磁性材料技术磁化理论磁性材料.pptx
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1、Weiss分子场假说自旋交换作用导致磁性体内部存在分子场,从而产生自发磁化(MST关系,以及居里点的存在)在未受外磁场作用时为什么绝大多数铁磁体不显示宏观磁性呢?磁畴假说磁畴的概述:宽度约为10-3cm,包含1014个磁性原子(从微观和宏观两种角度认识磁畴)Introduce第1页/共36页磁畴结构:磁畴的大小、形状以及它们在铁磁体内的排布方式。研究磁畴结构的形式及其在外磁场中的变化是磁学的重要内容之一(1)了解铁磁体内部自发磁化的分布;(2)为研究磁化过程提供理论依据铁磁体为什么形成磁畴?磁畴的尺寸和结构与哪些因素有关?所有这一切都是由铁磁体系统内的总自由能等于极小值所决定的。具体而言,铁磁
2、体磁畴结构的形成以及磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每一点都代表铁磁体的平衡状态,而从热力学的观点来看,在平衡状态下,系统的总自由能等于极小值第2页/共36页第1节 技术磁化Technical Magnetization第3页/共36页铁磁性物质的基本特征:(1)、铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 (2)、铁磁性物质的磁化率很大 (3)、铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度之间不是单值函数关系,显示磁滞现象,具有剩余磁化强度,其磁化率都是磁场强度的函数 (4)、铁磁性物质有一个磁性转变温度-居里温度TC (5)、铁磁性物质在磁化过程中,表现为磁晶各向异性和磁致伸缩现象第4页/共36页一、磁化
3、过程概述(General of magnetizing process)(General of magnetizing process)1、一些基本概念:磁化过程:指处于磁中性状态的强磁性体在外磁场的作用下,其磁化状态随外磁场发生变化的过程,分为静态磁化过程和动态磁化过程p 当磁场作准静态变化时,称为静态磁化过程(又分为技术磁化和内禀磁化);p 当磁场作动态变化时,称为动态磁化过程技术磁化:指施加准静态变化磁场于强磁体,使其自发磁化的方向通过磁化矢量M的转动或磁畴移动而指向磁场方向的过程第5页/共36页2、磁化曲线的基本特征:铁磁性、亚铁磁性磁化曲线为复杂函数关系H起始磁化区陡峭区趋近饱和区R
4、ayleigh区M顺磁磁化区强磁体的磁化曲线可分为五个特征区域:(1)、起始磁化区(可逆磁化区域)MiH B 0iH (i1+i)(2)、Rayleigh区:仍属弱场范围,其磁化曲线规律经验公式:第6页/共36页(3)、陡峭区 中等场H范围,M变化很快。特点是不可逆磁化过程,发生巴克豪森跳跃的急剧变化,其与 均很大且达到最大值又称最大磁导率区(4)、趋近饱和磁化区 较强H,M变化缓慢,逐渐趋于技术磁化饱和。符合趋于饱和定律:其中a、b与材料形状有关(5)、顺磁磁化区 需极高的H,难以达到。在技术磁化中不予考虑第7页/共36页3、磁化过程的磁化机制:若磁体被磁化,则沿外磁场强度H上的磁化强度MH
5、可以表示为:当外磁场强度H发生微小的变化H,则相应的磁化强度的改变MH可表示为:畴壁位移磁化过程磁畴转动磁化过程顺磁磁化过程第8页/共36页即技术磁化过程为畴壁位移和磁畴转动两种基本磁化机制 强磁性材料被磁化,实质上是材料受外磁场H的作用,其内部的磁畴结构发生变化,也即是磁体内部总能量的平衡分布重新调整过程第9页/共36页技术磁化过程大致可以分为三个阶段:(i)、可逆畴壁位移磁化阶段(弱场范围内):若H退回到零,其M也趋于零。(多见于金属软磁材料和磁导率 较高的铁氧体中)(ii)、不可逆畴壁位移磁化阶段(中等磁场范围内)即有Barkhausen jumps 发生 (iii)、磁畴磁矩的转动磁化
6、阶段(较强磁场范围内)此时样品内畴壁位移已基本完毕,要使M增加,只有靠磁畴磁矩的转动来实现。一般情况下,可逆与不可逆磁畴转动同时发生于这个阶段第10页/共36页第11页/共36页第2节 反磁化过程Reversal of Magnetizing Process第12页/共36页一、概述反磁化过程:铁磁体从一个方向饱和磁化状态变为相反方向的技术饱和磁化状态的过程;主要特征磁滞现象(磁化强度M随H变化中出现滞后的现象)来自于不可逆磁化过程实验证明,一般的磁性材料除在极低的磁场或极高磁场以外,在不同大小的磁场作用下反复磁化均可得到相应的磁致回线,而其中最大的回线就是饱和磁滞回线(Hc、Mr)第13页/
7、共36页与磁化过程一样,反磁化中也存在可逆与不可逆磁化过程反磁化过程中,磁滞形成的根本原因主要由于铁磁体内存在应力起伏、杂质以及广义磁各向异性引起不可逆磁化过程;所以磁滞与反磁化过程中的阻力分布有密切的关系;磁滞的机制肯定包括下面两种:(1)在畴壁不可逆位移过程中,由应力和杂质所引起的磁滞;(2)在磁畴不可逆转动过程中,由磁各向异性能所引起的磁滞。第14页/共36页与技术磁化过程不同,反磁化过程是从技术饱和磁化状态开始的(似乎不存在磁畴结构);反磁化过程产生磁滞的第三种机理:反磁化核的成长过程(晶格的点缺陷、面缺陷对畴壁的钉扎也是引起磁滞的另一种重要机制)一般来说,软磁材料中主要是由不可逆畴壁
8、位移导致磁滞,而某些单畴颗粒材料中,磁滞主要是由不可逆畴转磁化过程来决定;同时在有些材料中,反磁化是通过反磁化核的生长来实现,因此其磁滞主要决定于反磁化核生长的阻力第15页/共36页第16页/共36页 注意:矫顽力Hc和剩余磁化强度Mr是磁滞回线上的物理量,而矫顽力HC是表征磁滞的主要磁学量,在一级近似下,Hc可看作不可逆磁化过程的临界磁场H0的平均值来进行计算,即:其物理意义就是相应于铁磁体中大量地进行反磁化的平均磁场;即当外磁场达到H0时,铁磁体内的不可逆磁化过程已大部分进行完了研究反磁化问题的核心就是计算矫顽力第17页/共36页第3节 静态磁参数分析Analysis of Static
9、Magnetic Parameters第18页/共36页一、起始磁化率i 起始磁化率i是软磁材料工作在弱磁场中的一个重要磁性参数,也是电讯工程技术上应用磁性材料性能的重要指标;技术磁化理论中的起始磁化率的共同特点:与材料的饱和磁化强度MS的平方成正比,而与材料内部存在的S、K1和杂质浓度成反比;即与很多因素有关,如杂质、气孔以及晶粒大小、取向和排列等有密切关系;目前的磁化理论还不能精确计算起始磁化率i,但如果要想获得高的起始磁化率必须从材料的四个方面来考虑:(1)材料的磁化强度MS;(2)材料的K1和S;(3)材料晶体结构的完整性;(4)材料组成成分的均匀性 第19页/共36页(一)、材料的饱
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