磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
磁粉检测技术：铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
当H= 0时，B =Br 叫剩
磁.
当H反向=Hc时，B =0.
Br
Hc叫矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力.
磁滞回线：铁磁质在交变磁场内反复磁
化的过程中，其磁化曲线是一个具有方 向性的闭合曲线.
P
4
B Bm
2 Q• 3•0 6
• Q
5
Hc
1P
+ Hm H
B—H曲线形成一个闭合曲线， α-反映铁磁性材料被磁化的难易程度.
B-H曲线和μ-H曲 线
B
a O
Q b
ms
B f (H) μFe f (H )
H
一、铁磁性材料磁化机制
B-H曲线和μ-H曲 线
连续法磁化时，磁场值必须大于Hμm·
标准磁化规范在“bQ”段(H1~H2) ，又叫近饱和 区严格磁化规范在“Qm”段(H2~H3) ，又叫基本饱和 区。
一、铁磁性材料磁化机制
磁粉检测
铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
一、铁磁性材料磁化机制
铁磁质的磁化机制 磁畴: 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域（磁畴宽度 10-3cm）。
磁化机制：无外场时，各磁畴排列无序，对外不显磁性 有外场时，各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列。
一、铁磁性材料磁化机制
磁畴的变化可用金相显微镜观测
H =0 H
软磁材料
硬磁材料
矩磁材料
二、磁场中的物质
磁介质的分类 磁介质——能与磁场产生相互作用的物 质 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
B Bo B 附加磁场
Bo-电流在真空中激发的磁感应强度
B'-附加磁感应强 度 （1）顺磁质 B B0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磁学与磁性材料
磁学与磁性材料磁性材料是一类特殊的材料，具有吸引或排斥铁磁物质的能力。
磁学是研究磁现象和磁性材料的学科。
本文将对磁学和磁性材料的相关概念、应用和发展进行探讨。
一、磁学的基本概念磁学是物理学的一个分支，主要研究磁性现象和磁性材料的性质。
它涉及磁场、磁矩、磁感应强度和磁化强度等基本概念。
磁场是指周围存在磁流的区域，它可以由磁铁、电流或磁体产生。
磁矩是物质内部微小的磁元件，它具有带电粒子产生的磁性。
磁感应强度是磁场对空间中的磁性物体施加的作用力，可以用来描述磁场的强度和方向。
磁化强度是磁性材料在外磁场作用下磁化的程度。
二、磁性材料的分类与性质磁性材料可以根据其磁性质分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。
铁磁材料具有明显的自发磁化特性，如铁、镍、钴等。
顺磁材料受外磁场作用后，磁化方向和磁场方向一致，如氧化铁、铁氧体等。
抗磁材料不具备自发磁化特性且在外磁场下磁化弱，如铜、银等。
磁性材料的性质与其微观结构密切相关。
在铁磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化；在顺磁材料中，外加磁场作用下，电子磁矩与磁场方向一致；在抗磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化方向相反。
三、磁性材料的应用领域磁性材料在众多领域中都起着重要作用。
在电子技术领域，磁性材料广泛应用于电感器、变压器、磁盘驱动器等设备中；在能源领域，磁性材料用于制造磁能转换器件，如风力发电机、水力发电机等；在医学领域，磁性材料在核磁共振成像、磁控释药等方面具有广泛应用；在磁记录领域，磁性材料用于制造硬盘、磁带等存储设备。
四、磁学与磁性材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，磁学和磁性材料领域也在不断发展。
一方面，磁学的理论模型和磁性材料的制备工艺不断改进，使得磁性材料的性能得到了提升；另一方面，新型磁性材料的研究和应用也不断推进，如自旋电子学材料、磁性纳米粒子等。
这些新材料和新技术的出现，不仅给电子技术、信息技术和能源技术等领域带来了新的发展机遇，还为科学家们研究磁学现象和磁性材料的本质提供了更多的实验条件和理论基础。
磁性材料的制备与表征
磁性材料的制备与表征磁性材料是一类特殊材料，具有一定的磁性性质。
在现代科学和工程技术中，磁性材料被广泛应用于各种领域，如电机、电器、计算机、生命医学等领域。
磁性材料的制备与表征是磁性材料研究的基础。
一、磁性材料的制备方法磁性材料的制备方法主要有化学制备法、物理制备法和生物合成法等。
化学制备法是利用一些化学反应来制备磁性材料，如溶胶-凝胶法、水热法、氧化-沉淀法等。
其中溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法，可得到很好的纳米材料，但需要较长的反应时间。
物理制备法是采用物理手段来制备磁性材料。
