第九章 材料的磁学性能-材料性能学

第九章材料的磁学性能§9-1基本磁学性能一.材料的磁性原子磁矩电子自旋磁矩原子核磁矩电子轨道磁矩电子磁矩1/2000l：角量子数s：自旋量子数mB：波尔磁子原子满电子层对原子磁矩没有贡献，不饱和电子层对原子磁矩有贡献。原子磁矩=不饱和电子磁矩之和。分子磁矩=所有原子不饱和电子磁矩之和。二.材料的磁化磁化：物质在磁场中受磁场的作用呈现出一定的磁性。磁化强度：描述物质磁化强弱的物理量定义：单位体积内分子磁矩的矢量和分子磁介质中磁感应强度

的关系：与的宏观或实验关系：μ0：真空磁导率，μm：介质磁导率，μr：相对磁导率。五类磁介质的磁化曲线抗磁反铁磁顺磁亚铁磁铁磁磁性铁磁性亚铁磁性顺磁性反铁磁性抗磁性三.材料的磁性分类1、铁磁体很大、与外磁场成非线性关系变化较弱的磁场能产生很大的磁化强度。金属：Fe,Co,Ni等铁磁体在温度高于某一临界温度（居里温度）变成顺磁体2、亚铁磁体比铁磁体稍小、具有与铁磁体类似的磁性如：磁铁矿（Fe3O4）、铁氧体等亚铁磁体电阻率较大、适于制作电阻率大的磁性元件3、顺磁体在外磁场中显示与外场方向相同的、微弱的磁性。Pt,Pd(钯)，奥氏体不锈钢，稀土金属：Li,Na,K,Rb(铷)4、反铁磁体如：氧化镍、氧化锰等很小的正数，温度低于某温度时，磁化率同磁场的方向有关，高于这一温度时其行为同顺磁体。5、抗磁体在外磁场中显示与外场方向相反的、微弱的磁性。金属中约一半是抗磁：等§9-2抗磁性和顺磁性一.物理本质抗磁性来源于电子轨道运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。无论电子沿轨道运动顺时针或逆时针运动，所产生的磁矩都与外加磁场相反，产生抗磁矩。顺磁性来源于原子（离子）固有磁矩无外磁场时，热运动引起原子磁矩取向杂乱无章，顺磁体宏观上不显磁性。有外磁场时，原子磁矩在磁场中择优取向，顺磁体呈现与外磁场方向相同的磁性。二.影响因素原子结构：电子的轨道运动的抗磁矩与离子、自由电子的顺磁矩比较。温度：温度越高，磁化率越小。相变及组织转变：组织改变，磁化率改变。加工硬化降低磁化率。成分：溶解度影响磁化率，中间相使磁化率突变。三.磁化率的测量：磁天平标样X1Cu-Al合金的磁化系数与成分和淬火温度的关系Cu-Al合金淬火和退火状态的磁化率与温度的关系§9-3铁磁性和反铁磁性原子3d电子4s电子FeCoNi222432未成对电子数过渡族元素铁磁性来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化一.机制反铁磁性的机制相邻原子的磁矩大小相等、方向相反原子磁矩相互抵消、自发磁化为零如：许多金属氧化物：由具有净自旋磁矩的原子组成铁磁、反铁磁，磁矩的有序排列铁磁性反铁磁性亚铁磁性二、磁化曲线或非线性未曾磁化过的铁磁质：缓慢增加，迅速增加，缓慢增加，饱和饱和磁感应(磁化）强度变化铁磁体的磁化曲线：三、磁化过程的本质磁化过程：磁畴结构的变化过程磁矩方向与磁场方向接近的磁畴长大；磁矩方向与磁场方向相背的磁畴变小磁畴转向外场的方向、饱和状态四、退磁化曲线及磁滞回线退磁化过程，退磁化曲线不按原路返回剩磁矫顽力磁滞现象：B始终滞后于H磁滞回线：磁滞现象的本质：磁畴在变化过程中受到阻力一个周期内的磁滞损失：（磁滞回线所围的面积）磁滞损失与交变磁场的振幅及频率有关五.磁化曲线与磁滞回线的测量冲击法测磁原理图R：测量线圈的电阻Cb：冲击检流计的冲击常数N2：