关的自由能为磁晶各向异性能磁

4、晶各向异性能。在易磁化轴方向上，磁晶各向在易磁化轴方向上，磁晶各向异性能最小，而在难磁化轴方异性能最小，而在难磁化轴方向上，磁晶各向异性能最大。向上，磁晶各向异性能最大。3.1.2 磁晶各向异性能(1) (1) 立方晶系立方晶系K1、K2为立方晶体磁晶各向异性常数，可通过实为立方晶体磁晶各向异性常数，可通过实验来测定。验来测定。 i为为MS对于对于x、y、z轴的方向余弦。轴的方向余弦。xyz Is(s( 1 1 2 2 3 3) )001110111 100： 1=1, 2=0, 3=0 EK100=0 110： EK110=K1/41230,1/2111： EK111=K1/3+K2/273

5、/13211sincos2sinsin3cos23222122123232222211)(KKEK3.1.2 磁晶各向异性能Fe：易轴为易轴为100EK100=0 EK110=K1/4 EK100K103.1.2 磁晶各向异性能Ni：易轴为易轴为111， 难轴为难轴为100EK100=0 EK110=K1/4 EK100K103.1.2 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，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，而是把磁晶各过去。

6、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。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 磁晶各向异性能磁晶各向异性能等效场等效场六角晶体（易轴为六角晶体（易轴为00010001）立方晶体：易轴立方晶体：易轴100100 易轴易轴1111113.1.3 磁晶各向异性等效场3.1.4 磁晶各向异性常数H易磁化方向易磁化方向磁场磁场 转矩磁强计的原理是，当转矩磁强计的原理是，当样品样品( (片状或球状片状或球状) )置于强磁场置于强磁场中，使样品磁化到饱和。若易中，使样品磁化到饱和。若易磁化方向接近磁化

7、强度的方向，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，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这样就产生一个作用在样品上的转矩。如果测量的转矩。如果测量转矩与磁场转矩与磁场绕垂直轴转过的角度关系，就绕垂直轴转过的角度关系，就可以得到转矩曲线，并由此可可以得到转矩曲线，并由此可求得磁晶各向异性常数。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（立方晶系（100100）立方晶系（立方晶系（110110）立方晶系（立方晶系（111111）六角晶系六角晶系3.1.5 磁晶各向异性起源晶体场晶体场电子轨道角动量

8、淬灭电子轨道角动量淬灭电子的轨道运动电子的轨道运动失去了自由状态下的各向同性，变成了与晶格相失去了自由状态下的各向同性，变成了与晶格相关的各向异性关的各向异性电子云分布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磁晶各向异性来源模型（a a）磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱（b b）磁体垂直磁化时，由于磁体垂直磁化时，由于L-SL-S耦合作用，电子云耦合作用，电子云随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作

9、用随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作用强。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。都要发生微小的变化。线磁致伸缩：纵向磁致伸缩、横向磁致伸缩线磁致伸缩：纵向磁致伸缩、横向磁致伸缩体积磁致伸缩体积磁致伸缩很小，可忽略很小，可忽略磁致伸缩系数：磁致伸缩系数：lls/ S S：饱和磁致伸缩系数饱和磁致伸缩系数 S S0 0 正磁致伸缩；正磁致伸缩； S S0 0 负磁致伸缩负磁致伸缩3.1.6 磁致伸缩通过对材料施加拉应力或压应力，能引起材料通过对材料施加拉应力或压应力

10、，能引起材料的磁性能变化，即所谓的压磁效应，这是磁致的磁性能变化，即所谓的压磁效应，这是磁致伸缩的逆效应。伸缩的逆效应。Hlls/同磁晶各向异性的来源一样，由于原子或离子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。的自旋与轨道的耦合作用而产生。3.1.7 磁致伸缩机理3.23.2磁畴结构磁畴结构单晶磁畴结构单晶磁畴结构 示意图示意图多晶磁畴结构多晶磁畴结构 示意图示意图3.2 磁畴显示磁畴结构的铁粉图形显示磁畴结构的铁粉图形3.2 磁畴24纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴3.2 磁畴磁畴的形成是能量最小原则的必然结果，即形成磁畴的形成是能量最小原则的必然结果，即形成磁畴是为了磁畴