其中最常用的是磁控溅射法和热化学气相沉积法。
磁控溅射法是将金属靶材置于真空室中，通过磁场使得电子受到约束，形成高速运动的离子束，撞击靶材表面，使得靶材表面材料剥离，然后沉积到样品表面上，形成所需的磁性材料薄膜。
该方法制备成膜速度快，能够得到高质量的磁性材料薄膜。
生物合成法是在生物体内或生物体外利用生物体或其代谢产物来制备材料，如磁性纳米颗粒和核壳结构纳米材料。
这种方法制备的材料可控性好，还具有生物相容性和生物可降解性等特点。
二、磁性材料的表征方法磁性材料的表征方法主要有磁性性能表征、结构表征和形貌表征等。
磁性性能表征是磁性材料研究中最基础的表征方法。
主要通过测量材料的磁滞回线、磁化曲线、磁化强度等磁性性能参数来评估材料的磁性能。
这些参数有助于了解材料的磁性行为和磁性机制。
结构表征是通过各种成分分析方法来确定材料的成分和晶体结构。
如X射线衍射、扫描电子显微镜，高分辨透射电镜等。
这些方法不仅可以确定晶体结构，还可以确定结晶的尺寸和形状，以及相互作用。
形貌表征是用来描述材料的形貌和表面特征。
如扫描电子显微镜、原子力显微镜等。
这些方法可以展示材料的形貌和粒径、形态、分布等特征，同时还可以发现由材料制备和处理引起的表面变化。
三、磁性材料的应用前景随着科学技术的飞速发展，磁性材料的应用前景越来越广阔。
目前，磁性材料已经应用到生物医学、信息存储、电子技术、能源环境等多个领域。
磁性功能材料
磁性功能材料磁性功能材料是一类具有特殊磁性性质的材料，它们在现代科学技术和工程领域中具有广泛的应用。
磁性功能材料以其独特的磁性特性，在电子、信息、能源、医疗等领域发挥着重要作用。
本文将对磁性功能材料的定义、分类、性能及应用进行介绍。
首先，磁性功能材料根据其磁性特性可分为铁磁性材料、铁磁性材料、铁磁性材料和超导材料。
铁磁性材料是指在外磁场作用下具有明显磁化特性的材料，如铁、镍、钴等；铁磁性材料是指在一定温度下具有铁磁性的材料，如铁氧体、钡铁氧体等；铁磁性材料是指在外磁场下不具有自发磁化的材料，但具有铁磁性的材料，如铁氧体、铁氧体等；超导材料是指在一定温度下具有完全抗磁性的材料，如铜氧化物、铁基超导体等。
其次，磁性功能材料具有多种磁性特性，如饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力、磁导率等。
饱和磁化强度是指在外磁场作用下，材料磁化达到饱和时的磁场强度；剩余磁化强度是指在去除外磁场后，材料仍保留的磁化强度；矫顽力是指在外磁场作用下，材料磁化反转所需的磁场强度；磁导率是指材料对磁场的导磁能力。
这些磁性特性对磁性功能材料的应用具有重要的影响。
最后，磁性功能材料在电子、信息、能源、医疗等领域具有广泛的应用。
在电子领域，磁性功能材料可用于制造磁存储器件、磁传感器、磁随动器等；在信息领域，磁性功能材料可用于制造磁记录材料、磁性传感器、磁性透镜等；在能源领域，磁性功能材料可用于制造磁性发电机、磁性制冷材料、磁性储能材料等；在医疗领域，磁性功能材料可用于制造磁共振成像设备、磁性靶向药物传递系统、磁性植入材料等。
可以看出，磁性功能材料在各个领域都具有重要的应用前景。
综上所述，磁性功能材料是一类具有特殊磁性性质的材料，它们在现代科学技术和工程领域中具有广泛的应用。
了解磁性功能材料的定义、分类、性能及应用对于推动相关领域的发展具有重要意义。
希望本文能够为读者对磁性功能材料有更深入的了解提供帮助。
磁性材料的性质及其应用
磁性材料的性质及其应用磁性材料是指具有磁化能力的材料，包括铁、镍、钴等金属，以及铁氧体、永磁体等无机化合物和铁磁性合金等有机化合物。
在电子技术、电力、通信、机械制造等领域都有广泛的应用。
一、磁性材料的性质磁性材料的主要性质是磁场强度、矫顽力、铁磁性和磁损耗。
磁场强度是指磁体在磁场中所受到的力量大小，矫顽力是指在外界磁场作用下使材料磁化时需要的最小磁场强度。
铁磁性是指物质在磁场下呈现出的磁性行为，分为顺磁性和抗磁性。
磁损耗是指材料在磁场作用下发生的热损耗和能耗。
二、磁性材料的应用1. 电子技术领域磁性材料在电子技术领域中应用广泛，如电动机、发电机、变压器、磁带等等。
电动机中常用的磁性材料为永磁体材料，常用于制作马达定子和转子。
而变压器中的铁芯材料则是铁氧体材料，其特点是饱和磁通密度高、矫顽力小、磁导率高、磁损耗小等特性；还有磁带的制作中，铁磁合金是其关键材料。
2. 电力领域磁性材料在电力领域中也有广泛应用，如变压器、电感器等。
在变压器中，铁芯材料是铁氧体和硅钢片，电感器中则使用铁氧体和永磁体等磁性材料制成。
3. 通信领域在通信领域中，磁性材料主要用于制造与磁性元件有关的电子器件，如声控磁头、磁卡等等。
其中，磁控磁头的感应原理是基于在外磁场的作用下，磁头中的磁性材料发生磁化，从而检测或记录磁信号。
4. 机械制造领域在机械制造领域中，磁性材料主要用于制造磁性元件和磁性工具，如磁性夹具、磁性钻床等等。
如磁性夹具是在磁性材料的作用下通过磁力吸附和保持工件，实现高效的定位和加工，是现代数控加工、精密加工中常用的工具设备。
总之，磁性材料拥有独特的物理性质，具有广泛的应用前景，可广泛应用在电子技术、电力、通信、机械制造等领域。
在未来的发展中，我们有理由相信，随着先进材料技术的不断革新和创新，磁性材料的应用前景也将更加广阔。
磁性材料名词解释
磁性材料Jump to: navigation, search磁性材料magnetic material可由磁场感生或改变磁化强度的物质。
