第5节磁性材料
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磁感应强度(B ):物质在外磁场作用下，其 内部原子磁矩的有序排列还将产生一个附加 磁场。在磁性材料内部外加磁场与附加磁场 的和,单位为T（特斯拉）。
B=H+M
磁学基础－物质的磁性
磁导率和磁化率 在真空中磁感应强度B与磁场强度H间的关系为 ：
B=μ0H 磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度 之比：
磁化过程四阶段：
磁性材料的技术磁参量
内禀磁
主要取决
技
参量:
❖ 磁畴
自发磁化的小区域，称为磁畴。各个 磁畴之间的交界面称为磁畴壁。
磁学基础－物质的磁性
(四）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。 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。
单晶体的易磁化和难磁化方向
磁学基础－物质的磁性
（五）磁致伸缩 磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩 短)，在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象，叫 做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致 伸缩的相对大小用磁致伸缩系数λ表示，即 ：
抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕 场向运动，获得附加的角速度和微观环形电流，从 而产生与外磁场方向相反的感生磁矩。原子磁矩叠 加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。 由于属于此类的物质有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。
• 抗磁
MH
性
某些物质当它们受到外磁场H作用后，感生出与（H）
铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在 居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩 的定向排列被破坏，使得铁磁性消失，这时物质转变为 顺磁性。
❖ 自发磁化
铁磁性物质内的原子磁矩，通过相 邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服 热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自 发平行排列、有序取向，按不同的小区域 分布，这种现象称为自发磁化。
被磁化后，磁化场方向与外
场方向相同，χ： 1 – 106
与外加磁 场的关系
磁学基础－物质的磁性
顺磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下 趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定 强度的附加磁场。顺磁性是一种弱磁性。顺磁性材 料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上 的应用极少。顺磁金属主要有Mo，Al，Pt，Sn等。
感生出与外磁场方向一致的磁化强度M。在外磁场中，顺
磁性物质显示微弱的磁性。
• 铁磁性
MH
铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到 饱和，不但磁化率＞0，而且数值大到10－106数量级， 其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂 函数关系。这种类型的磁性称为铁磁性。
磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质。 磁滞现象
• 顺磁性
MH
许多物质在受到外磁场作用后，感生出与磁化磁场 同方向的磁化强度，磁化率＞0，但数值很小，仅显示微 弱磁性。这种磁性称为顺磁性。
顺磁性物质：稀土金属和铁族元素的盐类、除Be以 外的碱金属和碱土金属以及在居里温度以上的铁磁元素 Fe、Ni、Co。
具有未填满的电子壳层，所以顺磁性物质有一个固 有原子磁矩，但各原子磁矩的方向混乱，对外不显示宏 观磁性，在磁化磁场作用下，原子磁矩转向磁场方向，
磁性功能材料
本章主要内容
• 磁学理论 —— 物质的磁性、磁性的基本物理量 • 磁性材料分类 —— 软磁材料、永磁材料 • 磁性材料的基本性能与应用
磁学基础－物质的磁性
(一) 物质的磁性
将一个面积为（A) 、通有电流
（Is)的环型导体放入磁场中，该 环型导体将会在磁场（H)的作用下
发生偏转，即环型导体受到力矩的
磁性材料
（Magnetic Materials）
磁性功能材料
磁性功能材料
——磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性 的材料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就 发现自然界中存在天然磁体。早期的磁性材料主要是 软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代起，非 晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永磁材料等一 系列的高性能磁性材料相继出现。磁性材料广泛应用 于计算机及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带， 电工产品如变压器、电机，以及通讯、无线电、电器 和各种电子装置中，是电子和电工工业、机械行业和 日常生活中不可缺少的材料之一。
方向相反的磁化强度（M），磁化率＜0，这种磁性称为
抗磁性。
表现出磁化率小于零的物质称为抗磁性物质。
抗磁性物质有；惰性气体、大部分有机化合物、若干 金属(如Bi、Zn、Ag和Mg等)、非金属(如Si、P和S等)。
电子壳层都是填满的，所以，原子磁矩等于零或虽原 子的磁矩不为零，但由原子组成的分子的总磁矩为零。
原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况 下可忽略不计。
பைடு நூலகம்
磁学基础－物质的磁性
电子的循轨磁矩 电子的循轨磁矩
原子磁矩
物质磁性 ＝Σ 原子磁矩
物质磁性具有普遍性 物质表现何种磁性
原子磁矩间相互作用 外加磁场的作用
磁学基础－物质的磁性
（二）基本磁性参量
磁化强度(M ):单位体积内的磁矩，单位为 A/m。
λ=Δl/l 式中， Δl和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原 长。在发生缩短的情况下，Δl为负值，因而λ也为 负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时， 磁致伸缩系数λ称为饱和磁致伸缩系数，用λs表 示。
磁化曲线
（1） M随H呈线性地缓慢增
长
（2） M随H急剧增长
（3）M的增长趋于缓慢
（4）磁化曲线极平缓地趋近 于水平线而达到饱和状态。
μ=B/H
μ0 : 真空磁导率; μ: 绝对磁导率
磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：
χ= M/H
磁学基础－物质的磁性
(三）物质磁性的分类
顺磁性
物
质
磁 性
抗磁性
分
类
铁磁性
被磁化后，磁化场方向与外
场方向相同，χ：10-3-10-6
被磁化后，磁化场方向与外场方向
相反，χ： －（10-5 – 10-6 ）
作用。
I
定义Pm= Is x A为通过电流为
Is、面积为A的环型导体的磁矩。
Is
磁学基础－物质的磁性
原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必然产
生磁矩。前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。
电子的循轨磁矩
Pl =
eh l(l 1)
4m
电子的自旋磁矩
Ps
=
eh
2m
s(s 1)