11、是为了降低系统的能量降低系统的能量。磁畴结构受磁畴结构受交换能交换能、磁晶能磁晶能、磁弹性能磁弹性能、退磁能退磁能和和畴畴弹弹能能的影响，平衡状态时的磁畴结构，应的影响，平衡状态时的磁畴结构，应使这些能量之和为使这些能量之和为最小值最小值。3.2.1 磁畴的成因EEEEEEdHKex3.2.1 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。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。退磁场能最小是形成磁畴的主要原因。EEEEEEdHKex单晶磁畴结构示意图单晶磁畴结构示意图

12、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能、磁晶各向异性能、磁致伸缩导致的磁弹性能等的影响。等的影响。真实的磁畴结构由总能量的极小值来真实的磁畴结构由总能量的极小值来确定确定。退磁场能退磁场能+ +畴壁能遵畴壁能遵从能量最小原则从能量最小原则3.2.1 磁畴的成因3.2.2 畴壁结构两个相邻磁畴之间存在一个过渡层两个相邻磁畴之间存在一个过渡层-磁畴壁磁畴壁3.2.2 畴壁结构畴壁具有一定的宽度，其宽度约在畴壁具有一定的宽度，其宽度约在10103 3原子数量级，原子数

13、量级，自发磁化强度由一个磁畴方向改变到另一个磁畴方自发磁化强度由一个磁畴方向改变到另一个磁畴方向。向。畴壁能包括交换作用能和磁晶各向异性能。畴壁能包括交换作用能和磁晶各向异性能。3.2.2 畴壁结构cos22ASEex单位面积畴壁中贮存的交换能为：单位面积畴壁中贮存的交换能为：单位面积畴壁中贮存的磁晶各向异性能为：单位面积畴壁中贮存的磁晶各向异性能为：畴壁中包含的原子层数越多，畴壁越厚，在畴壁畴壁中包含的原子层数越多，畴壁越厚，在畴壁中引起的交换能量越小。中引起的交换能量越小。畴壁越厚，畴壁中的磁晶各向异性能越大。畴壁越厚，畴壁中的磁晶各向异性能越大。3.2.2 畴壁结构单位面积畴壁中的总能量

14、为：单位面积畴壁中的总能量为：3.2.2 畴壁结构在磁畴壁内原子磁矩的方向逐渐转变。在磁畴壁内原子磁矩的方向逐渐转变。根据原子磁矩转变的方式，可将畴壁分为根据原子磁矩转变的方式，可将畴壁分为布洛赫壁布洛赫壁和和奈尔壁奈尔壁。布洛赫壁的特点是畴壁内的磁矩转变时始终与畴壁布洛赫壁的特点是畴壁内的磁矩转变时始终与畴壁平面平行平面平行 3.2.2 畴壁结构当铁磁体厚度减少到相当于二维的情况，即厚度为当铁磁体厚度减少到相当于二维的情况，即厚度为1-101-102 2nmnm的薄膜时，则畴壁的磁矩始终与薄膜表面平的薄膜时，则畴壁的磁矩始终与薄膜表面平行地转变，这种畴壁称行地转变，这种畴壁称奈尔壁奈尔壁 3

15、.2.3 磁畴结构畴结构受到畴壁能畴结构受到畴壁能E,磁晶各向异性能磁晶各向异性能Ek、磁弹性、磁弹性能能E和退磁场能和退磁场能Ed的制约。的制约。退磁场能将是铁磁体分成畴的动力。退磁场能将是铁磁体分成畴的动力。其它能量将决定磁畴的形状、尺寸和取向。其它能量将决定磁畴的形状、尺寸和取向。 3.2.3 磁畴结构铁磁晶体材料的尺寸变小时，内部包含的磁畴会减少。铁磁晶体材料的尺寸变小时，内部包含的磁畴会减少。到一定程度时，成为多畴时的畴壁能比单畴的退磁场到一定程度时，成为多畴时的畴壁能比单畴的退磁场能还要高，这时材料将不再分畴，形成能还要高，这时材料将不再分畴，形成单畴结构单畴结构。3.2.3 磁畴

