磁性材料-第二章
磁性材料与超导材料
同时，零电阻允许有远高于常规导体的载流密度，可用以形成强磁场或超强磁场。
零电阻是超导体最基本的特性，它意味着电流可以在超导体内无损耗地流动，使电力的无损耗传输成为可能；
发现超导电性后，昂内斯即着手用超导体来绕制强磁体，但出乎他的意料，超导体在通上不大的电流后，超导电性就被破坏了，即超导体具有临界电流Ic。
超导材料的发展历程
1911年，科学家发现，金属的电阻和它的温度条件有很大关系：
温度高时，它的电阻就增加，温度低时电阻减少。并总结出一个金属电阻与温度之间的关系的理论公式。
当时，荷兰物理学家昂尼斯为检验金属电阻与温度之间的关系的理论公式的正确性，就用水银作试验。
将水银冷却到-40℃时，亮晶晶的液体水银变成了固体；然后，他把水银拉成细丝，并继续降低温度，同时测量不同温度下固体水银的电阻，当温度降低列4 K时，水银的电阻突然变成了零。
电磁炉
传统 工业
在医学上，利用核磁共振可以诊断人体异常组织，判断疾病，这就是我们比较熟悉的核磁共振成像。 利用磁性纳米材料表面功能基团与可识别病兆的功能分子进行耦联，是实现磁性纳米晶体在疾病鉴别诊断中应用的最可行的手段之一。 生物 医学
电磁炮是把炮弹放在螺线管中，螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力将炮弹射出的一种新型武器“电磁式武器”。类似的还有电磁导弹等。
科学家预料，球状碳分子Ｃ--60掺杂金属后，有可能在室温下出现超导现象，那时，超导材料就有可能像半导体材料一样，在世界引起一场工业和技术革命。
1
2
1995年美国国立洛斯阿拉莫斯实验室的科学家已经把高温超导体制成柔韧的细带状，由于没有电阻，其导电性是铜丝的1200多倍。
1996年，日本电气公司制出长一千米的高温超导线材，电流密度达到6000A/cm2，这种线材已达到了实用化的水平。
2.1磁场 磁性材料
导入新课我们生活在磁的海洋中……回顾磁极之间力的作用是通过磁场发生的第二章磁场教学目标1. 知识与能力初步了解磁化现象。
了解磁极之间、通电导线对磁极、通电导线之间的相互作用力是通过磁场发生的。
初步了解安培分子电流假说。
初步了解磁性材料和我们日常生活的关系。
2. 过程与方法在归纳初中学习的有关此现象知识的基础上，进一步学习磁现象在实际生活技术中的应用。
通过类比法学习分子电流假说，培养科学创新推理的逻辑思维能力。
通过了解磁性材料与日常生活有着密切的关系，培养学习物理知识的兴趣。
3. 情感态度与价值观学习勇于创新，科学推理的精神。
通过日常生活中物理知识的广泛应用，激发学习物理知识的兴趣。
教学重难点重点：知道安培分子电流假说。
磁现象在日常生活中的应用。
难点:用安培分子电流假说解释现象。
干簧管在生活中的应用。
本节导航1. 磁化现象2. 磁场3. 安培分子电流假说4. 磁性材料1. 磁化现象（1）磁化现象物体在外磁场作用下显示磁性的现象。
（2）干簧管结构：一对磁性材料制成的弹性舌簧组成原理：根据磁化现象制成，当磁铁或通电线圈靠近时，两个舌簧被磁化互相吸引，两个舌簧接触，开关闭合；当移去磁铁或线圈断电，磁力消失，开关断开。
干簧管的应用探究干簧管LE 干簧管控制电路220VL J S E 用干簧管继电器控制灯泡的亮灭干簧管可以作为磁接近开关或者继电器使用，广泛应用于微波炉、程控交换机、复印机、照相机、洗衣机、电冰箱、移动电话机等。
2.磁场磁场对磁极有力的作用磁铁和电流都能产生磁场两个通电导线之间通过磁场会发生作用吗？探究两条通电导线之间的作用+-+--++-如图所示，将两根导线靠近挂在一起，使导线中通有电流，观察导线变化。
结论：通电导线之间会通过磁场发生相互作用。
总结：磁体或电流在空间产生磁场，而磁场对其中的磁极或通电导线有力的作用。
3.安培分子电流假说观察那么它们的磁场是否有相同的起源呢？分子电流假说：安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。
高中物理 第2章 磁场 2.5 磁性材料阅读材料素材2 新人教版选修11
2.5 磁性材料1.磁性材料磁性材料按化学成分分类，基本上可分为金属磁性材料与铁氧体两大类。
金属磁性材料主要是铁、镍、钴元素及其合金，如铁硅合金、铁镍合金、铁钴合金、钐钴合金、铂钴合金、锰铝合金等等。
铁氧体是指以氧化铁为主要成分的磁性氧化物。
