技术磁化
磁性物理学第二章 技术磁化理论--磁性材料 6
i j
i j
ij 为相邻两原子的自旋矢量间的夹角
磁性材料
第二章 技术磁化理论
交换作用能的物理意义：
1、原子间的交换相互作用能是铁磁性物质自发磁化的 起源；
2、当铁磁体中自旋不完全平行时，自旋取向的梯度函 数 12、 22、 32不等于零，铁磁体中的交换能密 度是增加的，因此Fex总是正值 ； 3、当不考虑自旋-轨道耦合时，铁磁体中交换相互作用 仅仅只依赖于相邻原子自旋间的夹角，而与自旋取什 么方向无关，所以交换作用能是各向同性的。
磁性材料
第二章 技术磁化理论
四、磁致伸缩
（一）、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 1、定义： 铁磁晶体由于磁化状态的改变，其长度或体积都要
发生微小的变化，这种现象叫磁致伸缩现象 a、磁致伸缩现象的三种表现：
纵向磁致伸缩：沿磁场方向尺寸大小的相对变化 线磁致 伸缩 横向磁致伸缩：垂直于磁场方向尺寸大小的相对变化
磁性材料
第二章 技术磁化理论
一、铁磁体中的各种相互作用能
具有静 目前认为在铁磁体内有五种主要的相互作用（对应 电性质
五种相互作用能）：
的相互
1. 交换能（Fex）：电子自旋间的交换相互作用产生的能量 作用能
2. 磁晶各向异性能（Fk）：铁磁体内晶体场对轨道电子间的
作用、电子的轨道磁矩与自旋磁矩间的耦合效应所产生的能量
程度相差甚大——易磁化方向(最容易磁化的晶轴方向)与难磁化
磁性材料
方向
第二章 技术磁化理论
2、磁化功——铁磁体磁化时所需要的磁化能
从能量的角度而言，由于铁磁晶体的各向异性，则沿铁磁单 晶体不同的晶轴方向上，磁化到饱和时所需要的磁化能量（磁化 能）是不相同的
铁磁体磁化时所需要的磁化能（磁化
什么是技术磁化有哪些特点
什么是技术磁化有哪些特点技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，那么你对技术磁化了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是技术磁化的内容，希望大家喜欢!什么是技术磁化技术磁化(technical magnetization)阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。
技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段\急剧磁化阶段以及缓慢磁化并趋于磁饱和阶段。
磁畴的改变包括磁畴壁的移动(改变磁畴的大小)和磁畴内磁矩的转动(改变磁矩的方向)。
前者称为(磁畴) 壁移过程，后者称为(磁)畴转(动)过程。
这种由外磁场引起的磁畴大小和分布的改变(统称磁畴结构变化)，在宏观上表现为强磁(铁磁和亚铁磁)物质的磁化强度M (或磁通密度B)随外加磁场的变化，称为技术磁化过程。
其中B二内(H+M)，脚为真空磁导率，又称磁常数。
M一H和B一H曲线称为技术磁化曲线技术磁化的特点铁磁物质和其他具有磁畴结构的磁有序物质(统称强磁性物质)在技术磁化过程中表现出以下5个主要特点。
①强磁性物质在未受外磁场H作用时处于未磁化状态，又称退磁状态(图中O点)。
这时的宏观磁化强度M为零。
在受到外磁场作用后，M随H的增加而沿曲线OAB变化。
OAB曲线称起始磁化曲线，通常称磁化曲线。
如果从B点减小磁场到零后又在相反方向增加磁场，则磁化强度沿BCDE变化;再减小磁场到零后又在正方向增加磁场，则磁化强度沿EFGB变化。
整个曲线BCDEFGB称为磁滞回线。
非线性的磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的两个主要特征。
②磁化曲线表现的非线性是由于受外磁场磁化时，壁移过程和畴转过程除可逆过程外，还具有不可逆过程。
一般的强磁性物质从退磁状态受外磁场磁化时，其磁化过程可分为5个阶段:当外磁场很低时，主要为畴壁的可逆移动过程(图中①)，磁化曲线基本上为直线; 再增加外磁场时，磁化曲线呈非线性陡然增大(图中②)，相当于不可逆壁移过程起主要作用，这是由于畴壁能势垒产生的;若再增加外磁场，磁化曲线虽仍表现弱的非线性，但增势减小(图中③)，这是由于不可逆壁移过程减少，而可逆畴转过程起主要作用;外磁场进一步增加，磁化曲线通过拐点(图中④)，这时不可逆畴转过程起主要作用，然后磁化达到饱和状态，这时壁移和畴转过程都相继结束，整个强磁性物质变为合磁矩转到外磁场方向的单磁畴;如果再增大外磁场，这时便只能是原子磁矩克服热扰动作用而趋向外磁场，类似顺磁物质的磁化过程，故称为顺磁过程(图中⑤)。
磁畴结构与技术磁化 20101029
γ wL
17
上式表明只有磁畴宽度D为一个适当大小的数值时，才能满 足其总能量为最小值的条件，磁畴结构将处于稳定状态。由上 面两式，可以求出总能量
E = 2M s ×10 × 17.0 × γ w L
−4
仍然以铁为例来说明： MS =1.70×106 A⋅ m−1,γw =1.7×10−3 J ⋅ m−2, L =10−2 m