16、结构磁畴结构单畴颗粒不会有畴壁位单畴颗粒不会有畴壁位移磁化过程，只有磁畴移磁化过程，只有磁畴转动磁化过程，因此磁转动磁化过程，因此磁化和退磁都比较困难。化和退磁都比较困难。3.2.3 磁畴结构单畴颗粒不会有畴壁位移磁化过程，只有磁畴转动磁单畴颗粒不会有畴壁位移磁化过程，只有磁畴转动磁化过程，因此磁化和退磁都比较困难。化过程，因此磁化和退磁都比较困难。若磁晶各向异性能较强若磁晶各向异性能较强矫顽力高矫顽力高永磁材料永磁材料永磁材料制备工艺中，常采用粉末法来提高矫顽力；永磁材料制备工艺中，常采用粉末法来提高矫顽力；软磁材料制备中应避免颗粒太小，以免成为单畴降低软磁材料制备中应避免颗粒太小，以免成为

17、单畴降低磁导率。磁导率。3.2.3 磁畴结构均匀铁磁体内部的磁畴结构有开放型和闭合型两均匀铁磁体内部的磁畴结构有开放型和闭合型两种。种。3.2.3 磁畴结构相邻两个片状畴的磁矩相邻两个片状畴的磁矩夹角为夹角为180180时，它们时，它们的边界称为的边界称为180180畴壁畴壁。片状畴与三角畴（又称片状畴与三角畴（又称封闭畴）之间磁矩相互封闭畴）之间磁矩相互垂直，它们的边界称为垂直，它们的边界称为9090畴壁畴壁。3.2.3 磁畴结构树枝状畴树枝状畴3.2.3 磁畴结构3.2.3 磁畴结构实际材料中的畴结构，还要受到材料的尺寸、晶实际材料中的畴结构，还要受到材料的尺寸、晶界、应力、掺杂和缺陷等的

18、影响，因此实际材料界、应力、掺杂和缺陷等的影响，因此实际材料的畴结构是相当复杂的。的畴结构是相当复杂的。实际中的铁磁性材料往往实际中的铁磁性材料往往是非均匀的磁体是非均匀的磁体。 3.2.3 磁畴结构3.2.3 磁畴结构一些薄膜磁性材料中出现的一种圆柱形磁畴一些薄膜磁性材料中出现的一种圆柱形磁畴-磁泡磁泡形成磁泡的首要条件：磁性薄膜具有单轴各向异性，形成磁泡的首要条件：磁性薄膜具有单轴各向异性，其易磁化轴垂直膜面，且等效磁晶各向异性场大于其易磁化轴垂直膜面，且等效磁晶各向异性场大于垂直膜面的退磁场。垂直膜面的退磁场。47纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴3.2 磁畴3.2.3 磁畴结构H=0时，自发磁化时，

19、自发磁化条状磁畴条状磁畴加小加小H时，与外磁场方向一致的磁畴体积增大，与外时，与外磁场方向一致的磁畴体积增大，与外场反向的磁畴体积缩小。场反向的磁畴体积缩小。3.2.3 磁畴结构当外场增大到一定大小时，与外场同向的磁畴占据了当外场增大到一定大小时，与外场同向的磁畴占据了大部分体积，而与外场反向的磁畴收缩为孤立的圆柱大部分体积，而与外场反向的磁畴收缩为孤立的圆柱形磁畴，即磁泡。形磁畴，即磁泡。H继续增大，磁泡直径会减小，当继续增大，磁泡直径会减小，当H达到某一数值时，达到某一数值时，磁泡会消失。磁泡会消失。3.2.3 磁畴结构磁泡体积小，并能高速转移，用它作为计算机中的存磁泡体积小，并能高速转移

20、，用它作为计算机中的存储器或传输和逻辑器件，将会在很大程度上增加存储储器或传输和逻辑器件，将会在很大程度上增加存储量，提高计算速度。量，提高计算速度。原理：控制磁泡的产生和消失，分别作为写原理：控制磁泡的产生和消失，分别作为写“1”“1”和和“0“0”，并能检测磁泡的有无，从而读出写入的并能检测磁泡的有无，从而读出写入的“1”“1”和和“0“0”。3.33.3技术磁化技术磁化磁化过程：磁性材料由磁中性状态变到磁饱和状态磁化过程：磁性材料由磁中性状态变到磁饱和状态的过程的过程反磁化过程：从磁饱和状态回到退磁状态的过程反磁化过程：从磁饱和状态回到退磁状态的过程3.3.1 磁化机制3.3.1 磁化机