按照磁性的强弱，物质可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等几类。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，其余为弱磁性物质。
现代工程上实用的磁性材料多属强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性材料。
磁性材料的用途广泛。
主要是利用其各种磁特性和特殊效应制成元件或器件；用于存储、传输和转换电磁能量与信息，或在特定空间产生一定强度和分布的磁场；有时也以材料的自然形态而直接利用(如磁性液体)。
磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。
简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。
11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。
1086年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。
1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。
近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片（Si-Fe合金）的研制。
永磁金属从 19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。
随着通信技术的发展，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，仍满足不了频率扩展的要求。
20世纪40年代，荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。
50年代初，随着电子计算机的发展，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代，后者在60～70年代曾对计算机的发展起过重要的作用。
50 年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。
压磁材料在第一次世界大战时即已用于声纳技术，但由于压电陶瓷的出现，使用有所减少。
后来又出现了强压磁性的稀土合金。
非晶态（无定形）磁性材料是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年解决了制带工艺，正向实用化过渡。
铁磁体的技术磁化理论
磁化过程的三个阶段
M 起始磁化阶段：形成起始 磁化曲线，源于磁畴壁的位 移（壁移过程），磁化过程 可逆。 急剧磁化阶段：包括不可 逆壁移过程和磁畴内磁矩的 转动过程（畴转过程），出 现剩磁，磁化过程不可逆。 趋于饱和阶段
BR,RT BR,OT BR,RT ( RT OT )
100%
BR (T)
0.7 0.6
z=7.5,7.50.060/C z=8.5,8.50.054/C
0
100
200
300
400
500
Temperatrue (C)
H CJ,RT H CJ,OT H CJ,RT ( RT OT )
0
6.54.8%
磁通不 可逆损 失 2 1 100% 1
-5 -10
7.5%
(%)
-15 -20 -25 -30 0
L/D=0.7 z=6.5 z=7.5 z=8.5
8.5%
100
200
300
400
500
600
700
Temperatrue (C)
反磁化过程 ：铁磁体在外场作用下磁化饱和后，
逐渐降低磁场并沿反方向逐渐增加磁场时，其磁化 状态的变化过程。Bs——-Bs过程! (磁滞回线)
二、 剩余磁化强度
M A D C’ O H
1、磁中性状态（O） 多晶体内的自发磁化方向在空 间上均匀分布，在任一方向有： M＝0，H＝0，B＝0。 C
B
2、饱和磁化状态（A） 多晶体内的自发磁化方向集中于外场方向。
磁学
铁单晶磁化曲线
铁磁体由磁中性磁化到饱和需要作一定的功： 为了使铁磁体磁化，要消耗一定的能量，它在数值上等于下 图中阴影部分的面积，称为磁化功。
W 0 HdM
0
M
沿不同方向的磁化功不同，反映 了饱和磁化强度矢量（MS）在不 同方向取向时的能量不同。MS沿 易磁化轴时能量最低，沿难磁化 轴时能量最高。 沿不同方向磁化所作的功不同，所需的磁化能也不同，这种 与磁化方向有关的能量称为磁各向异性能。
d
－Ms 磁滞回线示意图
磁化过程
磁滞损耗：铁磁体的状态经过一周的变化又回到初态，外界对 铁磁体做的正功（磁滞回线所包围的面积），是消耗在介质中 的能量，即不可逆地转化为其它形式的能量，如热能，这种损 耗叫磁滞损耗。 二、铁磁性材料特性 1、磁晶各向异性 在测量单晶铁磁性样品时发现 沿不同晶向的磁化曲线不同。 其中有一个方向的磁化曲线最 高，即最容易磁化。 在单晶体的不同晶向上，磁 性能不同的性质，称为磁性的各 向异性。
退磁过程：将试样磁化至饱和，然后 慢慢地减少H，直至取消外磁场，就 要发生磁畴的旋转，磁矢量松弛回复 到最近的易磁化方向，即B（或M） － Hs 也将减少。