定性分析: 如图为单轴晶体磁畴形成图例分析
上图为单轴晶体内磁畴形成的示意图。在图（a）中，整个晶 体内的自发磁化均匀一致地取单易磁化方向，晶体表面出现了磁 极，因而，晶体内的总能量要包括新出现的退磁能。图(b)和(c) 中，为降低表面退磁场能，自发磁化分布发生变化，分成两个或 四个反向平行的磁畴，从而大大减小了表面退磁场能。
E = Ed + Ew = 1.7 × 10 M s D + γ w
D
平衡稳定状态的磁畴宽度D由总能量E的极小值决 定。由 ∂E = 0 得
∂D
1.7 × 10 M −
2 s
−7
γ wL
D
2
=0
由上式可以求出磁畴宽度D
⎛ ⎞ γ wL D=⎜ −8 2 ⎟ ⎝ 17 ×10 M s ⎠
1/ 2
104 = MS
由于外磁场的作用i畴的能量最低k畴的能量最高根据能量最小原理的要求k畴方向的磁矩将被改变成为i畴那样取向这种改变是通过畴壁进行的因为畴壁是一层磁矩方向逐渐地改变的过渡层假如畴壁厚度不变那么只能是k畴内靠近畴壁的一层磁矩由原来向下的方向开始改变方向并进入到过渡层则向上转动而逐渐地脱离畴壁过渡层加入到i畴中结果是i畴内磁矩数目增多畴的体积也增大
E
w
= γ
w
L D
课件15第六章：技术磁化理论4
Mr
H c d
可逆过程 小巴克豪森跳跃 大巴克豪森跳跃
大块单轴多晶体的磁滞回线
Байду номын сангаас
壁移反磁化过程
二、反磁化核成长引起的磁滞 当样品已磁化到饱和时，反磁化畴依旧可能存在。 在大块材料中，局部的内应力与杂质造成这些局部 小区域内的M与其他区域不一致，从而形成“反磁化 核”，如果加一定强度的反向的磁场，则这些反磁化核 将逐步长大而成为“反磁化畴”，产生畴壁，为反磁化 过程中的壁移创造条件。 通过反磁化核发生与长大来进行壁移的过程有两个阶段： 1) H下，反磁化核发生与长大形成反磁化畴， 2) 长大后的反磁化畴进行可逆与不可逆壁移。
K u1 0 H0 0 135 , 0 M s 单轴晶体： 2 K u1 0 900 、 180 , H 0 0 0 M s 当 0 900， 1800 时，H 0在此二值之间
Ms
0
H
易轴
x
0 180 , K1 0 0 立方晶体 1800 , K 0 0 1
一、不可逆壁移 我们前面在不可逆壁移磁化过程中分别推出了在应 力与杂质作用下的H 0 ，故利用 H c H 0 可得：
s 0 s 0 应力理论：H c H 0 M l ~ M 0 s s 2 2 1 3 k1 3 k1 3 ~ 含杂理论：H c H 0 Ms 6 0 M s d
5 1 Hc H s H0 16 0 M s d
三、不可逆畴转 要提高Hc，最有效的办法是使壁移不发生。要彻底做到 这一点，只有使畴壁不存在，即使之成为单畴。 单畴颗粒工艺对提高材料的Hc 非常重要，这时只有磁矩
磁性材料与器件-第三章-技术磁化
3.1.2 磁晶各向异性能
M
W HdM
0
3.1.2 磁晶各向异性能
沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化 时所增加的自由能不同，称这 种与磁化方向有关的自由能为 磁晶各向异性能。 在易磁化轴方向上，磁晶各向 异性能最小，而在难磁化轴方 向上，磁晶各向异性能最大。 铁磁体从退磁状态磁化到饱和，需要付出的磁化功为：
3.3.1 磁化机制
技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和 畴壁位移实现宏观磁化的过程
磁化本质： 内部的磁畴结 构发生变化
3.3.1 磁化机制
3.3.1 磁化机制
沿外场H方向上的磁化强度MH
Vi为第i个磁畴的体积；i为第i个磁畴的自发磁化 强度与H间的夹角； V0为块体材料的体积。 当H改变H时，MH的改变为
z Is(123)
[001]
[100]：1=1,2=0,3=0
EK[100]=0
[110]： 1 0,2 3 1/ 2 EK[110]=K1/4
y
[110]
1 2 3 1/ 3 [111]：
EK[111]=K1/3+K2/27
x
3.1.2 磁晶各向异性能
3.1.1 磁晶各向异性
同一铁磁物质的单晶体，其磁化曲线随晶轴 方向不同而有所差别，即磁性随晶轴方向而异。 这种现象称为磁晶各向异性。 磁晶各向异性存在于所有铁磁性晶体中。 沿铁磁体不同晶轴方向磁化的难易程度不同，磁 化曲线也不相同。
3.1.1 磁晶各向异性
从能量角度，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，M-H曲 线与M轴之间所包围的面积等于磁化过程做的功
3.1.5 磁晶各向异性起源
磁晶各向异性来源模型
（a）磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱 （ b）磁体垂直磁化时，由于 L-S 耦合作用，电子云 随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作用 强。