e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨 道量子数；s:自旋量子数。
B=H+M
磁学基础－物质的磁性
磁导率和磁化率 在真空中磁感应强度B与磁场强度H间的关系为 ：
B=μ0H 磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度 之比：
磁化过程四阶段：
磁性材料的技术磁参量
内禀磁
主要取决
技
参量:
❖ 磁畴
自发磁化的小区域，称为磁畴。各个 磁畴之间的交界面称为磁畴壁。
磁学基础－物质的磁性
(四）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。 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。
单晶体的易磁化和难磁化方向
磁学基础－物质的磁性
（五）磁致伸缩 磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩 短)，在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象，叫 做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致 伸缩的相对大小用磁致伸缩系数λ表示，即 ：
抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕 场向运动，获得附加的角速度和微观环形电流，从 而产生与外磁场方向相反的感生磁矩。原子磁矩叠 加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。 由于属于此类的物质有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。
• 抗磁
MH
性
某些物质当它们受到外磁场H作用后，感生出与（H）
铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在 居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩 的定向排列被破坏，使得铁磁性消失，这时物质转变为 顺磁性。
❖ 自发磁化
铁磁性物质内的原子磁矩，通过相 邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服 热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自 发平行排列、有序取向，按不同的小区域 分布，这种现象称为自发磁化。
被磁化后，磁化场方向与外
场方向相同，χ： 1 – 106
与外加磁 场的关系
磁学基础－物质的磁性
顺磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下 趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定 强度的附加磁场。顺磁性是一种弱磁性。顺磁性材 料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上 的应用极少。顺磁金属主要有Mo，Al，Pt，Sn等。
感生出与外磁场方向一致的磁化强度M。在外磁场中，顺
磁性物质显示微弱的磁性。
• 铁磁性
MH
铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到 饱和，不但磁化率＞0，而且数值大到10－106数量级， 其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂 函数关系。这种类型的磁性称为铁磁性。
磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质。 磁滞现象
• 顺磁性
MH
许多物质在受到外磁场作用后，感生出与磁化磁场 同方向的磁化强度，磁化率＞0，但数值很小，仅显示微 弱磁性。这种磁性称为顺磁性。
顺磁性物质：稀土金属和铁族元素的盐类、除Be以 外的碱金属和碱土金属以及在居里温度以上的铁磁元素 Fe、Ni、Co。
具有未填满的电子壳层，所以顺磁性物质有一个固 有原子磁矩，但各原子磁矩的方向混乱，对外不显示宏 观磁性，在磁化磁场作用下，原子磁矩转向磁场方向，
磁性功能材料
本章主要内容
• 磁学理论 —— 物质的磁性、磁性的基本物理量 • 磁性材料分类 —— 软磁材料、永磁材料 • 磁性材料的基本性能与应用
磁学基础－物质的磁性
(一) 物质的磁性
将一个面积为（A) 、通有电流
（Is)的环型导体放入磁场中，该 环型导体将会在磁场（H)的作用下
发生偏转，即环型导体受到力矩的
磁性材料
（Magnetic Materials）
磁性功能材料
磁性功能材料
——磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性 的材料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就 发现自然界中存在天然磁体。早期的磁性材料主要是 软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代起，非 晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永磁材料等一 系列的高性能磁性材料相继出现。磁性材料广泛应用 于计算机及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带， 电工产品如变压器、电机，以及通讯、无线电、电器 和各种电子装置中，是电子和电工工业、机械行业和 日常生活中不可缺少的材料之一。
方向相反的磁化强度（M），磁化率＜0，这种磁性称为
抗磁性。
表现出磁化率小于零的物质称为抗磁性物质。
抗磁性物质有；惰性气体、大部分有机化合物、若干 金属(如Bi、Zn、Ag和Mg等)、非金属(如Si、P和S等)。
电子壳层都是填满的，所以，原子磁矩等于零或虽原 子的磁矩不为零，但由原子组成的分子的总磁矩为零。
原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况 下可忽略不计。
பைடு நூலகம்
磁学基础－物质的磁性
电子的循轨磁矩 电子的循轨磁矩
原子磁矩
物质磁性 ＝Σ 原子磁矩
物质磁性具有普遍性 物质表现何种磁性
原子磁矩间相互作用 外加磁场的作用
磁学基础－物质的磁性
（二）基本磁性参量
磁化强度(M ):单位体积内的磁矩，单位为 A/m。
λ=Δl/l 式中， Δl和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原 长。在发生缩短的情况下，Δl为负值，因而λ也为 负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时， 磁致伸缩系数λ称为饱和磁致伸缩系数，用λs表 示。
磁化曲线
（1） M随H呈线性地缓慢增
长
（2） M随H急剧增长
（3）M的增长趋于缓慢
（4）磁化曲线极平缓地趋近 于水平线而达到饱和状态。
μ=B/H
μ0 : 真空磁导率; μ: 绝对磁导率
磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：
χ= M/H
磁学基础－物质的磁性
(三）物质磁性的分类
顺磁性
物
质
磁 性
抗磁性
分
类
铁磁性
被磁化后，磁化场方向与外
场方向相同，χ：10-3-10-6
被磁化后，磁化场方向与外场方向
相反，χ： －（10-5 – 10-6 ）
作用。
I
定义Pm= Is x A为通过电流为
Is、面积为A的环型导体的磁矩。
Is
磁学基础－物质的磁性
原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必然产
生磁矩。前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。
电子的循轨磁矩
Pl =
eh l(l 1)
4m
电子的自旋磁矩
Ps
=
eh
2m
s(s 1)
e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨 道量子数；s:自旋量子数。