但B（或M）并不按照磁化曲线 反方向进行，而是按右图abc段 曲线改变。
Ms Mr
a b
－ Hc c
e
f
Hs H
d
－Ms
磁滞回线示意图
磁滞回线：当外磁场H从＋Hs变到－Hs再变到＋Hs，试样磁化 曲线形成的封闭曲线。
若颗粒足够小，整个颗粒可以在一个方向自发磁化到饱和， 成为一个磁畴 —— 这样的小颗粒称为单畴颗粒。
单畴颗粒内无畴壁，不 会有畴壁位移磁化过程，只 能有磁畴转动磁化过程。这 样的材料，其磁化与退磁均 不容易，具有较低的磁导率 与高Hc。
磁学名词解释及各种磁性材料讲结
磁学名词解释及各种磁性材料讲结关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种：剩磁（Br）单位为特斯拉（T）和高斯（Gs）1T=100Gs剩磁将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场，此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。
它表示磁体所能提供的最大的磁通值。
从退磁曲线上可见，它对应于气隙为零时的情况，故在实际磁路中没有多少实际的用处。
钕铁硼的剩磁一般是11500高斯以上。
磁感矫顽力（Hcb）单位是奥斯特（Oe）或安/米（A/m）1A/m=79.6Oe磁体在反向充磁时，使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力（Hcb）。
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。
钕铁硼的矫顽力一般是100Oe以上。
内禀矫顽力（Hcj）单位为奥斯特（Oe）或安/米（A/m）使磁体的磁化强度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。
磁能积(（BH）max )单位为兆高·奥（MGOe）或焦/米3（J/m3）退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积，为退磁曲线上的D点。
磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一。
在磁体使用时对应于一定能量的磁体，要求磁体的体积尽可能小。
各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体。
各向同性磁体可以任意方向多极充磁。
粘结钕铁硼是各向同性磁体。
各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。
烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。
烧结钕铁硼只能平面轴向多极充磁，粘结钕铁硼可以任意方向多极充磁。
在回转体物体中存在两种方向；轴向和径向。
轴向移动就是沿着回转体长度方向的运动（轴向位移、轴向串动）。
磁介质及磁性材料
磁介质及磁性材料摘要：磁介质是由于磁场和事物之间的相互作用，而使实物物质处于一种的特殊状态，从而改变原来磁场的分布。
磁性材料是生产、生活、国防科学技术中广泛使用的材料。
正文：一磁介质磁介质是由于磁场和事物之间的相互作用，而使实物物质处于一种的特殊状态，从而改变原来磁场的分布。
这种可以在磁场作用下，其内部状态不仅发生变化，还反过来影响磁场存在或分布的物质，我们称其为磁介质。
磁介质在磁场作用下内部状态的变化叫做磁化。
真空也是一种磁介质。
磁场的强度与磁通密度间的关系决定于所在之处磁介质的性质。
这种性质来源于物质内分子、原子和电子的性状及其相互作用，有关理论属于固体物理学的重要内容。
还有在磁场作用下表现出磁性的物质。
物质在外磁场作用下表现出磁性的现象称为磁化。
所有物质都能磁化，故都是磁介质。
按磁化机构的不同，磁介质可分为抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体五大类。
在无外磁场时抗磁体分子的固有磁矩为零，外加磁场后，由于电磁感应每个分子感应出与外磁场方向相反的磁矩，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向相反，此性质称为抗磁性。
顺磁体分子的固有磁矩不为零，在无外磁场时，由于热运动而使分子磁矩的取向作无规分布，宏观上不显示磁性。
在外磁场作用下，分子磁矩趋向于与外磁场方向一致的排列，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向一致，此性质称为顺磁性。
介质磁化后的特点是在宏观体积中总磁矩不为零，单位体积中的总磁矩称为磁化强度。
实验表明，磁化强度与磁场强度成正比，比例系数χm称为磁化率。
抗磁体和顺磁体的磁性都很弱，即cm很小，属弱磁性物质。
抗磁体的cm为负值，与磁场强度无关，也不依赖于温度。
顺磁体的cm为正值，也与磁场强度无关，但与温度成反比，即cm =C/T，C称为居里常数，T为热力学温度，此关系称为居里定律。
铁磁体在低于一定温度Tc时，内部存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴，磁畴具有磁有序结构，同一磁畴内分子磁矩同向。
第六章技术磁化理论
/
2
K