软磁材料的技术磁化过程
软磁材料的技术磁化过程软磁材料是一种具有良好磁导性能的材料，广泛应用于电子设备、通信设备、电力设备等领域。
软磁材料的技术磁化过程是指通过一系列工艺步骤将材料转变为具有特定磁性能的磁体。
本文将介绍软磁材料的技术磁化过程。
首先，软磁材料的技术磁化过程需要进行材料的预处理。
预处理包括清洗、退火等步骤。
清洗是为了去除材料表面的杂质和污染物，保证材料的纯净度。
退火是通过加热材料至一定温度，然后缓慢冷却，以消除材料内部的应力和晶界缺陷，提高材料的磁导率和磁饱和磁感应强度。
接下来，软磁材料的技术磁化过程需要进行磁化处理。
磁化处理是通过施加外部磁场，使材料的磁矩在一定方向上排列，从而形成磁性。
磁化处理可以通过多种方法实现，如电磁线圈法、永磁体法、电流脉冲法等。
其中，电磁线圈法是最常用的方法之一。
该方法通过将软磁材料放置在电磁线圈中，施加一定大小和方向的电流，产生磁场，使材料的磁矩在磁场的作用下重新排列，实现磁化。
在磁化处理过程中，需要控制磁场的大小和方向。
磁场的大小决定了软磁材料的磁化程度，即磁化强度。
磁场的方向决定了软磁材料的磁化方向，即磁化极性。
为了实现精确的磁化，通常需要使用磁场控制设备，如磁场计、磁场控制器等。
这些设备可以测量和调节磁场的大小和方向，确保软磁材料的磁化符合要求。
最后，软磁材料的技术磁化过程还需要进行磁化后处理。
磁化后处理是为了稳定和固定材料的磁性能。
常见的磁化后处理方法包括热处理、表面处理等。
热处理是通过加热材料至一定温度，然后缓慢冷却，使材料的磁矩更加稳定。
表面处理是通过涂覆保护层或进行表面处理，保护软磁材料的磁性能不受外界环境的影响。
综上所述，软磁材料的技术磁化过程是一个复杂的工艺过程，包括预处理、磁化处理和磁化后处理。
通过这些步骤，可以将软磁材料转变为具有特定磁性能的磁体，满足不同领域的需求。
软磁材料的技术磁化过程在电子、通信、电力等行业中具有重要的应用价值，对于提高设备性能和降低能耗具有重要意义。
技术磁化的三种磁化机制
技术磁化的三种磁化机制
一、电致磁(Electromagnetic Induction)
电致磁是一种古老的磁化机制，它基于弗里德曼定律，即将电流经过一个受磁场影响的导体时就会产生磁场。
它在1800年代被发现并建立了微观物理学。
它是以一个通常是铁芯的变压器和一个电源为基础的磁化机制。
当电流通过激励线圈的一头，它会在经过的每厘米产生磁场；电流沿着另一头的线圈时，就会感受到磁场，会产生磁通电流。
激励有效的越高，变压器就能产生的磁应力越大，电致磁磁化的效果越显著，多达50-1000A/m 的磁应力强度可在短时间内实现。
通常，电致磁用于体内应用和表面磁化，以及实现精确磁化应用，如在硬磁材料以及神经和外科技术等实现特定的模式磁化。
二、磁屏蔽(Magnetic Shielding)
磁屏蔽是一种有效的磁化技术，它可以减弱或抑制受到磁场干扰的物体的影响。
它通过使用软磁材料，比如铝线屏蔽、硅尼离子或铜回路吸收等屏蔽等磁化技术，可用来形成一个磁屏蔽包围目标物体，减少或消磨其受到磁场干扰的影响，用于保护敏感的机器或系统免受外部磁场的影响。
磁屏蔽常被使用于太空设备、MRI机、磁记录技术以及社区中的耳护器等领域。
电磁结合是一种结合电致磁和磁屏蔽技术的技术，它能有效减少电致磁磁应力及磁屏蔽磁应力损失的干扰，这样可以更加有效地实现精确的磁化技术。
电磁结合的基本流程是将电致磁和磁屏蔽的方法结合起来，利用一个可调整电流调节器来控制电流的大小。
当变压器输出的电流到达所需的大小时，磁屏蔽技术就会被激活，可以抑制外界磁场的潮流，减少受磁体上无法控制的磁应力。
电磁结合技术是现今传感器或导航计算机学习技术在内部应用时有效地磁化技术。
第3-2讲+磁性-磁畴与技术磁化
rab
b
b
个电子轨道，抅成反铁磁耦合
a
b
铁磁相互作用
实验事实：铁磁性物质在居里温度以上是顺磁性；居里温度以下
原子磁矩间的相互作用能大于热振动能，显现铁磁性。 这个相互作用是什么？首先要估计这个相互作用有多
强。铁的原子磁矩为2.2MB=2.2x1.17x10-29，居里温度为103度，
而热运动能kT=1.38x10-23x103。假定这个作用等同一个磁场的作 用，设为Hm，那么
2um x 2um
500nm x 500nm
四、磁致伸缩
Fd H d dJ 0 H d dM
0 0
J
M
对于均匀材料制成的椭球样品，容易得出;
Fd 0
M
0
1 NMdM 0 NM 2 2
N 是磁化方向的退磁因子。对于非球形样品，沿不同方向磁 化时退磁场能大小不同，这种由形状造成的退磁场能随磁化 方向的变化，通常也称形状各向异性能。退磁能的存在是自
不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就
称为磁畴壁 。
MFM: NG-HD
表面形貌图
Topography
表面磁力图
MFM Phase
Bit size: 150× 30nm
为什么会产生自发磁化?
