磁性材料概论.pptx
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1、磁性物体的 把物体置于外加磁场物体被磁化,这种被磁化的物体称为磁性物体磁性物体 根据磁铁的磁化率和符号划分性质:物质的磁性抗磁性抗磁性顺磁性顺磁性反铁磁性反铁磁性铁磁性铁磁性亚铁磁性亚铁磁性弱弱磁磁性性强磁性强磁性磁性材料磁性材料第1页/共26页磁性认知的发展十七世纪:英国,威廉.吉伯:磁体 1899年:法国,居里提出居里温度,磁性转变。1905:法国,郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。1921:奥地利,泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。1928:英国,狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩,并与德国物理学家海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在,奠定了现代
2、磁学的基础。1936:苏联,郎道完成了巨著理论物理学教程,其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章。1936-1948:法国,奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念。1967:奥地利,斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁体(SmCo5),从而揭开了永磁材料发展的新篇章。1991:德国,克内勒提出了双相复合磁体交换作用的理论基础,指出了纳米晶磁体的发展前景。第2页/共26页磁性材料的分类按基本性能软磁软磁硬磁硬磁旋磁旋磁矩磁矩磁压磁压磁第3页/共26页磁化性磁化率,表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示,等于磁化强度M与磁场强度H之比引,即M=cmH某一物质的磁化率可以用质量磁
3、化率磁化率来表示。抗磁质,0,室温下很小。铁磁质,很大,且M与H之间有复杂的非线性关系。第4页/共26页抗磁性附加磁化强度与外磁场相反对于电子壳层被填满的物质,原子磁矩为零。在外磁场作用下,电子运动将产生一个附加的运动(由电磁感应定律而定),感生出与H反向的磁矩。实例:惰性气体、许多有机化合物、某些金属(Bi、Zn、Ag、Mg)、非金属(如:Si、P、S)任何物质都具有抗磁的本性。物质具有抗磁的本性并不是一定会呈现出抗磁性,而只有当物质的这种抗磁因素超过其顺磁因素时,物质才呈现抗磁性,才称为抗磁质。随外磁场的增加,附加的抗磁磁矩增强,抗磁磁化强度增大。第5页/共26页顺磁性结构特点:原子中具有
4、未填满电子的电子层,形成原子的固有磁矩。在磁场作用下,原子磁矩转向H方向,感生出与H一致的M。如:稀土金属和铁族元素的盐类。顺磁质磁化强度随外磁场的增大而增大,但很难达到磁饱和,只有当温度趋近热力学零度时,才能使顺磁物质的原子磁矩沿外磁场呈完全规则取向。第6页/共26页居里定律顺磁磁质的磁化率与绝对温度(T)成反比。初称居里定律。后在1907年经法国物理学家韦斯进一步研究,予以精确化,命名为居里一韦斯定律,方程:X=C/(TQ)铁磁物质的转变温度称为顺磁居里温度(Q),达到此温度,失去铁磁性磁性,呈顺磁性磁性。第7页/共26页反铁磁性在有些材料中,相邻原子或离子的磁矩呈反方向平行排列,结果总磁
5、矩为零,叫反铁磁性。反铁磁性物质有某些金属如Mn,Cr等,某些陶瓷如MnO,NiO等以及某些铁氧体如ZnFe2O4等以氧化锰(MnO)为例,它是离子型陶瓷材料,由Mn2+和O2-离子组成,O2-离子没有净磁矩,因为其电子的自旋磁矩和轨道磁矩全部都对消了;Mn2离子有未成对3d电子贡献的净磁矩。在MnO晶体结构中,相邻Mn2+离子的磁矩都成反向平行排列,结果磁矩相互对消,整个固体材料的总磁矩为零。第8页/共26页铁磁性在较弱的磁场作用下就能产生很强的磁化强度。在外磁场除去后仍保持相当大的永久磁性,具有磁滞现象。铁磁体在温度高于居里温度后变成顺磁体。具有铁磁性的金属有铁、钴、镍等,铁磁质的应用最广
6、泛,特别是在信息的记录和存储方面(磁带、计算机存储器)第9页/共26页铁磁质的确定因素决定因素:原子是否具有未成对电子,即自旋磁矩贡献的净磁矩(本征磁矩)和原子在晶格中的排列方式铁、钴、镍等过渡元素都具有未成对的3d电子。分别具有4、3和2的净磁矩。铁、钴、镍金属在室温下具有自发磁化的倾向形成相邻原子的磁矩都向一个方向排列的小区域,称为磁畴。第10页/共26页亚铁磁性亚铁磁性在宏观性能上与铁磁性类似,区别在于亚铁磁性材料的饱和磁化 强度比铁磁性的低。成因是由于材料结构中原子磁矩不象铁磁体中那样向一个方向排列,而是 呈反方向排列,相互抵消了一部分。第11页/共26页软磁材料具有较高的磁导率和较高
7、的饱和磁感应强度;较小的矫顽力(矫顽力很小,即磁场的方向和大小发生变化时磁畴壁很容易运动)较低磁滞损耗,磁滞回线很窄;在磁场作用下非常容易磁化;取消磁场后很容易退磁化第12页/共26页软磁材料分类分为金属金属软磁材料磁材料和铁氧体氧体软磁磁象软铁、坡莫合金、硅钢片、铁铝合金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小,适合用在交变磁场中,如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。第13页/共26页硬磁材料硬磁材料是指那些难以磁化,且除去外场以后,仍能保留高的剩余磁化强度的材料,又称永磁材料。剩磁高,矫顽力高,功率高第14页/共26页硬磁材料分类按来源分:金属硬磁材料金属硬磁材料和铁
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