1
3 2
s
F FH F F 0
FH
F
F
F
x
( 应力模型中，壁移过程
的一般壁移磁化方程 Fσ 对1800壁移不构成阻力，阻力主要来自于应力起伏引起的畴壁能密度改变。
趋近饱和区
陡峭区 Rayleigh区 起始磁化区
H
MiHbH2 (μμi bH)
B0 iHbH2 (b:瑞利常数）
3、陡峭区 中场H范围。M变化很快。 是不可逆磁化过程，发生巴克豪森跳跃的急剧变化，其χ 与 μ 均很大且达到最大值——又称最大磁
导率区。 4、趋近饱和磁化区
强H，M变化缓慢，逐渐趋于技术磁化饱和。符合趋于饱和定律：
第一节 磁化过程概述
一、磁化曲线的基本特征 抗磁性、顺磁性、反铁磁性的磁化曲线均为一直线。 铁磁性、亚铁磁性磁化曲线为复杂函数关系。
磁化曲线可分为五个特征区域： 1、起始磁化区
M
H很小，可逆磁化过程
M ＝ χiH B ＝ μ0 μiH （ μi＝1+ χi） 2、Rayleigh区
仍属弱场范围，其磁化曲线规律经验公式：
第六章技术磁化理论
磁化过程：磁体在外场作用下，从磁中性状态到饱和状态的过程。 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。
二、应力阻碍畴壁运动的壁移磁化（应力理论） 当铁磁体内存在不均匀性的内应力时，壁移时将会在磁体内引起磁弹性能与畴壁能变化。
磁性物理学 课后习题(宛德褔 马兴隆)
磁性物理学课后习题（宛德褔马兴隆）第一章物质磁性概述1.1 在一小磁铁的垂直方向R处，测得它的磁场强度为H，试求这磁铁的次偶极矩j m和磁矩μm。
1.2 垂直板面方向磁化的大薄片磁性材料在去掉磁化场后，它的磁极化强度是1[Wb·m-2]，试计算板中心的退磁场H d等于多少？1.3 退磁因子N d与哪些因素有关? 试证处于均匀磁化的铁磁球形体的退磁因子N d=1/3。
设该球形铁磁体的磁化强度M在球表面面积元ds上可产生磁极dm，在球心有一单位磁极m1，它与dm的作用服从磁的库伦定律。
1.4设铁磁体为开有小缺口l1的圆环，其圆环轴线周长为l2，当沿圆环周均匀磁化时，该铁磁体磁化强度为M，试证在缺口处产生的退磁场H d为：H d=-l1l1+l2M第二章磁性起源2.1 试计算自由原子Fe、Co、Ni、Gd、Dy等的基态具有的原子磁矩μJ各为多少？2.2 为什么铁族元素有的有效玻尔磁子数n f的实验值与理论公式n f = g J[J(J+1)]1/2不符合而与公式n f = 2[S(S+1)]1/2较为一致？2.3 何谓轨道角动量冻结现象？2.4 证明g J = 1 + J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)2J(J+1)第三章自发磁化理论3.1推导居里-外斯定律x=CT−T P，说明磁化率与温度的关系。
3.2铁（金属）原子的玻尔磁子数为 2.22，铁原子量为55.9，密度为7.86×103 [kg·m-3]，求出在0(K)下的饱和磁化强度。
3.3铁氧体的N型M s(T)曲线有什么特点？试比较抵消点温度T d和居里温度T c 的异同。
3.4 计算下列铁氧体的分子磁矩：Fe3O4, CuFe2O4, ZnFe2O4，CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe12O19和GdFe5O123.5 自发磁化的物理本质是什么? 材料具有铁磁性的充要条件是什么?3.6超交换作用有哪些类型？为什么A-B类型作用最强？3.7 论述各类磁性χ-T的相互关系3.8设图示中的次晶格A-B间的交换作用小于B1-B2次晶格内的交换作用。
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。
材料的磁性
法拉第－电磁感应
居里（P Curie）
量子力学的出现使人们开始把物质磁性的认识建立在原子及电子 的基础上，海森伯用静电性的交换作用对铁磁体的分子场性质给 出了正确的解释，揭开了现代磁学的篇章。
20世纪50年代，铁氧体为代表的亚铁磁体的发现，改变了100多 年来金属铁磁性材料独占强磁体领域的局面。强磁材料的研究及 应用发展到高频和微波领域。非晶合金磁性的发展，开拓了优质 软磁材料的领域。 近20年，磁记录材料和磁光记录材料正在迅猛发展。在多层膜 中发现巨磁电阻以来，自旋相关导电等新材料及器件不断发展 有机铁磁体、C60化合物铁磁体和室温下铁磁体半导体的发现 预示了磁学与磁性材料的发展前景。
M(B)与H的变化关系
开始M的增加比较缓慢，后来增加较快 最后达到Ms(饱和磁化强度) 纵坐标改为磁感应强度B，则对应于平 衡值Ms的磁感应强度值称为饱和磁感 应强度(Bs ） 磁导率μ随H的变化
H增加，磁域界移动，磁域逐渐 改变，磁矩方向转向，渐与磁场 平行，单一磁域（饱和磁化）
磁导率μ是B-H曲线上的斜率 在B-H曲线上，当H→0时的斜率称为初（起）始磁导率µi 初（起）始场作用时，原子磁矩能通过旋转而沿外场方向择优取向， 表现出宏观磁性，这种磁性称为顺磁性。 有固有磁矩，没有相互作用 材料中的原子磁矩无序排列，材料表现不出宏观磁性； 居里定律
C T
C-居里常数
抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性。
3、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。