21、制技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移实现宏观磁化的过程畴壁位移实现宏观磁化的过程磁化本质：磁化本质：内部的磁畴结内部的磁畴结构发生变化构发生变化3.3.1 磁化机制3.3.1 磁化机制Vi为第为第i个磁畴的体积；个磁畴的体积； i为第为第i个磁畴的自发磁化个磁畴的自发磁化强度与强度与H间的夹角；间的夹角； V0为块体材料的体积。为块体材料的体积。沿外场沿外场H方向上的磁化强度方向上的磁化强度MH当当H改变改变 H时，时，MH的改变为的改变为3.3.1 磁化机制磁化机制有三种：磁化机制有三种：技术磁化只包括前两项，可分为四个阶段：技术磁化

22、只包括前两项，可分为四个阶段： (1) (1) 弱磁场范围内的可逆畴壁位移；弱磁场范围内的可逆畴壁位移； (2) (2) 中等磁场范围内的不可逆畴壁位移；中等磁场范围内的不可逆畴壁位移； (3) (3) 较强磁场范围内的可逆磁畴转动；较强磁场范围内的可逆磁畴转动； (4) (4) 强磁场下的不可逆磁畴转动。强磁场下的不可逆磁畴转动。3.3.1 磁化机制i.初始状态是退初始状态是退磁状态磁状态:H=M=B=0ii.起始磁化区。起始磁化区。 磁场很小，磁化磁场很小，磁化基本上是基本上是可逆畴可逆畴壁位移壁位移过程称过程称为为起始磁导率。起始磁导率。iii.瑞利瑞利区。区。 磁场较小时，磁化满足磁场

23、较小时，磁化满足瑞利瑞利的经验公的经验公式式 主要是可逆畴壁位移过程。主要是可逆畴壁位移过程。)(20bHHBi3.3.1 磁化机制iv.不可逆畴壁位不可逆畴壁位移。磁化曲线变陡移。磁化曲线变陡，磁导率越来越大，磁导率越来越大，在矫顽力附近达，在矫顽力附近达到最大值。主要是到最大值。主要是不可逆畴壁位移过不可逆畴壁位移过程（程（ Barkhausen跳跳跃跃）。）。v.磁导率开始减小。磁导率开始减小。主要过程是主要过程是可逆和可逆和不可逆磁畴转动不可逆磁畴转动。3.3.1 磁化机制vi.vi.磁化曲线接磁化曲线接近饱和，磁化过程近饱和，磁化过程主要是可逆磁畴转主要是可逆磁畴转动。动。vii.v

24、ii.磁化饱和。磁化饱和。磁化变化非常小，磁化变化非常小，是顺磁磁化过程。是顺磁磁化过程。3.3.1 磁化机制对一种磁性材料，磁化过程以一种或几种机制为主，对一种磁性材料，磁化过程以一种或几种机制为主，不一定包括全部的四种机制。不一定包括全部的四种机制。软磁材料：畴壁位移磁化为主软磁材料：畴壁位移磁化为主单畴颗粒材料：仅存在单纯畴转磁化过程单畴颗粒材料：仅存在单纯畴转磁化过程3.3.2 可逆畴壁位移磁化过程MsH壁移磁化壁移磁化在在H作用下，有的畴能量较低，作用下，有的畴能量较低，有的畴能量较高，根据能量有的畴能量较高，根据能量最小原理的要求，能量低的最小原理的要求，能量低的磁畴体积增大，能量

25、高的磁磁畴体积增大，能量高的磁畴体积减小，相当于畴壁移畴体积减小，相当于畴壁移动了一段距离。动了一段距离。3.3.2 可逆畴壁位移磁化过程3.3.2 可逆畴壁位移磁化过程实际上，在一定的外场下，畴壁位移的距离是有限实际上，在一定的外场下，畴壁位移的距离是有限的。的。原因：材料内部存在着阻碍畴壁运动的阻力，阻力原因：材料内部存在着阻碍畴壁运动的阻力，阻力主要来源于铁磁体内部的不均匀性，主要是铁磁体主要来源于铁磁体内部的不均匀性，主要是铁磁体内部存在有内应力的起伏分布和组分的不均匀分布，内部存在有内应力的起伏分布和组分的不均匀分布，如杂质、气孔和非磁性相等。如杂质、气孔和非磁性相等。3.3.2 可

