铁磁材料的居里点的测定

铁磁材料的居里点的测定
铁磁材料居里点的测定
铁磁材料（又称铁氧体）是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。

按磁滞回线的形状来分，有软磁材料，硬磁（又叫永久磁性）材料。

铁磁材料在工业上，尤其在电力工业上应用最为广泛，如制造发电机、电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片。

我们日常用的家电里有收音机中的天线棒，中周变压器，电视机中的回扫变压器，录象机中的磁头、磁鼓。

计算机中的记忆元件、逻辑元件、扬声器以及电话机中都有磁性材料。

铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多，如雷达、微波多路通讯、自动控制、射电天文望远镜、远程操纵等。

图1
铁磁材料居里点（又称居里温度）是铁磁材料的一个重要的物理性质。

根据电磁学，我们知道：
xm?M （1）H
B （2）H??
??(1?xm)?0 （3）
上面三式里的xm是磁化率，M为磁化强度，H为磁场强度，B为磁感应强度，μ为磁导率，μ0为真空中磁导率。

磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类。

但对于不同类型
的磁介质，xm和μ的情况很不一样。

对于顺磁质，xm＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，xm＜0，μ＜μ0。

这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|xm|＜＜1，μ??μ0，而且都是与H无关的常数。

而铁磁质的情况要复杂一些，一般说来M与H不成比例，甚至没有单值关系，即M的值不能由H的值唯一确定，它还与磁化的历史有关，所以xm和μ不再为常数。

而是H的函数，即xm=xm
(H)，μ=μ(H)。

铁磁质的xm和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。

以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质。

在纯化学元素中，除铁之外，还有过渡族中的其它元素，如钴、镍和某些稀土族元素如钆、镝、钬都具有铁磁性。

但常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金，以及某些包含铁的氧化物（铁氧体）。

当磁化场H=0的时候处于未磁化状态。

这相当于坐标原点。

在逐渐增加磁化场H的过程中，B随之增加。

开始B增加得较慢一些，然后经过一段急剧增加的过程，又慢下来，再继续增大磁化场时。

B几乎不再变了。

这时介质的磁化已达到饱和。

饱和时的磁化强度称为饱和磁化强度。

从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线叫做铁磁质的起始磁化曲线，如图1中的OS段。

当铁磁质的磁化达到饱和之后，如果将磁化场去掉，即H=0，介质的磁化状态，并不恢复到原来的起点，而是保留一定的磁性。

这时的磁场强度H和磁感应强度B叫做剩余磁场强度和剩余磁感应强度。

通常用HR和BR来表示。

若要使介质的磁场强度和磁感应强度减到0，必须加一相反方
向的磁化场，即H＜0。

只有当反方向的磁化场大到一定程度时，介质才完全退磁，即达到H=0，B=0的状态。

使介质完全退磁所需的反向磁化场的大小，叫做这种铁磁质的矫顽力。

从具有剩磁的状态到完全退磁的状态这一段曲线，叫做退磁曲线。

介质退磁后，如果反方向的磁化场的数值继续增大时，介质将沿相反的方向磁化，即H＜0，直到饱和。

一般说来，反向的饱和磁场强度的数值与正向磁化时一样。

此后若使反方向的磁化场数值减小到0，然后又沿正方向增加，介质的磁化状态回到正向饱和磁化状态。

当磁化场在正负两个方向上往复变化时，介质的磁化过程经历了一个循环过程。

闭合曲线SRCS’R’C’S叫铁磁质的磁滞回线。

这个过程所形成的闭合曲线叫做铁磁质的磁滞回线。

磁滞回线如图1所示。

从铁磁质的性能和使用来说，它主要按矫顽力大小分为软磁材料和硬磁材料两大类。

矫顽力小的叫做软磁材料；矫顽力大的叫做硬磁材料。

软磁材料适合做电子设备中的电感元件、变压器、镇流器、电动机和发电机中的铁芯。

以便在切断电流后没有剩磁。

硬磁材料用在各种电表、扬声器、微音器、扩音器、耳机、电话机、录音机等。

铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。

在没有外磁场的条件下铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内自发地排列起来，形成一个个小的自发磁化区。