磁性材料的特性和应用
磁性材料的特性和应用磁性材料是一类具有一定磁性的材料，分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料在外界施加磁场后，可以被磁化并且很容易地回到无磁状态。
而硬磁性材料的磁化强度很高，难以被磁场消除。
本文将从磁性材料的特性、应用范围以及未来发展方向三个方面来探讨磁性材料。
一、磁性材料的特性磁性材料的特性与其晶体结构和电子结构有关。
许多磁性材料在晶体结构中存在一个不规则的磁矩分布，即局部原子磁性。
磁常数和局部磁矩是磁性材料磁性的决定因素之一。
对于磁性材料来说，其磁性特性可以通过磁滞回线来描述，磁滞回线的形状与光电效应和电子排布有关。
当磁场方向改变，磁滞回线的形状也会发生改变。
不同的磁性材料具有不同的磁和电性能。
常用的软磁性材料有普通低碳钢和硅铁，其磁导率和电阻率都比较低。
而硬磁性材料如氧化铁、氧化钴、钕铁硼等，则具有较高的磁导率和电阻率。
磁性材料可以在不同强度的磁场下发挥其磁性能。
二、磁性材料的应用磁性材料具有广泛的应用范围，主要用于电机、能源、通讯和医疗领域。
1. 电机领域磁性材料主要用于制造各种类型的电机，如交流电机、直流电机、步进电机等。
这些电机分别由不同的磁性材料制成，如氧化钴、铝镍钴、钕铁硼等，其磁性能与其应用相关。
2. 能源领域在能源领域，磁性材料主要用作电池、电容器、电感器等元件的中心部分，以提高其阻抗和磁特性。
其中，氮化硼磁钢是一种新型的软磁性材料，具有高的磁导率和低的磁滞损耗，被广泛应用于高频变压器、电源滤波器等。
3. 通讯领域在通信行业中，磁性材料主要用于制造电感器和滤波器。
电感器用于通讯电路中，以实现信号的传输和接收。
滤波器用于保护通讯设备，以避免噪音和电磁干扰。
4. 医疗领域磁性材料还被广泛应用于医疗领域，如用于医疗成像、磁治疗和磁控释药等。
其中，磁共振成像技术是一种重要的医疗成像技术，它利用磁性材料对人体内部结构的不同组织和器官的特异性影响，以实现对人体内部结构的影像诊断。
三、磁性材料的未来发展方向随着科技的不断发展，磁性材料也在不断更新换代。
磁性材料在磁存储中的应用研究
磁性材料在磁存储中的应用研究磁存储技术是计算机、移动设备和各种数据存储设备中常用的技术之一。
它是通过利用磁性材料在磁场中的磁化性质来存储和擦除信息的。
这种技术几乎应用于所有的计算机硬盘、可移动磁盘、USB闪存存储设备以及一些传统的存储媒体。
而磁性材料就是这种技术中重要的组成部分。
磁性材料的基本性质首先，我们需要了解什么是磁性材料。
磁性材料具有可磁化的物理属性。
它们会响应外部磁场，并在磁场的作用下变得有序。
在这个过程中，可磁化材料会形成所谓的磁畴。
这些磁畴可以沿着磁场方向排列，形成磁化区域，如此一来，磁性材料的磁化性质就形成了。
磁性材料的应用磁存储技术需要磁性材料来存储信息。
它是由一些可以被磁化和反磁化的小区域组成的。
这些小区域称为“位”，每一个位代表一个比特（bit）存储空间。
磁性材料是实现磁存储的理想材料。
因为即使在断电的情况下，它可以保存储存的信息。
储存在磁性材料上的数据可以被不同的读写头识别和读取。
在计算机系统的操作过程中，单个位表示数据的最基本存储单位，因此，磁性材料在计算机技术中的重要性就不言而喻了。
实际应用中以铁磁性、金属或合金材料为磁性材料。
最常用的材料之一是铁氧体。
大约有80%计算机中使用的磁性材料使用的都是铁氧体。
磁性材料的研究在研究磁性材料的应用于磁存储技术方面，科学家们一直在努力发现新的材料和研究物理规律。
特别是从400亿美元的磁存储市场中，获取大量收益的分布式存储方式和云计算趋势使得磁性材料的研究变得更为重要。
在磁性材料的研究方面，研究的目标主要是控制磁畴大小，形状和磁化方向，以及改善磁存储设备的读写速度和数据密度。
更高的数据密度和磁存储速度将意味着更好的性能和更高的灵活性，从而推动整个磁存储市场的发展。
由于纳米科技的进步，科学家们可以精确地控制磁性材料的各种特性和功能，从而实现更多样化的磁存储方案。
这些新的发现和发明都是为了让计算机更好地工作和储存数据。
每一项新的磁性材料研究成果，都为计算机技术的未来发展带来了新的希望。
物理学中的磁学和磁性材料
物理学中的磁学和磁性材料磁学作为物理学的一个重要分支，研究磁场及其相互作用的现象和性质。
其中，磁性材料是磁学应用广泛的一类材料，它们是由具有自旋的电子构成的，具有磁性的特性。
本文将从磁学基础、磁性材料种类和应用方面进行介绍。
一、磁学基础在磁学中，磁场是一个重要的概念。
磁场是由运动的电荷或磁化的物质所产生的力场，是以磁感应强度B为单位的量来表示的。
磁感应强度B是一个磁场矢量，其方向指向磁场中的磁力线，大小表示单位面积上垂直于磁力线方向上的磁通量。
磁性物质在外加磁场的作用下会受到磁化，这是因为磁场中的磁力线会将自由电子的自旋转向和电子轨道绕转向对齐，从而形成相应的磁矩。
二、磁性材料种类磁性材料按其磁性特性可分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料是指易磁化成为磁导体的材料，如铁、钠、镍铁、铁镍钴等。
其主要特点是磁化强度低，居里温度高，磁滞损耗小，主要用于变压器、电感器、电子开关等电器部件和电子计算机存储媒介。
硬磁性材料是指不易磁化、难以还原成导磁体的材料，如钇铁、钴铁、铁氧体等。