• 自发磁化:在未加外磁场时,铁磁金属内部 的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的 现象. • “交换”作用: 直接交换作用：金属磁性材料 超交换作用：氧化物
在某些材料中过渡金属离子不是直接接触，直接接触交换 作用很小，只有通过中间负离子氧起作用。 在尖晶石结构中实际上存在A-A，B-B，A-B三种可能位置. 因而存在三种交换作用。由于各种原因，这些化合物中 只有其中的一种超交换作用占优势。
磁性物理学第六章 技术磁化理论
1800壁位移磁化过程如图：
F H i 0M sHco 0 s0M sH 低 F Hk 0M sHco 1s8 00 0M sH高
说明H作用下，壁移磁化的物理本质是畴壁内每个磁矩 向着H方向逐步地转动
1、壁移磁化的动力 设单位面积的1800壁，
( 5 )顺磁磁化区：外场对自发磁化的微弱增强。
不可逆磁化的特征：巴克毫生跳跃
1919年巴克豪森发现铁磁材料的磁化过程，是分成许多 小的不连续步骤进行。此现象称为巴克豪森效应。
坡莫合金丝，C2处成 核，畴壁位移。
反磁化过程：
饱和磁感应强度 剩余磁感应强度 退磁曲线
矫顽力
最大磁导率
m
1
0
B H
特点可以分成 5个 区域：
( 1 )起始或可逆磁化区：线性关系
( 2 )瑞利( Rayleigh )区：偏离线性
( 3 )最大磁化率区： M 急剧地增加，达到其最大值m，剧烈不
可逆（巴克豪生跳跃），从（2）开始都是不可逆的。
( 4 )趋近饱和区： M缓慢地升高，最后趋近一水平线(技术饱和)。 多晶铁磁体，趋近饱和定律。
右图表示一个K1>0的立方晶系材 料的单晶磁化过程，易轴是[100]， 磁畴有180和90两类。当磁场加在 [100]方向，畴壁位移结束时，Ms在 [100]方向；当磁场加在[110]方向， 畴壁位移结束时，磁畴仍然存在着两 类磁畴，一类 Ms 在[100]方向，另一 类 Ms 在[010]方向。进一步磁化才发 生磁畴内磁化强度的转动过程。一般 金属与合金磁性材料在低场下是畴壁 移动过程为主，高场下才发生磁化矢 量的转动过程。氧化物磁性材料则不 同，由于畴壁移动的阻力比较大，在 较低磁场范围就会发生磁化矢量转动 过程。
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
C
C’
O
H
磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原 来的易磁化轴方向，而是只回到各自 最靠近外磁场方向上的那些易磁化轴
方向，所以磁矩均匀分布在半球内
则在原来磁场方向上保留的剩
磁大小可近似为MR＝MScos， 其中为外磁场与每个晶粒的
易磁化轴间的夹角
三、矫顽力HC
1、两种矫顽力的定义：
➢磁感矫顽力BHC：在B－H磁滞回线上，使 B＝0的磁场强度;
域中的可逆磁化部分
剩余磁化强度MR的大小，决 定于材料从饱和磁化降到H＝
0的反磁化过程中磁畴结构的 变化；它是反磁化过程中不可 逆磁化的标志，也是决定磁滞 回线形状大小的一个重要物理
量
以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M
说明剩余磁化的磁畴结构变化示意图 在多晶体中，假设晶粒的单易磁化轴
A B
D
是均匀分布的，当多晶体在某个方向 磁化饱和后，再将外磁场降为零，由 于不可逆磁化的存在，各个晶粒内的
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
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
（iii）、磁畴磁矩的转动磁化阶段（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
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
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
磁性材料
第二章 技术磁化理论
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
强磁体的磁化曲线可分为五个特征区域： M
（1）、起始磁化区（可逆磁化区域）
M＝iH B＝ 0iH （i＝1+ i）
第二章 技术磁化理论
3、磁化过程的磁化机制：
若磁体被磁化，则沿外磁场
MSVi cosi
强度H上的磁化强度MH可以表磁示畴为转：
MH
i
顺磁V0磁
畴磁化壁过位当程移外磁场强度H发生动过微磁程小化的变化ΔH，则相化应过的程磁
化强度的改变ΔMH可表示为：
MH
i
MS cosi Vi MSVi cosi Vi cosi MS
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
磁性材料
பைடு நூலகம்
第二章 技术磁化理论
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
磁性材料
第二章 技术磁化理论
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
磁性材料