性材料被磁化后，它们的磁性并不因为外磁场的消失而完全消失，仍然剩余一部分磁性。
按剩磁的情形分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料的剩磁弱，而且容易退磁。
硬磁性材料的剩磁强，而且不容易退磁，适合于制成永久磁铁。
2. 磁化与退磁使原来不显磁性的物体在磁场中获得磁性称为磁化。
分子电流假说可以解释磁化过程。
一根软铁棒在未被磁化前，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。
当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大体一致，软铁棒就被磁化了，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。
何物质在磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。
物质被磁化以后，就成为了一个磁体，与磁化它的磁体间发生同极相斥异极相吸的作用。
铁、钴、锰能够被强烈磁化，所以能被磁铁吸住。
像铜、铝这些金属，磁化非常弱，受到的磁力也就很弱，基本看不出来，这就是磁铁不能吸铜和铝的缘故。
磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械运动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了。
3.最新磁性材料磁性是物质的基本属性，磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，纳米磁性材料是20世纪70年代后逐步产生、发展、壮大而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。
美国政府今年大幅度追加纳米科技研究经费，其原因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带来的高利润，其中巨磁电阻效应高密度读出磁头的市场估计为10亿美元，目前己进入大规模的工业生产，磁随机存储器的市场估计为1千亿美无，预计不久将投入生产，磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广。
纳米磁性材料及应用大致上可分三大类型：1．纳米颗粒型* 磁记录介质 * 磁性液体 * 磁性药物 * 吸波材料2．纳米微晶型* 纳米微晶永磁材料 * 纳米微晶软磁材料3．纳米结构型* 人工纳米结构材料薄膜，颗粒膜，多层膜，隧道结* 天然纳米结构材料钙钛矿型化合物纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。
第二章 磁学性能 第一讲
U m B
磁场强度
根据产生磁场的方式，有两种表达式：
电流产生的磁场
一个每米有N匝线圈，通以电流强度为i (A)的无线 长螺线管轴线中央的磁场强度。
H Ni
( A/m)
磁铁在其周围产生的磁场
极强为m1的磁极，在距离 r 处产生的磁场强度是 单位极强 (m2=1wb) 在该处所受到的作用力 m1 F H k 2 ( A/m) m2 r
Ek K 0 K1 ( 2 2 2 2 2 2 ) K 2 2 2 2
(6.24)
K1、K2为晶体各向异性能常数。 铁在20℃时的值约为4.2×104J/m3，钴的值 为4.1×105J/m3，镍的值为-0.34×104J/m3。
磁性基本量总结
1.磁学基本量：
2.磁性参数与介电参数的比较
A/m
磁 感 应 强 度
特斯拉：T
1）H(A/m) ---E (V/m) : 导致极化的外部驱动力的量度； 2）B ( VS/m2） ----P (C/m2)：材料对外部作用场的响应的量度； 3) X（） ----------- Xe 无量纲，描述材料对外部作用场的响应； 4） μ0---------------ε0 建立材料的相应参数和尺度参比量
TN
T
四、铁磁性 （1）很容易被磁化到饱和（只 需要很小的磁场） （2） f > 0，且为101～106 （3）也存在一个临界温度TC
（4）M－H呈非线性关系
代表性物质：11种金属元素和 众多的化合物和合金
铁磁性