这种自发磁化区叫做磁畴。

通常在未磁化的铁磁质中，各磁畴内的自发磁化方向不同，在宏观上不显示出磁性来。

但在外加磁场后将显示出宏观的磁性来。

当外加的磁化场不断加大时，磁畴的磁化方向在不同程度上转向磁化场的方向，当所有
的磁畴都按磁化场的方向排列好，介质的磁化就达到饱和。

饱和时的磁化强度是很大的。

介质掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，这就是为什么会有磁滞现象的原因。

铁磁性是与磁畴分不开的。

当铁磁体受到强烈震动或在高温下由于剧烈的热运动的影响，磁畴便会瓦解，这时铁磁性质全部消失，包括磁滞现象，即磁滞回线也消失。

对于任何铁磁物质都有这样一个临界温度，高于这个温度的铁磁性就消失，变为顺磁性。

这个临界温度叫做铁磁质的居里点，也叫居里温度。

我们就是利用这个原理来测量居里点的。

JLD-II型居里点测试仪就是通过观察示波管上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量
铁磁物质的这一转变温度的。

开始给待测样品上的线圈L1通一交变电流，产生一交变磁场H。

使铁磁物质往复磁化，样品中的磁感应强度B与H的关系B=f(H)为磁滞回线，如图1所示。

图2
由于H正比于i，i为通过L1的电流，称为励磁电流，因此可以用i 的讯号代表H的讯号，为此在励磁电路中串接一个采样电阻R1，将其两端的电压讯号经过放大后送至示波管的X偏转板以表示H。

B是通过副线圈L2中由于磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。

其感应电动势为??d?dB??Na （4）dtdt
1?dt （5）?Na式中a为线圈的截面积与线圈匝数的乘积N，将上式积分得B??
由此可见样品的磁感应强度与副线圈L2上的感应电动势的积分成正
比，如图2。

为此将L2上的感应电动势经过R2C积分线路，从积分电容C 上取出B值，并加以放大处理后送至示波管的Y偏转板。

于是示波管上显示出了样品的磁滞回线。

当样品被加热到一定温度时，示波管上的磁滞回线即行消失，对于磁滞回线刚好消失时样品的温度，即为该样品的居里点。

图3为居里点测试仪，数字万用表及加热炉。

图3
1、JLD-II型居里点测试仪，（又称电源箱）
（1）电源部分
它供给了比较多的电压。

大致说来有供给示波管里阳极高压及栅极中压，还有放大器的比较低的工作电压及电路里其它部分的所需电压。

还有供给加热炉功率较大的电压以及风扇电压。

（2）温度的设置、控制部分
温度计用的是DT-902C型数字式温度计。

当温度传感器从加热炉采集的信号送到处理电路后，用数显，适时显示出来。

温度测量的精度为≤±1.5℃。

（3）加热炉
加热炉的作用是给铁磁样品加热，它们结构外形是一个长圆柱形，外壳是不锈钢做的。

在炉子上方中间位置开有一个较大的圆形孔，孔的下方（炉子内）有温度传感器把样品环套在传感器上的炉内。

此外炉子上方靠左、右两端一些还有两个风门开关。

圆柱形的两端面上还有许多小孔，在降温时，炉内装有风扇吹动，空气较快流动，以便通过这些孔排除热气。

加热炉的最高温度由控制部分控制不超过此限度。

（4）铁磁材料样品
这些样品叫温敏磁环。

一共有五种，我们只作三种，每种的居里点不同。

它们都做成
一个个圆环。

圆环上绕有初、次级线圈。

圆环尺寸为φ18×8×4（mm）。

（5）数字万用表
这种数字万用表是五位半，它是一种测量精度较高，测量功能较多的可靠性高的数字式仪表。

它最大的特点是有一定的智能性。

比如能判断和识别电压的大小，并根据大小能自动转换量程和单位，它的交流电压测量精度达到±0.1mV。

这里用万用表测量B信号的交流电压。