第二章 技术磁化理论
磁性材料
第二章 技术磁化理论
第2节 反磁化过程
Reversal of Magnetizing Process
磁性材料
第二章 技术磁化理论
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；
材料物理 龙毅版 3-6 技术磁化
4、顺磁磁化过程 磁化到S点时，磁体已磁化到技术饱和，此时的磁化强
度称为饱和磁化强度。自S点后，M-H曲线已接近水平线， B-H曲线大体上成直线，继续增加磁场，Ms稍有增加，称 为顺磁磁化过程。
反磁化过程 I部分是CBr，当磁化场自C减小到0时，每个晶粒的磁矩
都转到该晶粒最靠近外场的易磁化方向。在磁化场减小到0 的过程中，铁磁体内部也可能产生新的反磁化畴。
随着畴壁右移，位移的阻力逐
渐增加。
在A点以前，畴壁位移是可逆的。
在A点有最大的阻力峰。一旦畴
壁位移到A点之后，它就要跳跃
到E点，即巴克豪森跳跃。
去掉外场之后，畴壁再也回不
到O点，只能回到D点，发生了
不可逆壁移。
临界场公式：
H0
[ (
x
20M
x) ]max
s cos
磁矩转动过程 在磁化过程中畴内的磁矩可以转向外场的方向，包括可逆转 动和不可逆转动。
a. 无外场时，磁矩在易磁化方向Oa. 加磁场后，磁矩转动了 一个角度θ. θ0＜90°，当磁场强度减弱到0时，磁矩转 回易磁化方向，是可逆转动。
b. θ0＞90°，当磁场H不大时，也是可逆转动。
磁矩转动过程
临界场的表达式：
H0
Ku
0M s
在磁晶各向异性的作用下，转动磁化过程的临界 磁场和各向异性常数Ku成正比，和Ms成反比
技术磁化：在缓慢变化或低频交变磁场中进行磁化。 （所考虑的是磁化已经达到稳定状态的问题）
获得磁中性状态的方法： 交流退磁：无直流磁场，对磁体施加一定强度的交变磁场，
并将其振幅逐渐减小到零。 热致退磁：将磁体加热到Tc 以上，然后在无H时冷却下来。
磁中性
技术磁化名词解释
技术磁化名词解释嘿，咱今儿来聊聊技术磁化这玩意儿。
你说这技术磁化啊，就好比是给一个物件注入了某种魔力！想象一下，一个普普通通的东西，经过技术磁化这一过程，突然就变得不一样了，有了特别的属性和能力。
这就跟咱人似的，平时看着平平无奇，但是一旦掌握了某项厉害的技能，那就像被磁化了一样，变得闪闪发光啦！比如说，一个原本对电脑一窍不通的人，经过努力学习编程技术，嘿，一下子就成了电脑高手，这可不就是被技术磁化了嘛！技术磁化在很多领域都大显身手呢！在制造业里，那些零件啊、工具啊，经过磁化处理，就能更好地发挥作用，就像给它们装上了小翅膀，飞起来咯！还有在电子领域，磁化技术能让各种电子元件变得更厉害，让咱的手机啊、电脑啊运行得更顺畅。
咱再打个比方，技术磁化就像是给一个团队注入了凝聚力和战斗力。
原本大家可能各干各的，没啥特别的，但是一旦经过磁化，哇哦，就变成了一个超级厉害的团队，能攻克各种难题，创造出了不起的成果。
你说神奇不神奇？这技术磁化啊，真的是个宝！它能让原本普通的东西变得不普通，让原本弱小的变得强大。
它就像是一个隐藏的魔法，在背后默默地发挥着巨大的作用。
而且啊，这技术磁化可不仅仅局限于那些高大上的领域，在我们日常生活中也能看到它的影子呢！比如说，有些磁铁玩具，不就是利用了磁化的原理嘛，能吸住各种小物件，多好玩啊！你可别小瞧了这技术磁化，它虽然看不见摸不着，但却有着巨大的能量。
它能改变一个东西的性质，能让一个领域发生翻天覆地的变化。
这就好像是武侠小说里的内功，虽然表面上看不出来，但一旦施展出来，那威力可不得了！你想想，要是没有技术磁化，我们的世界会变成什么样呢？那些高科技产品还能那么厉害吗？那些制造业还能那么高效吗？答案肯定是不能啊！所以说，技术磁化真的是太重要啦！总之呢，技术磁化这玩意儿，真的是特别神奇，特别有趣，也特别重要。
它就像是一个默默奉献的幕后英雄，为我们的生活和科技的发展贡献着力量。
我们可得好好珍惜它，好好利用它，让它为我们创造更美好的未来！你说是不是呀？。
技术磁化与反磁化
饱和磁化强度
MS是温度T的函数，低温下遵循Bloch定律：
T 32 M s M 0 [1 0.1187( ) ] TC
简单立方：2 体心立方：1 面心立方：1/2
M0称为绝对饱和磁化强度（T0K时，MS M0）
M0 n eff Nd 0B / A
M0、MS为内禀磁参量
技术磁化与反磁化
技术磁化与反磁化过程是以畴壁位移和磁矩转动这两种方式进行。
处于热退磁状态的大块铁磁体（多晶体）在外磁场中磁化， 当磁化场由零逐渐增加时，铁磁体的M或B也逐渐增加，该 过程称为技术磁化过程。 （I）区：可逆磁化过程（磁
该过程中B－H或M－H曲线 称为磁化曲线。
场减少到零时，M、B沿原 曲线减少到零），磁化曲线 是线性的，没有剩磁和磁滞。 以可逆壁移为主。 （II）区：不可逆，非线性， 有剩磁、磁滞，由许多的M、 B的跳跃性变化组成。 （III）区：磁化矢量的转动 过程。B点时，壁移消失， 为单畴体。但M与H的方向 不一致。再增加外场，磁矩 逐渐转动，趋于一致，至S 点达到技术饱和。
d 1 ( ) max M HC 2MS0 cos dx
单晶体畴壁位移决定的矫顽力主要取 决于两个因素：角（反向畴磁矩方向 与反磁化场方向的夹角）和畴壁能密 度梯度的最大值 d ( ) max 21 dx
反向畴体积与正向畴体 积相等时，M=0