X>>1, 在较低的温度下，铁磁物质中相邻原子磁偶极矩之间的交 换作用，其强度可以克服热起伏的影响，结果没有外部磁场的作用下， 相邻的偶极子也彼此整齐的排列。 例：纯铁--- B0=10-6T时，其磁化强度M=104A/m FeSO4(顺磁性）， B0=10-6T时，其磁化强度M=0.001A/m
磁学基础与磁性材料+严密第一章、三章以及第七章答案
磁性材料的分类^《}第一章》第二章磁学基础知识答案：1、磁矩2、磁化强度3、·4、磁场强度 H5、磁感应强度 B磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。
其定义公式为（百度百科）磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的基本物理量。
是矢量，常用符号B表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
6、磁化曲线磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系7、磁滞回线—（）（6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
）8、磁化率磁化率，表征磁介质属性的物理量。
常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比。
对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量。
9、磁导率磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。
二'矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。
磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。
(2)退磁场是怎样产生的能克服吗对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正产生：能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
第二章磁性材料
顺磁性 (paramagnetism)
顺磁性是指材料在外磁场的作用下表现出与外磁场方向相同 但数值很小的磁化率。
顺磁性一般可分为：
1. 其原子或分子具有固有磁矩，但固有磁矩之间没有相互作 用或相互作用很小(<热运动能)，因而磁矩之间不能形成磁 有序排列(如铁磁有序的情况)。
固体磁 性
通过磁化率的测量，发现大多数物质的磁化率都远小于1， 一般为10-7~10-5, 这些物质被称为弱磁性物质。其中磁化率为 正的，称为顺磁性物质，如钠、铝、氧气等；磁化率为负的， 称为抗磁性物质，如铜、铋、大多数有机材料和生物材料。
少数物质的磁化率远大于1，如铁、镍和四氧化三铁等， 称为强磁性物质。强磁性物质的磁性种类很多，实际应用也 很多，强磁性物质又称为磁性材料。
J为磁极化强度。
磁化率 ： = M / H 磁导率 ： = B / H
原子磁性
宏观物质的磁性来源于原子的磁性，原子磁性包括原子核 外电子的磁性和原子核的磁性，但原子核磁矩仅为电子磁 矩的1／1836.5，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩。
(1) 孤立状态下原子磁矩：电子除了围绕原子核作轨道运动外， 还作自旋运动。原子磁矩是电子轨道磁矩和自旋磁矩的总 和。根据量子力学的结果，3d 过渡族金属和 4f 稀土金属的 原子磁矩为：J = gJ B [J ( J +1)]1/2,
2. 温度高于居里点的铁磁材料和亚铁磁材料，以及温度高于 Neel点的反铁磁材料所呈现的顺磁性。
3. 一些金属和合金呈现的顺磁性，其中一类是非过渡族非稀 土族的金属，比如碱金属，它们并无自发磁化，其传导电 子之间并无交换作用。只是在外磁场的作用下，它们的传 导电子发生极化才呈现出与外磁场同向的磁化强度，这种 顺磁性称为Pauli顺磁性，其磁化率与温度无关。
第二章五、磁性材料
第二章五、磁性材料磁化与退磁缝衣针、螺丝刀等钢铁物体，与磁铁接触后就会显示出磁性，这种现象叫做磁化（magnetization）。