其主要特点是磁化强度高，居里温度低，磁滞损耗大，主要用于电机、发电机、电磁铁等。
三、磁性材料应用磁性材料具有广泛的应用价值。
目前，磁性材料已在工业生产、生物医学、环境保护等领域得到广泛应用。
1. 工业生产方面，磁性材料广泛应用于电机、发电机、电磁铁、变压器、电感器、电子计算机等电器部件中。
其中，铁氧体是一种广泛应用于微波元器件的磁性材料，铁氧体衍射器、铁氧体陶瓷滤波器、铁氧体双偏振器等器件都是微波领域中常用的元器件。
2. 生物医学方面，磁性材料的应用主要是在医学成像方面，如磁共振成像技术(MRI)。
MRI技术利用磁性材料的磁性特性，通过在人体内部施加强磁场和射频电场，使人体内的水分子发生共振现象，最后利用计算机将成像数据进行处理并得到具有不同解剖结构的图像。
3. 环境保护方面，磁性材料还可用于水的污染治理。
磁性吸附材料具有高效分离和再生性能，能够有效地从水体中吸附含有重金属离子、有机物等污染物，是一种低成本、高效率的污染治理方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一般尖晶石铁氧体材料的
K1<0和S<0，所以在铁氧
体中加入K1>0的CoFe2O4 或S>0的Fe3O4均可达到降 低K1和S的目的
降低K1和S值的目的
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（三）、内应力和掺杂及其分布： 方案：尽量减少材料中的杂质含量和内应力的分布，主要通过
选择原料纯度、控制烧结温度以及热处理条件来实现
和结构与哪些因素 磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每一点都代表铁 有关？ 磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，在平衡状 态下，系统的总自由能等于极小值
磁性材料
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 （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 （4）、铁磁性物质有一个磁性转变温度-居里温度TC （5）、铁磁性物质在磁化过程中，表现为磁晶各向异性和 磁致伸缩现象
若磁体被磁化，则沿外磁场强度
H上的磁化强度MH可以表示为：
MH
M V cos
S i i
i
磁畴转 顺磁磁 畴壁位移 化过程 动磁化 磁化过程 当外磁场强度H发生微小的变化 ΔH，则相应的磁化强 过程
V0
度的改变ΔMH可表示为：
M S cos i Vi M SVi cos i Vi cos i M S M H V0 i
例如：铁氧体材料，若选择原料纯度高、活性好、适当的烧结 温度和时间、热处理条件就可以使烧成的材料结构均匀、晶粒大小 适当，杂质和空隙较少；金属软磁材料，通过选择成分、原料纯度、 控制熔炼过程的温度和时间以及热处理条件等，可以得到单相、无 气泡、杂质少以及低的残余应力
实践证明，热处理对于材料结构和微结构影响很大，因而可
（4）、趋近饱和磁化区 较强H，M变化缓慢，逐渐趋于技术磁化饱和。符合趋 于饱和定律：
a b M M s 1 2 p H H H
其中a、b与材料形状有关
（5）、顺磁磁化区 需极高的H，难以达到。在技术磁化中不予考虑
磁性材料
第二章 技术磁化理论
3、磁化过程的磁化机制：
材料的磁特性的一种特殊方法，分
结晶织构和磁畴织构两种方法； 结晶织构：将各晶粒易磁化轴排列 在同一个方向上，若沿该方向磁化 可获得高的i ； 磁畴织构：使磁畴沿磁场方向取向 排列，从而提高i
有利于提高磁导率，但烧结温度
过高，会使材料内部某些元素挥 发而产生大空隙和应力，对提高
磁导率产生不利的一面
第二章 技术磁化理论
第1节 技术磁化过程 第2节静态磁参数分析
2节 反磁化过程
磁性材料
第二章 技术磁化理论
Introduce
Weiss分子场假说——自旋交换作用导致磁性体内部 存在分子场，从而产生自发磁化（MS~T关系，以及居
里点的存在）
在未受外磁场作用时为什么绝大多数铁磁体不显示宏 观磁性呢？——磁畴假说 磁畴的概述：宽度约为10-3cm，包含1014个磁性原子 （从微观和宏观两种角度认识磁畴）
如MnZn铁氧体材料，当其晶粒在5 m 以下时，磁导率约为500
左右，这时晶粒近似为单畴，其贡献是以畴转磁化为主，若晶粒 尺寸在5 m以上时，已不是单畴，将会发生畴壁位移，其磁导率 增大为3000以上
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（五）材料的织构化 晶粒的尺寸大小一般要受到烧结 条件及热处理的影响，提高铁氧 体烧结温度，可以使晶粒长大， 利用i的各向异性特点来改进磁性
强磁性材料被磁化，实质上是材料受外磁场H的作用， 其内部的磁畴结构发生变化，也即是磁体内部总能量的平 衡分布重新调整过程
磁性材料
第二章 技术磁化理论
技术磁化过程大致可以分为三个阶段：
（i）、可逆畴壁位移磁化阶段（弱场范围内）：
若H退回到零，其M也趋于零。（多见于金属软磁材料和磁导 率 较高的铁氧体中）
当磁场作动态变化时，称为动态磁化过程
磁化和内禀磁化）；
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）