角的影响： =0时， MHC最低， 随角的增大，MHC也逐渐增加。
19
Mr：剩余磁化强度
剩磁
Br：剩余磁感应强度
图中为单轴各向异性无织构的 多晶体在各种磁化状态下的磁 矩角分布的二维矢量模型。
1 n M r MS Vi cos i V 1
V：样品总体积； Vi：第i个晶粒的体积； i：第i个晶粒的MS方向与 外磁场的夹角。
磁性物理的基础-磁畴与技术磁化
交换积分与交换劲度常数的关系 nJS 2
A a
a是晶格常数，n单胞中的原子数
简单立方晶体 n=1 体心立方晶体 n=2 面心立方晶体 n=4
用统计理论计算居里温度与交换积分J的关系
交换作用是短程作用，在温度接近居里温度时整个自旋系统的平行排列 被大大地搅乱，但近邻自旋仍趋向于保持平行排列，这样就形成自旋团簇。
这个偏离显然是由于在居里点以 上团簇的形成。实验也显示出这样 的偏离。
居里温度测试方法：( Arrort plot法 )
根据铁磁性的分子场理论，磁化强度为
INg BB J J
其中 gBJ(Hw)I
kT
令 I0 NgJB 则
I I0
BJ
当J=1/2时 BJtan h则
当 I «I0时，上式右边可展开
Si
pi1/2pi1/2
pipi
Sj
pj1/2pj1/2
pjpj
由于Si和Sj必须相等，<Si>=<Sj> ,最后得到：
cc o o ss h h JJ 2 2 M M B B H H m m //2 2 kk T T z 1exp 2M kB T H m
用此关系式获得Hm与温度T的关系，并可以计算自发磁化强度Is
Na JS24.2x108m 150 晶格常数
Ka
1
1
2JK1
s22 a
kacK12
对铁而言
1
10110318 05
2
1
尔格/厘米2
由表中看到：
畴壁能 w K A1
畴壁厚度
zw
A1 K
A1是交换劲度常数 A1=nJS2/a, a=2.8662Å
磁性物理学第六章 技术磁化理论
S
a2
d2 4
x2
S a 2，（ a d , 且 x很小）
S 2x x
2S x 2
2
2 ln x 2
S
1 x S
S x
1 S
2S x2
1 a2
2
2 a2
对于180o壁，由于并非所有杂质处都有畴壁。
充实因子 a , ( D 为磁畴宽度 ) D
而又 单位体积中畴壁数为
实验发现各种多晶磁 性材料趋近饱和阶段和顺 磁磁化阶段有着共同的规 律，这对于基础磁性的研 究是有帮助的，分析其规 律也是技术磁化研究的内 容。
第二节 可逆壁移磁化过程
一、壁移磁化机制 在有效场作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长
大，而与H方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁 发生位置变化。
S //
⑴、求 2 x 2
x
2
K
1
3 2
s
x
x
3
s
x
2 2x
3
s
2 x2
设 180 o 中内应力 x sin 2 x
2
l
2 cos 2 x
x 2 l
l
当 x n 3 l时， 0 , 0
4 x
x
180 o 壁可能在 : x n 3 l处。（均可满足 4
x
20M
s
H x
2 x2
H x
2 x2
20M s
而单位面积畴壁移动x时，H方向磁化强度增加为：
M sco M s sc1 oo 8 s 0 x 2 M sco xs
（ 1o 在 8 壁 0 移 0 ） 中
∴磁化过程中产生的磁化强度为：
课件14第六章：技术磁化理论2
二、含杂理论决定的χi 计算过程：先写出含杂理论的χi 表达式，再假设一个 具体的杂质分布模型来计算。
0 // 180 壁： 2 0 M s H ln S // x 磁化方程 900 壁 : M H ln S 0 s x 以180o 壁为例： 20 M s H ln S // x // H 2 ln S // 2 x 2 0 M s x
________ 2
2 0 d 0 sin sin d 3 2 0 M s2 ________ M i sin 2 ＝ 0 s 2kU 1 3kU 1
2
2
i 1 i多
φ θ
Ms
FH 0 M s H cos
H
单晶 在单轴晶体中
F FH Fk K 0 KU 1 sin 2 0 M s H cos F 由 0, 得： 2kU 1 sin cos 0 M s H sin 0 是在弱场下， 很小 sin , cos 1, sin sin 2 KU 1 0 M s H sin 0 2 KU 1 H 0 M s sin Fk K 0 KU 1 sin 2
2
S )
现在考虑求畴壁面积S//： 设杂质分布为简单立方点阵，点阵常数为a，杂质为直 径为d的球粒。则H=0时，畴壁总面积最小，在杂质中心处
Ew最小。H ≠0时，畴壁离开中心处，总面积增加，Ew 增加。若杂质点阵中一个单胞内壁移x，被杂质穿孔后 的畴壁面积为：
2 d 2 2 S a 4 x S a 2，（ a d , 且x很小） S 2x x 2S 2 2 x 2 ln S 1 S 1 2 S 1 2 2 2 2 2 2 x x S x S x a a
第3章技术磁化1
所以，这种杂质和空隙越多，畴壁移动越困难，磁导率越小
单畴 ☞在大块材料中，若不形成多畴，则退磁场能量很高，所以大 块材料以多畴结构最为稳定。 ☞若材料的尺寸变得很小，成为多畴时的畴壁能比单畴的退磁 场能还要高，这时材料将不在分畴，形成单畴结构，具有更低