原来有磁性的物体，经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用，就会失去磁性，这种现象叫做退磁（demagnetization）。
图2.5-1 螺丝刀与磁铁接触后磁化铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫做铁磁性物质（ferromagnetic substances），也叫强磁性物质。
思考与讨论你在生活中遇到过哪些磁化现象？你遇到过退磁现象吗？根据你的经验，哪些材料容易磁化？哪些材料不容易磁化？为什么铁磁性物质磁化后能有很强的磁性？原来，铁磁性物质的结构与其他物质有所不同，它们本身就是由很多已经磁化的小区域组成的，这些磁化的小区域叫做“磁畴”。
磁化前，各个磁畴的磁化方向不同，杂乱无章地混在一起，各个磁畴的作用在宏观上互相抵消，物体对外不显磁性。
磁化过程中，由于外磁场的影响，磁畴的磁化方向有规律地排列起来，使得磁场大大加强。
现代探测技术证明了磁畴的存在。
磁畴的大小约10-4～10-7 m 。
有些铁磁性材料，在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁，这样的材料叫做硬磁性材料。
有的铁磁性材料，外磁场撤去以后，磁畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁，这样的材料叫做软磁性材料。
永磁体要有很强的剩磁，所以要用硬磁性材料制造。
电磁铁要在通电时有磁性，断电时失去磁性，所以要用软磁性材料制造。
高温下，磁性材料的磁畴会被破坏；在受到剧烈震动时，磁畴的排列会被打乱，这些情况下材料都会产生退磁现象。
磁性材料的发展19世纪末，随着电力应用技术的出现，发电机、电动机、电报、电话……几乎所有这些新设备都要用到磁性材料。
技术的需求推进了磁学的基础研究。
磁畴的设想就是在20世图2.5-3 多种形状的永磁体，它们使用硬磁材料制成的图2.5-2 磁畴纪初提出来，而后才被证实的。
最新人教版高中物理选修1-1第二章《磁性材料》
五、磁性材料答案：（1）磁性 （2）高温 （3）剧烈震动 （4）交变磁场 （5）磁性材料 （6）周期性1．磁化和退磁（1）定义 磁化是指使原来不具有磁性的物质获得磁性的过程；退磁是指使原来有磁性的物质失去磁性的过程。
（2）磁畴定义：铁磁物质是由很多已经磁化的小区域组成的，这些磁化的小区域叫做磁畴。
大小：现代探测技术证明了磁畴的存在，磁畴的大小约为10－4～10－7 m 。
（3）实质磁化：由于外磁场的影响，磁畴的磁化方向有规律地排列起来，使得磁场大大加强。
退磁：高温下，磁性材料的磁畴会被破坏；在受到剧烈震动时，磁畴的排列会被打乱，这些情况下材料都会产生退磁现象。
【例1】关于磁化，下列结论正确的是（ ）A ．原来没有磁性的螺丝刀，与磁石接触后能显示出磁性，这就是磁化B ．原来没有磁性的线圈，通电后能产生磁场，这种现象是磁化C ．原来没有磁性的铜帽，放在磁场中，一定能发生磁化D ．在地面上放置多年的铁器，会显微弱磁性，这种现象不是磁化2．磁性材料（1）分类铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫铁磁性物质，也叫强磁性物质。
根据在外磁场中表现出的特征，物质可以粗略地分为三类：⎭⎪⎬⎪⎫①顺磁性物质②抗磁性物质弱磁性物质。
③铁磁性物质——强磁性物质。
通常说的磁性材料是指强磁性物质，其分类为：①硬磁性材料：不易去磁的物质，用于制造永磁体。
②软磁性材料：容易去磁的物质，用于制造电磁铁。
（2）发展①技术的需求推进了磁学的基础研究。
②半导体收音机的天线磁棒是用一种叫铁氧体的新型磁性材料制造的。
③1978年，合金磁粉研制成功，金属磁性材料的应用范围越来越广。
【例2】下列说法正确的是（）A．只有铁和铁的合金才可以被磁铁吸引B．只要是铁磁性材料总是有磁性的C．制造永久磁铁应当用硬磁性材料D．录音机磁头线圈的铁芯应当用硬磁性材料3．磁记录（1）磁卡背面的黑条，录音机、录像机上用的磁带，电子计算机上用的磁盘都含有磁记录用的磁性材料。
第二章 金属磁性材料ppt课件
铜 改善合金的冷加工性能 铜使合金的μa及μm值提高，且降低了磁导率对成分的 敏感性，即当合金成分偏离最佳成分时，对μa及μm 值影响不大。 铜可抑制合金中有序相FeNi3的形成，因而可以降低热 处理的冷却速度。 降低合金的Ms和居里温度。
.