26、逆畴壁位移磁化过程单位体积铁磁体内的总能量为：单位体积铁磁体内的总能量为：畴壁位移磁化过程中，必须满足自由能最小原理：畴壁位移磁化过程中，必须满足自由能最小原理：畴壁位移磁化过程中的一般磁化方程式：畴壁位移磁化过程中的一般磁化方程式：物理意义：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低与铁磁物理意义：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低与铁磁体内能的增加相等。体内能的增加相等。磁化过程中的平衡条件磁化过程中的平衡条件: : 动力动力( (磁场作用力磁场作用力) )阻力阻力( (铁磁体内部的不均匀性铁磁体内部的不均匀性) )3.3.2 可逆畴壁位移磁化过程根据阻力的不同来源，分为两种理论模型：根据阻力的不同来源，

27、分为两种理论模型：内应力内应力模型和含杂模型模型和含杂模型一、内应力模型一、内应力模型主要考虑内应力的起伏分布对铁磁体内部能量变化主要考虑内应力的起伏分布对铁磁体内部能量变化的影响，忽略杂质的影响。一般的金属软磁材料和的影响，忽略杂质的影响。一般的金属软磁材料和高磁导率软磁铁氧体适合采用这种模型。高磁导率软磁铁氧体适合采用这种模型。二、含杂模型二、含杂模型忽略内应力的影响，主要考虑由于存在的杂质而忽略内应力的影响，主要考虑由于存在的杂质而引起的铁磁体内能量的变化。如果铁磁晶体内包引起的铁磁体内能量的变化。如果铁磁晶体内包含许多非磁性或弱磁性的杂质、气孔等，而内应含许多非磁性或弱磁性的杂质、气孔

28、等，而内应力的变化不大，则可以采用含杂模型。力的变化不大，则可以采用含杂模型。畴壁位移磁化过程中影响起始磁导率的因素有畴壁位移磁化过程中影响起始磁导率的因素有(1) 材料的材料的MS，MS越大，越大， i越高；越高；(2) 材料的材料的K1和和 S，K1和和 S越小，越小， i越高；越高；(3) 材料的内应力材料的内应力 ，材料内部的晶体结构越完整均，材料内部的晶体结构越完整均匀，产生的内应力越小，匀，产生的内应力越小， i越高；越高；(4) 材料内的杂质浓度材料内的杂质浓度 ， 越低，畴壁位移磁化过越低，畴壁位移磁化过程决定的程决定的 i越高。越高。3.3.2 可逆畴壁位移磁化过程3.3.3

29、 不可逆畴壁位移磁化过程可逆畴壁位移磁化可逆畴壁位移磁化发生以后，撤销外磁场（小磁场），发生以后，撤销外磁场（小磁场），材料能够按照原来的磁化路径回到起始磁化状态。材料能够按照原来的磁化路径回到起始磁化状态。材料经大磁场磁化后，会发生材料经大磁场磁化后，会发生不可逆畴壁位移磁化不可逆畴壁位移磁化，如果此时再撤去外磁场，不能按照原来的磁化路径回如果此时再撤去外磁场，不能按照原来的磁化路径回到起始磁化状态。到起始磁化状态。3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程同可逆畴壁位移磁化过程一样，铁磁体内存在同可逆畴壁位移磁化过程一样，铁磁体内存在应应力和杂质以及晶界等结构起伏变化是产生不可逆力和杂质以及晶界等

30、结构起伏变化是产生不可逆畴壁位移的根本原因，畴壁的不可逆位移是产生畴壁位移的根本原因，畴壁的不可逆位移是产生不可逆磁化的原因。不可逆磁化的原因。磁畴壁移动的阻力：磁畴壁移动的阻力：退磁能：由于磁畴迁移使退磁能增大；退磁能：由于磁畴迁移使退磁能增大；晶体内部的缺陷、应力及组织不均匀性。晶体内部的缺陷、应力及组织不均匀性。阻力来源的两种理论模型：阻力来源的两种理论模型：内应力模型和含杂模内应力模型和含杂模型型3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程(1)(1)应力理论应力理论晶体缺陷、位错等以及磁致晶体缺陷、位错等以及磁致伸缩和磁各向异性会产生内伸缩和磁各向异性会产生内应力。内应力在晶体中分布应力。内应

31、力在晶体中分布是不均匀的，应力在某些微是不均匀的，应力在某些微观区域内较高，而另一些微观区域内较高，而另一些微观区域较低。观区域较低。在没有磁化时，畴壁处于应在没有磁化时，畴壁处于应力较低的位置。力较低的位置。内应力引起畴壁能的不均匀分布内应力引起畴壁能的不均匀分布180180畴壁壁移阻力的变化畴壁壁移阻力的变化3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程在外磁场作用下，畴壁发生在外磁场作用下，畴壁发生迁移。当磁畴由一个能谷迁迁移。当磁畴由一个能谷迁移到另一个能谷，这时畴壁移到另一个能谷，这时畴壁移动是不可逆的。移动是不可逆的。要使畴壁返回原来位置必须要使畴壁返回原来位置必须施加一定的外磁场，这就是施加