的能量。
☞存在单畴的临界尺寸。铁磁体大于临界尺寸时，具有多畴结 构；小于临界尺寸时，则为单畴结构。临界尺寸为铁磁体成为 单畴结构的最大尺寸。
磁致伸缩系数：
l / l
磁致伸缩的大小与外磁场强度有关 饱和磁致伸缩系数S S>0 ：正磁致伸缩,如铁 S<0 ：负磁致伸缩，如 镍
S
实例：
磁致伸缩产生的机制
外加磁场后，磁偶极子趋于同向排列。
与（a）图相比，（b）图处于低能状态，更加稳定 于是，由（a）态变为（b）态，产生了磁致伸缩效应
3.1.2 磁致伸缩
磁性材料由于磁化状态的改变，其长度和体积都要发生 微小的变化，这种现象称为磁致伸缩 磁致伸缩有三种表现：
☞沿着外磁场方向尺寸的相对变化 称为纵向磁致伸缩；
☞垂直于外磁场方向尺寸的相对变 化称为横向磁致伸缩； ☞磁体体积的相对变化称为体积磁 致伸缩。
线性磁致伸缩，是论 的重点
体积磁致伸缩量很 小，通常被忽略
壁和900畴壁：
☞1800畴壁 畴壁两侧的自发磁化强度方向互成1800 。单易
磁化轴晶体只有1800畴壁，多轴晶体中也有1800畴壁；
☞ 900畴壁 畴壁两侧磁畴的自发磁化强度方向间的角度不
为1800，而是900、1070和710等，一律称为900畴壁。
900畴壁示例
根据畴壁中磁矩的过渡方式，可将畴壁分为布洛赫壁和
开放型磁畴 » 又称片状磁畴结构
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内 应 力 理 论
当磁场高于临界场 Hc 时．进 入不可逆磁化过程，最大磁 导率就发生在该阶段。此时 畴壁常常发生跳跃式移动， 在磁化曲线上表现出大的突 变，称为巴克豪森效应。
畴壁能和壁移阻力与畴壁位置的关系
(a) 内应力引起畴壁能的不均匀分布 (b) 180°畴壁壁移阻力的变化
(2) 杂质理论 杂质是指弱铁磁相、非铁磁相、夹杂物和气孔。在没有外磁 场时，磁畴壁被杂质穿空，减少了畴壁的总面积，降低了畴壁 能，相当于杂质对磁畴钉扎作用。 在外磁场下，磁畴壁发生弯曲，这时去除外磁场磁畴壁可以 回到原来位置；进一步增大外磁场，磁畴壁脱离杂质，运动到 下一个杂质位置，这个过程是不可逆的。
降低退磁能
减小畴壁能
减小磁弹性能
单晶体的磁畴结构示意图
不均匀物质中的磁畴
多晶体中的每一个晶粒 都可能包含许多磁畴，
整个材料内部磁通保持
连续，形成闭合回路。 就整体上来说，材料对 外显示各向同性。
多晶体中的磁畴示意图
磁单畴颗粒
若晶粒尺寸逐渐减小，体系的自由能中畴壁能 的比重增长，以至当其与因分畴而减小的退磁 场能相比拟或超过它时，整个晶粒不分畴在能 量上将更有利，这就是单畴颗粒。单畴颗粒的 临界尺寸由晶粒自由能的极小值确定。通过计 算得到的铁、钴、镍单畴颗粒的临界尺寸的数 量级为10－2埃。
研究意义：制备低磁导率、高矫顽力的永磁材料。
例如，采用粉末冶金法提高材料的矫顽力。
磁泡
第三节 铁磁体的技术磁化
铁磁体内相互作用能
磁畴
技术磁化与磁滞回线
影响铁磁性的因素
3. 技术磁化和磁滞回线
技术磁化的本质：外加磁场对磁畴的作用过程 即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场 方向（和）或近似外磁场方向的过程。
使铁磁材料的宏观磁性表现出来。
技术磁化过程的描述：磁化曲线与磁滞回线。
1）铁磁材料的基本磁化曲线
磁化的三个阶段
在第 I 阶段，外磁场H 较小，磁感应强度B 和磁化强度M 随H 增大缓慢上升，B 与H 基本上是线性关系，磁化是可 逆的。称为起始磁化阶段。 在这一阶段，与外磁场方向成锐角的磁畴能量低，磁畴 扩大；而与外磁场成钝角的磁畴缩小。磁畴大小的变化 通过磁畴壁的迁移实现。 在第 II 阶段：随H 增大，B 和H 都迅速增大，μ 增加很 快，并出现最大值。这个阶段是不可逆的，去掉外磁场 还保留部分磁化。
时，随着溶质原子浓度的增加，Hc增加而μ、Br降低。
两种铁磁性金属组成固溶体时，Ms的变化较复杂，其
大小不仅与合金的成分而且还与温度有关。
形成多相合金
在多相合金中，合金饱和磁化强度Ms是由各组成相的 饱和磁化强度以及它们的相对量所决定。
M s M s1P 1 M s2 P 2 M sn P n
磁导率μ、剩磁感应强度Br等。
组织不敏感性参数
与自发磁化有关的参数，如饱和磁化强度Ms、饱和磁致 伸缩系数λs、磁各向异性常数Qc等。
1）温度的影响
温度升高使原子热运 动加剧，原子磁矩的 无序排列倾向增大导 致Ms下降。达到居里 点时Ms降为零。
升温
铁磁性
顺磁性
2）形变和晶粒度的影响
冷塑性变形会使金属中点
3）成分、组织及相结构的影响
形成固溶体 形成化合物 形成多相合金
形成固溶体
铁磁性金属溶入抗磁性或弱顺磁性元素时，固溶体
的Ms随溶质组元含量的增加而降低。
铁磁性金属溶入强顺磁性组元，当溶质组元含量低时
使Ms增大，而含量高时则使Ms降低。
铁磁金属中溶入碳、氮、氧等元素而形成间隙固溶体
式中：Msn为各组成相的饱和磁化强度; Pn为各相的体积百分数。
小结
磁畴结构 技术磁化过程 影响铁磁性的因素
2）技术磁化的两种机制
畴壁的迁移磁化（壁移磁化）
磁畴的旋转磁化（畴转磁化）
Ms
θ
H
易轴方向
Ms
θ θ0
H
壁移磁化
转动磁化