其它元素 锰可提高电阻率、降低矫顽力值，可以脱硫、 脱氧、改善热加工性能。 铬使铁镍合金的居里温度降低，抑制有序相的 形成，提高合金的电阻率值 钒、铌、钛等可提高合金的硬度，改善耐磨性。 碳可以脱氧，但C含量大于0.05%时使磁性急剧 下降。 硅加入0.05%左右对合金磁性有利，因其和锰 可复合脱氧，使脱氧颗粒呈大颗粒。 磷大于0.06%时，使合金的μ值急剧下降。
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热处理对铁镍合金磁性的影响
获得高磁导率的材料，要使软磁材料呈单 相的固溶体、低的K1和 λs值、高的Bs。为 了避免有序化，同时减少内应力。一般采 用双重热处理的方法：将坡莫合金退火后， 从600 ℃ 将样品放在铜板上，在空气中急 冷，或在随炉冷却后，再加热到600 ℃ ， 然后快速冷却，即进行双重热处理。
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含镍量从30%到100%的镍铁合金在室温下是由 单一的面心立方结构的γ相组成。 在合金含量小于30%时，γ相在较低温度下可通 过马氏体相变转变为体心立方的α相，这种结 构转变有明显的热滞现象，即升温时的α→γ转 变a温度和降温时γ→α的转变温度不重合。两 相区难以确定。
在相当于FeNi3、FeNi、Fe3Ni成分处会发生有 序和无序相转变。有序化转变温度在506℃。
将坡莫合金在其居里温度附近加磁场冷却， 或进行磁场热处理，在平行所加磁场的方 向上测量的磁化曲线均呈出矩形磁滞回线， 而在垂直方向上为平直的磁化曲线。
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多元系坡莫合金 在Ni-Fe合金中加入钼、铬、铜等元素的多元 系坡莫合金，可不进行急冷处理，只要冷却速 度适当，其初始磁导率可比二元系坡莫合金高 几倍。而且电阻率也比Ni含量为78.5%坡莫合 金要高3倍，为0.60×10-3Ω.m，但饱和磁感应 强度从1.3T 降到0.6~0.8T。
人教高中物理选修11课件：第二章 第五节 磁性材料
第五节 磁 性 材 料
磁性材料的发展史 中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材 料的国家．早在战国时期就有关于天然磁性材料(如磁铁 矿)的记载.1 1 世纪就发明了制造人工永磁材料的方 法.1 086 年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用.1 099 —1 1 02 年有指南针用于航海的记述，
一、磁化与退磁
1．一些物体，与磁铁接触后就会显示出磁性，这种 现象叫作_磁__化__．原来有磁性的物体，失去磁性的现象叫 作_退__磁__．
2．铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物， 磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物体叫作 _铁__磁___性__物__质___，也叫_强__磁___性__物__质__．
解析：把条形磁铁的 N 极靠近铁棒，铁棒中的磁畴 在外磁场的作用下，有规律地排列起来，使铁棒对外表 现磁性，左侧为 S 极，右侧为 N 极，从而把小磁针的 S 极吸引过来．