32、一定的外磁场，这就是矫顽力。矫顽力。3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程当磁场高于临界场当磁场高于临界场Hc 时进时进入不可逆磁化过程，最大磁入不可逆磁化过程，最大磁导率就发生在该阶段。此时导率就发生在该阶段。此时畴壁常常发生跳跃式移动，畴壁常常发生跳跃式移动，在磁化曲线上表现出大的突在磁化曲线上表现出大的突变，称为变，称为巴克豪森效应巴克豪森效应。3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程(2) (2) 杂质理论杂质理论 杂质是指弱铁磁相、非铁磁相、夹杂物和气杂质是指弱铁磁相、非铁磁相、夹杂物和气孔。在没有外磁场时，磁畴壁被杂质穿空，减少孔。在没有外磁场时，磁畴壁被杂质穿空，减少了畴壁的总面积，降低了

33、畴壁能。了畴壁的总面积，降低了畴壁能。3.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程 在外磁场下，磁畴壁发生弯曲，这时去除外在外磁场下，磁畴壁发生弯曲，这时去除外磁场磁畴壁可以回到原来位置；进一步增大外磁磁场磁畴壁可以回到原来位置；进一步增大外磁场，磁畴壁脱离杂质，运动到下一个杂质位置，场，磁畴壁脱离杂质，运动到下一个杂质位置，这个过程是不可逆的。这个过程是不可逆的。3.3.4 可逆畴转动磁化过程在第在第 I 阶段，外磁场阶段，外磁场H 较小，磁感应强度较小，磁感应强度B 和和磁化强度磁化强度M 随随H 增大缓增大缓慢上升，慢上升，B 与与H 基本上基本上是线性关系，磁化是是线性关系，磁化是可可逆的逆的。

34、称为。称为起始磁化阶起始磁化阶段段。在这一阶段，与外磁场方向成锐角的磁畴能量低，在这一阶段，与外磁场方向成锐角的磁畴能量低，磁畴扩大；而与外磁场成钝角的磁畴缩小。磁畴磁畴扩大；而与外磁场成钝角的磁畴缩小。磁畴大小的变化通过磁畴壁的迁移实现。大小的变化通过磁畴壁的迁移实现。3.3.4 可逆畴转动磁化过程在第在第 II II 阶段：随阶段：随H H 增增大，大，B B 和和H H 都迅速增大，都迅速增大， 增加很快，并出现最增加很快，并出现最大值。这个阶段是大值。这个阶段是不可不可逆的逆的，去掉外磁场还保，去掉外磁场还保留部分磁化。留部分磁化。在第二阶段磁畴壁随磁畴的增大而快速移动，称磁在第二阶段

35、磁畴壁随磁畴的增大而快速移动，称磁畴壁跳跃（畴壁跳跃（巴克豪生跳跃巴克豪生跳跃）。与磁场夹角比较大的）。与磁场夹角比较大的难磁化磁畴转向夹角较小的易磁化方向。当磁场增难磁化磁畴转向夹角较小的易磁化方向。当磁场增大到很大时，所有自旋磁矩通过磁畴壁的跳动来实大到很大时，所有自旋磁矩通过磁畴壁的跳动来实现，转动到与磁畴成最小夹角的易磁化方向。现，转动到与磁畴成最小夹角的易磁化方向。3.3.4 可逆畴转动磁化过程在第在第 III 阶段：随阶段：随H 进一进一步增大，步增大，B 和和M 逐渐变逐渐变缓，缓， 变小，并趋向于变小，并趋向于 0。当磁场强度达到。当磁场强度达到Hs 时时达到磁饱和，这时随着达到磁饱和，这时随着H 增大，增大，M 不变。称为不变。称为饱和磁化阶段饱和磁化阶段。在这一阶段发生在这一阶段发生磁畴转动磁畴转动。磁畴由易磁化方向转动。磁畴由易磁化方向转动到与外磁场一致的方向。这时去除外磁场，磁畴由到与外磁场一致的方向。这时去除外磁场，磁畴由与外磁场一致的方向转动到易磁化方向。与