磁畴壁移动的阻力及产生不可逆磁化的原因
磁畴壁移动的阻力： ① 退磁能：由于磁畴迁移使退磁能增大； ② 晶体内部的缺陷、应力及组织不均匀性。 产生不可逆磁化的原因：畴壁的不可逆位移 (1)应力理论 晶体缺陷、位错等以及磁致伸缩和磁各向异性会产生第 三种内应力。内应力在晶体中分布是不均匀的，应力在 某些微观区域内较高，而另一些微观区域较低。在没有 磁化时，畴壁处于应力较低的位置。 在外磁场作用下，畴壁发生迁移。当磁畴由一个能谷迁 移到另一个能谷，这时畴壁移动是不可逆的。要使畴壁 返回原来位置必须施加一定的外磁场，这就是矫顽力。
在第二阶段磁畴壁随磁畴的增大而快速移动，称磁畴壁跳 跃（巴克豪生跳跃）。与磁场夹角比较大的难磁化磁畴转 向夹角较小的易磁化方向。当磁场增大到很大时，所有自 旋磁矩通过磁畴壁的跳动来实现，转动到与磁畴成最小夹 角的易磁化方向。 在第 III 阶段：随H 进一步增大，B 和M 逐渐变缓，μ 变 小，并趋向于μ 0。当磁场强度达到Hs 时达到磁饱和，这 时随着H 增大，M 不变。称为饱和磁化阶段。 在这一阶段发生磁畴转动。磁畴由易磁化方向转动到与外 磁场一致的方向。这时去除外磁场，磁畴由与外磁场一致 的方向转动到易磁化方向。
杂 质 理 论
杂质是指比基体相磁性
低得多的相和气孔。
杂质作用下的畴壁移动示意图
第三节 铁磁体的技术磁化
铁磁体内相互作用能
磁畴
技术磁化与磁滞回线
影响铁磁性的因素
4. 影响铁磁性的因素
温度
外部环境因素
形变和晶粒度 成分、组织及相结构
内部因素
表示材料铁磁性的参数
组织敏感性参数
与技术磁化有关的参数，如磁矫顽力Hc、磁化率χ、
也是一个具有各向异性的物理量，如单晶铁和单晶镍 沿不同晶向磁化时，其 值不同。
磁滞伸缩的内在机理
自发形变（自发磁滞伸缩）
由于交换作用所引起的，当温度低于居里点时，由于交 换相互作用产生自发磁化，同时将产生自发的磁滞伸缩。它 是各向同性的，表现为体积的变化。
场致形变（磁致伸缩）
在居里点以下，磁矩的有序排列所表现出来的各向异性能。
其中N 为退磁因子，只与磁体几何形状和尺寸有关。
退磁场能
铁磁体在自身退磁场中的能量； 静磁能 = 铁磁体与外磁场的相互作用能 + 退磁能
E d
M
0
1 2 0 H d dM 0 NM 2
对于非球形样品，沿不同方向磁化时退磁场能大小不同， 这种由形状造成的退磁场能随磁化方向的变化，通常也称 为形状各向异性能。 退磁场能的存在是自发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。
畴壁能。对大块晶粒来说，后者比前者要小很多，因此分
畴在能量上是有利的。 磁畴结构类型的不同是铁磁质磁性千差万别的原因之一。
磁畴的形成是能量最小原则的必然结果，即
形成磁畴是为了降低系统的能量。
磁畴结构受交换能、磁晶能、磁弹性能、畴
壁能和退磁能的影响，平衡状态时的磁畴结 构，应使这些能量之和为最小值。
磁致伸缩系数
饱和磁致伸缩系数s ：随着外磁场强度的增强，铁磁体 的磁化强度增强，这时∣ ∣也随之增大，当磁化强度达 到饱和值Ms 时， = s，称为饱和磁致伸缩系数。 对于一定的材料， s 是一个常数。 实验表明，对 s > 0的材料进行磁化时，若沿磁场方向 加以拉应力，则有利于磁化，而加压应力则阻碍其磁化； 对 s< 0的材料，则情况相反。
0
N0
N
磁畴壁越厚，则壁的交换能ECr 越低；但磁畴壁厚度的增加
也将会导致磁晶能EK 增加，使壁倾向变薄。 畴壁能的最小值所对应的壁厚N0为平衡状态时壁的厚度。
磁畴的起因与结构
以铁磁单晶体为例：
为了最大限度地减小退磁能，磁畴必须形成三角畴的封 闭结构，即呈封闭磁路，这样可使退磁能等于零。
当铁磁晶体形成磁畴时，虽然降低了退磁场能，但增加了
磁畴壁的种类
180°
90°
90°
（a）
（b ）
（c）
布洛赫壁
磁偶极子的磁矩在畴壁法线方向的分量不变，磁偶 极子是在畴壁面内旋转。
尼耳畴壁
磁矩垂直于膜面将会产生很大的退磁场，因
此在畴壁中磁矩的过渡在膜面内进行，磁矩
没有垂直于膜面的分量。
磁畴壁的厚度
W EK ECr 畴壁能=磁交换能+磁晶能
第三章 材料的磁学性能
中国矿业大学 材料科学与工程学院
本章内容
基本磁学性能
铁磁性 铁磁体的技术磁化 铁磁材料的测量与应用 磁性材料的研究热点
第三节 铁磁体的技术磁化
铁磁体内相互作用能
磁畴
技术磁化与磁滞回线
影响铁磁性的因素
1.铁磁材料的相互作用能
FH 0 M s H cos
相邻原子电子 自旋的交换能
4）体在磁场中被磁化时，形状和
尺寸都发生变化的现象。 L 磁致伸缩系数： L
原因：当原子磁矩有序排列时，电子间的相互
作用导致原子间距的自发调整引起的。
3 磁弹性能： E s sin 2 2
磁致伸缩效应将使材料内部产生拉（或压）应力，
因而产生磁弹性能。
当铁磁晶体受到外应力作用或者内部存在应力时，
还将产生由应力引起的形变，从而出现应变能。
第三节 铁磁体的技术磁化
铁磁体内相互作用能
磁畴
技术磁化与磁滞回线
影响铁磁性的因素
2. 磁畴
磁畴：未加磁场时铁磁体内部已 经到饱和状态的小区域。 特征：磁矩同方向。
晶粒 主畴、副畴
磁畴壁：相邻磁畴的界限。
晶界 180°畴、90°畴
缺陷和位错密度增高，造成 点阵畸变加大和内应力升高， 因而使组织敏感的铁磁性发 生变化。
随着形变度的增加导磁率μm