答案：C
1．一块磁铁从高处掉到地上，虽然没有断，但磁性 变弱了，这是因为( )
A．磁铁被磁化了 B．磁铁因剧烈震动而退磁了 C．磁铁是非磁性物质 D．磁铁是软磁性材料
解析：磁铁从高处掉到地上，虽然没有断，但受到了 剧烈震动，使其磁畴的排列顺序被打乱，从而产生退磁现 象．所以选项 B 正确．
答案：B
拓展二 磁性材料
1．根据铁磁性材料被磁化后撤去外磁场时剩磁的强 弱，把铁磁性材料分为硬磁性材料和软磁性材料，根据实 际需要可选择不同材料，永磁体要用硬磁性材料制造，磁 卡、磁盘、磁带等保存大量信息的物件需要用硬磁性材料 制造；电磁铁需要用软磁性材料制造．
解析：根据软磁性材料的定义，外磁场撤去以后，磁 畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁，这样的 材料叫作软磁性材料．软磁性材料能用来制造半导体收音 机内天线的磁棒，变压器的闭合铁芯、电子计算机中的记 忆元件等，A、C、D 错误；磁电式电流表中的磁铁是永 久磁铁，是硬磁性材料，B 正确．
磁性材料 第2章 磁性的起源
pJ pL
L
s
J
L-S
2、原子磁矩J 在磁场中的取向也是量子化的; 原子总角动量在H方向的分量：
pJ H mJ
mJ
总磁量子数mJ：mJ =J,J-1,……-J
原子总磁矩J在H方向的分量为： pJ H J H J cos J H J p J
J ( J 1) S ( S 1) L( L 1) g 1 0.8 2 J ( J 1)
有效玻尔磁子数 p
p g J ( J 1) 3.58
第三节
稀土及过渡元素的有效 波尔磁子
一、稀土离子的顺磁性 1、稀土元素的特征： 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s2 最外层电子壳层基本相同，而内层的4f轨道从La到 Lu逐一填充。相同的外层电子决定了他们的共性，但4f 电子数的不同导致稀土元素磁性不同。 2、La系收缩：指La系元素的原子与离子半径随原子序 数的增加而逐渐缩小。 3、稀土离子的有效波尔磁子
ml ml B l l 1
角量子数 l＝0，1，2…n-1 （n个取值）
磁量子数 ml＝0、 ± 1、 ± 2、 ± 3 ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ±l （2l+1个取值） 在填充满电子的次壳层中，各电子的轨道运动分 别占了所有可能的方向，形成一个球体，因此合 成的总角动量等于零，所以计算原子的轨道磁矩 时，只考虑未填满的那些次壳层中的电子——这 些壳层称为磁性电子壳层。 二、电子自旋磁矩 自旋→自旋磁矩 实验证明：电子自旋磁矩在外磁场方向分量等于一 个μB，取正或取负。
PJ
PS PL
L L( L 1) B , s 2 S ( S 1) B
五、磁性材料 (2)
课堂小结
一、磁化和退磁
铁磁性物质 磁畴 硬磁性材料和软磁性材料
二、磁性材料的发展 三、磁记录 四、地球磁场留下的记录
a.录音机磁头线圈的铁芯
软磁性材料
b.录音、录像磁带上的磁性材料
硬磁性材料
c.电脑用的磁盘
硬磁性材料
d.电铃上的电磁铁铁芯. 软磁性材料
2.为了保护磁卡或带有磁条的存折上的信息，你认为 应该怎样做?