所以改变MS的大小并不是提高起始磁化率i的最有效的方法
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（二）、磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数S： 控制S和K1是改善起始磁化率i的一个重要途径（无论是在畴
壁位移还是在畴转磁化过程中）
例如Fe-Ni合金的K1和S随其成分及结构不同而变化，而且可以 在很大范围内变化其大小和符号
能影响到K1和S的性质，如对于S大的材料要注意降低内应力，而 K1大的材料则要尽量减少杂质的含量
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（四）控制晶粒尺寸的大小：
若材料晶粒大，晶界对畴壁位移的阻滞较小；
实验已证明，起始磁化率随晶粒尺寸的增大而升高，且随着晶 粒尺寸大小的不同，对起始磁化率i的贡献的磁化机制也不同；
MH Mdisplacement Mrotation M paramagnetic
磁性材料
第二章 技术磁化理论
MH Mdisplacement Mrotation
即技术磁化过程为畴壁位移和磁畴转 动两种基本磁化机制
M H M displacement M rotation displacement rotation H H H
磁性材料
第二章 技术磁化理论
二、剩余磁化强度MR
剩余磁化状态：铁磁体磁化至 饱和后，再将外磁场减退至零 的状态，即H＝0，而M0的磁
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
逆磁化过程 实验证明，一般的磁性材料除在极低的磁 场或极高磁场以外，在不同大小的磁场作 用下反复磁化均可得到相应的磁致回线， 而其中最大的回线就是饱和磁滞回线（Hc、
Mr）
磁性材料
第二章 技术磁化理论
与磁化过程一样，反磁化中也存在可逆与不可逆磁化过程 反磁化过程中，磁滞形成的根本原因主要由于铁磁体内存 在应力起伏、杂质以及广义磁各向异性引起不可逆磁化过程； 所以磁滞与反磁化过程中的阻力分布有密切的关系； 磁滞的机制肯定包括下面两种：（1）在畴壁不可逆位移过
磁性材料
第二章 技术磁化理论
磁畴结构：磁畴的大小、 形状以及它们在铁磁体 内的排布方式。研究磁 畴结构的形式及其在外
（1）了解铁磁体内部自 发磁化的分布； （2）为研究磁化过程提 供理论依据
磁场中的变化是磁学的 所有这一切都是由铁磁体系统内的总自由能等于极小 铁磁体为什么形成 重要内容之一 值所决定的。具体而言，铁磁体磁畴结构的形成以及 磁畴？磁畴的尺寸
磁性材料
第二章 技术磁化理论
一、磁化过程概述(General of magnetizing process)
1、一些基本概念：
磁化过程：指处于磁中性状态的强磁性体在外磁场的作用下，
其磁化状态随外磁场发生变化的过程，分为静态磁化过程和动态 磁化过程
化过程（又分为技术
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（一）、材料的饱和磁化强度MS： 磁化理论决定的起始磁化率i均与Ms2成正比，所以提高MS的 大小有利于获得高的i； 在软磁材料中可以选择适当的配方成分以后，确实可以提高材 料的MS值； MS值一般不可能变动很大 ，且提高MS后不一定能够同时保证
低的K1和S等
顺磁磁化区 趋近饱和区 陡峭区 Rayleigh区 起始磁化区
（2）、Rayleigh区：仍属弱场范围， 其磁化曲线规律经验公式：
B 0 i H bH 2 M i H bH 2 (μ μi bH ) (b : 瑞利常）
H
第二章 技术磁化理论
磁性材料
（3）、陡峭区 中等场H范围，M变化很快。 特点是不可逆磁化过程，发生 巴克豪森跳跃的急剧变化，其与 均很大且达到最大值——又 称最大磁导率区
化状态；一般可以理解为铁磁
体磁化至饱和后，在反磁化过 程中保留了大量不可逆的磁化
部分，而退掉了在H > 0区域
中的可逆磁化部分
磁性材料
第二章 技术磁化理论
以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M B A
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 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 磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原
重要机制） 一般来说，软磁材料中主要是由不可逆畴壁位移导致磁滞， 而某些单畴颗粒材料中，磁滞主要是由不可逆畴转磁化过程来 决定；同时在有些材料中，反磁化是通过反磁化核的生长来实 现，因此其磁滞主要决定于反磁化核生长的阻力
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
注意：矫顽力Hc和剩余磁化强度Mr是磁滞回线上的物 理量，而矫顽力HC是表征磁滞的主要磁学量，在一级近似 下，Hc可看作不可逆磁化过程的临界磁场H0的平均值来进
程中，由应力和杂质所引起的磁滞；（2）在磁畴不可逆转动
过程中，由磁各向异性能所引起的磁滞。
磁性材料
第二章 技术磁化理论