答：一要防止磁条被退磁，所以不能靠近高 温，不能剧烈震动； 二要防止磁条被其他磁场磁化，所以不能靠近 强磁体，或能产生强磁场的家电，比如说手机。
3、第二次世界大战后，新型磁性材料——铁氧体，成为研究热 点，用途十分广泛。
4、1978年，合金磁粉研制成功。现在又在使用金属薄膜做磁记 录材料。
三、磁记录
磁卡
录音机和录像机上 用的录象带
计算机上用的硬盘
保存大量信息，并在需要的时候读取。 磁记录是信息存储技术发展中的一个重要里程碑，也是目 前信息技术记录的重要方式之一。
选修1-1 §2.5 磁性材料
说一无说处“不无在处的不磁在的磁”
魔 法 解 压 磁 泥
趣味小实验——制作魔法磁泥
材料：橡皮泥，强磁铁，磁性黑色粉末
制பைடு நூலகம்方法：
1.将橡皮泥碾成“饺子皮”状； 2.将黑色粉末平铺在橡皮泥上，像“包花卷”一样卷
起橡皮泥，把粉末包在中间； 3.小心揉搓2-3分钟，把粉末揉进橡皮泥当中。
四、地球磁场留下的记录
四、地球磁场留下的记录
地质学家发现，这些岩石的极性和磁化的强度，随形 成的年代呈现周期性变化。
据此，科学家推测,地球磁场的强度和方向随着时间的 推移在不断改变，大约每过100万年左右，地磁场的南北极 就会完全颠倒一次。
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除碳方法：高温用H2处理除碳，以消除铁中碳对畴壁移动的阻 碍作用。
2020/4/25
2020/4/25
*电工纯铁存在时效现象
原因：高温时铁固溶体内溶解有较多的碳或氮，产品快速 冷却到室温时，溶解度减小，Fe3C或Fe4N由固溶体中以细
微弥散形式析出，从而HC增加，i降低。
*材料的显微结构是指结晶状态(晶粒大小、完整性、均匀性、 织构等)、晶界状态、杂质和气孔的大小与分布等。
*杂质、气孔的含量与分布是影响i的重要因素。
降低杂质、气孔的方法：原材料、烧结温度及热处理条件的选择
*平均晶粒尺寸对i的影响很大，晶粒尺寸增大，晶界对畴壁 位移的阻滞作用减小，i升高。 例：MnZn铁氧体尺寸5m以下时，i～500；尺寸在5m以 上时，i～3000
50年代至90年代，铁氧体在软磁行业中独占鳌头。
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（3）1970年，Fe-Ni-B非晶态合金研制成功， 1988年，Fe-Ni-B-Nb-Cu纳米微晶软磁材料问世， 90年代后，非晶与纳米微晶金属软磁材料逐步成为软磁铁 氧体的新的竞争对手。 优点：性能上远优于铁氧体；缺点：性价比上尚处于劣势。
第二章 软磁材料
定义：能够迅速响应外磁场的变化，且能低损耗地获 得高磁感应强度的材料。 特点：既容易受外加磁场磁化，又容易退磁。
*对软磁材料的基本要求有：
（1）初始磁导率i和最大磁导率max要高；
（2）矫顽力Hc要小； （3）饱和磁感应强度MS要高； （4）功率损耗P要低; （5）高的稳定性。
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*晶粒尺寸长大的方法：适当提高烧结温度，但温度过高，便
会形成气孔，导致i下降。
*材2料020/的4/25织构化，包括结晶织构和磁畴织构，都可提高i
4、降低内应力
*根据内应力的不同来源，可采用不同的方法：
(1) 磁致伸缩引起的内应力，与S成正比，可通过降低S来
减小此应力。 (2) 烧结后冷却速度太快，会造成晶格畸变，产生内应力。 可采用低温退火处理来消除应力。 (3) 气孔、杂质、晶格缺陷等因素在材料内部产生应力。可 通过原材料的优选以及工艺过程的严格控制来消除。
*影响软磁材料稳定工作的因素： 低温、潮湿、电磁场、机械负荷、电离辐射等
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2.2 提高起始磁导率的途径
必要条件：提高MS并降低K1、S的值
充分条件：降低杂质浓度，提高密度，增大晶粒尺寸， 结构均匀化，消除内应力和气孔的影响。
1、提高MS
M2
i
S
*选择合适的配方可提高材料的MS值，但往往变动不大。
消除方法：保温后，采用缓慢冷却到100-300℃的退火措施， 这样在650-300℃之间Fe3C有足够的时间析出、长大为对磁 性能影响不大的大颗粒夹杂物。
*应用：电磁铁的铁芯和磁极，继电器的磁路和各种零件，感
应式和电磁式测量仪表的各种零件，扬声器的各种磁路，电话 中的振动膜、磁屏蔽，电机中用以导引直流磁通的磁极，冶金 原料等。
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2.3 金属软磁材料 2.3.1 电工纯铁
*纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金化元素。
*制备方法：平炉冶炼时，首先用氧化渣除去碳、硅、 锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，并在出钢时在钢包 中添加脱氧剂获得。经过退火热处理 i（300~500）, max（6000~12000）, HC（39.8~95.5）
*降低HC的方法与提高i的方法相一致。
3、饱和磁感应强度MS *高的MS 高的i值；节省资源，实现器件的小型化 *提高MS的方法：选择适当的配方成分，但实际上MS值一般
不可能有很大的变动。 2020/4/25
4、磁损耗 *软磁材料多用于交流磁场，因此动态磁化造成的磁损 耗不可忽视。
5、稳定性 *高稳定性是指磁导率的温度稳定性要高，减落要小， 随时间的老化要尽可能地小，以保证其长寿命工作于 太空、海底、地下和其他恶劣环境。
*主要的软磁材料：
（1）合金－－如硅钢（Fe-Si）、坡莫合金（Fe-Ni）、仙台斯 特合金（Fe-Si-Al）； （2）软磁铁氧体－－Mn-Zn系、Ni-Zn系、Mg-Zn系等； （3）非晶态、纳米晶、薄膜等。
*发展史：
（1）铁氧体问世之前，金属软磁材料垄断了电力、电子、通信 各领域。优点：其MS远高于铁氧体，因此电力工业中的变压器、 电机等至今仍是Fe-Si合金材料。缺点：涡流损耗限制了其在高 频段的应用。 （2）20世纪40年代开始，软磁铁氧体由实验室走向工业生产。
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*缺点：电工纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁场下工 作时涡流损耗大。
2.3.2 硅钢（硅钢片或电工钢片）
*在纯铁中加入少量硅，形成固溶体，这样提高了合金电阻 率，减少了材料的涡流损耗。 *碳的质量分数在0.02％以下，硅的质量分数为1.5％-4.5％。 常温下，Si在Fe中的固溶度大约为15％，但Fe-Si系合金随 Si含量的增加加工性能变差（变脆），因此硅质量百分含量 5％为一般硅钢制品的上限。
2.1 衡量软磁材料的重要指标
1、起始磁导率
i
i转 i位
i
MS2
i
1 K1
,
1
S
1,1 i
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主要因素：M,K,,基本上不随加工条件和应用情况变化。 S 1s
次要因素： , , 会随加工条件和应用情况而变化。
2、矫顽力HC 量级：10-1A/m~ 102A/m
*材料内部应力起伏和杂质的含量与分布是影响HC的主要因素。
K10；Ni78.5%Fe-Ni合金经过热处理后，i可达104 *铁氧体软磁材料：配方时选择K1和S很小的基本成分，如
MnFe2O4、MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4 等 。 然 后 再 采 用
正负K1、S补偿或添加非磁性金属离子冲淡磁性离子间的
耦合作用。
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3、改善材料的显微结构
*选择配方时更要考虑K1、S对i的作用。
*例：CoFe2O4、Fe3O4的MS虽然较高，但其K1和S值太大，
因而不宜作为配方的基本成分。
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2、降低K1和S *提高i 的最有效分和热处理条件可以控制K1和S在较低值
*例：Fe-Ni合金质量分数Ni81%时，S0；Ni76%时，