材料的磁性能
材料物理性能 课件 第六部分 材料的磁性能
有交换相互作用
1、磁性的起源
磁畴：每个区域内部包含大量原子，这些原子的 磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的 不同区域之间原子磁矩排列的方向不同
单晶磁畴结构示意图
多晶磁畴结构示意图
1、磁性的起源
磁光效应：线偏振光透过放置磁场中的物 质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面发 生旋转的现象。 对磁畴进行可视化
4、磁性材料的应用
由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如 变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软磁 材料制成。 常见的软磁材料有：铁、坡莫合金、硅钢片、铁铝合 金、铁镍合金等。
变压器
磁性传感器
4、磁性材料的应用
硬磁材料 I、具有较大的矫顽力， 典型值Hc＝104～106A/m； II、剩磁很大； III、充磁后不易退磁。 IV、高的稳定性 对外加干扰磁场和温度、 震动等环境因素变化的高 稳定性。
• 1991年，英国航空公司一架波音767，从曼谷起飞后不久 失事，造成233人遇难：经查实是笔记本电脑导致了机上 一台计算机失控；
• 1996年巴西空难、1998年台湾空难：乘客违规使用了手 机；
• 2000年1月，某航班从湛江起飞后航线偏离了10海里：发 现有乘客在起飞过程中使用手机；
• 2000年2月，某航班在郑州机场降落时，导航信号不正常： 发现有乘客在降落过程中使用手机，干扰了导航系统，使 飞机无法降落。
晶粒度与矫顽力
进一步减小， 各单畴晶粒发 生转动的可能 性将越来越大 （更容易转 动）。所以矫 顽力反而减小。
晶粒度与矫顽力
4、磁性材料的应用
磁滞回线围成的面积，可以简单理解为外磁场对磁性材料做的功 对于交流环境，温度累计会使得材料的温度急剧上升。
超导材料的磁性能研究
超导材料的磁性能研究引言超导材料是一类在低温下电阻消失的材料，具有杰出的磁性能。
超导技术因其广泛的应用领域和巨大的发展潜力而备受关注。
本文将着重探讨超导材料的磁性能研究，介绍其背后的原理和实验方法。
超导材料的基本概念超导材料是指在一定温度下能够表现出零电阻状态的材料。
在超导材料中，电子可以无阻碍地通过，形成电子对，称为库珀对。
这些库珀对可以通过与材料中的晶格中的振动相互作用来传递能量。
在超导材料中，库珀对的运动受到磁场的束缚，导致磁场在材料中的失真。
超导材料的磁性能超导材料的磁性能是指当磁场穿过超导材料时，磁场如何对材料的超导性产生影响。
在超导材料遭遇磁场时，磁场会通过材料中的库珀对引起能级的劈裂，从而破坏库珀对。
这个现象被称为磁场响应。
磁场响应可以标志材料的超导性质和转变温度。
磁场效应对超导性的影响在外加磁场的作用下，超导电性会逐渐减弱，最终完全消失。
这个现象称为穿透深度效应。
穿透深度是指透磁场的深度，当其等于超导体样品的尺寸时，超导性会完全消失。
此外，磁场还会影响超导体的临界电流密度，即超导体能够承受的最大电流密度。
磁场的大小和方向以及超导材料的性质都会对磁性能产生影响。
实验方法和技术为了研究超导材料的磁性能，科学家们采用了一系列的实验方法和技术。
其中最重要的是超导量子干涉仪（SQUID）。
SQUID通过测量材料中的微小磁场变化来研究超导材料的磁性能，其中包括临界电流、磁化率、磁滞和穿透深度等参数的测量。
应用领域和前景超导材料的磁性能研究对于实现高温超导和大规模装置的开发具有巨大价值。
高温超导材料的发现和磁性能的改进大大促进了超导技术的应用，如超导磁体、MRI和电力传输。
未来，超导材料的进一步研究将有望实现更高温度的超导性，推动科学技术的进步。
结论超导材料的磁性能研究是推动超导技术发展的重要领域。
通过研究超导材料在外加磁场下的反应，科学家们可以更好地了解超导材料的性质和行为。
这对于超导技术的进一步应用和发展具有重要意义。
永磁材料基本性能术语解析
永磁材料基本性能解析1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。
我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。
永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。
除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。
此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。
2、什么叫磁场强度(H)？1820年，丹麦科学家奥斯特(H. C. Oersted)发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。
实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。
定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2π米远处的磁场强度为1A/m(安/米，国际单位制SI)；在CGS单位制(厘米-克-秒)中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处磁场强度为1Oe（奥斯特），1Oe=1/(4π×10³) A/m。
磁场强度通常用H表示。
3、什么叫磁极化强度(J)，什么叫磁化强度(M)，二者有何区别？现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。
磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。
这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。
因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。
定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm，每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T（特斯拉，在CGS单位制中，J的单位为Gs，1T=10000Gs）。
软磁材料交流磁性能计算公式
软磁材料交流磁性能计算公式
软磁材料的交流磁性能可以通过以下公式进行计算：
1. 饱和磁通密度（Bs）的计算公式为：
Bs = Bs0 / (1 + jωτ)
其中，Bs0为直流饱和磁通密度，ω为交流磁场的角频率，τ为材料的磁阻时间常数。
2. 相对磁导率（μr）的计算公式为：
μr = μr0 / (1 + jωτ)
其中，μr0为直流相对磁导率，ω为交流磁场的角频率，τ为材料的磁阻时间常数。
3. 磁滞损耗（Ph）的计算公式为：
Ph = Bm^2 / (2πfη)
其中，Bm为最大磁感应强度，f为交流磁场的频率，η为材料的饱和磁导率。
4. 塞贝克损耗（Pc）的计算公式为：
Pc = αBm^2f^2
其中，α为材料的常数，Bm为最大磁感应强度，f为交流磁场的频率。
这些公式可以用于计算软磁材料在交流磁场下的性能表现，帮助评估材料的适用性和优化设计。
磁性材料的磁性能
磁性材料的磁性能1、高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即m r 1 ( 如坡莫合金，其m r 可达2 ′10 5 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。
在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
2、磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。
当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。
如图B - H 磁化曲线的特征：O a 段：B 与H 几乎成正比地增加；ab 段：B 的增加缓慢下来；b 点以后：B 增加很少，达到饱和。
有磁性物质存在时，B 与H 不成正比，磁性物质的磁导率m 不是常数，随H 而变。
有磁性物质存在时，F 与I 不成正比。
磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。
3、磁滞性磁滞性：磁性材料中磁感应强度 B 的变化总是滞后于外磁场变化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B - H 关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。
剩磁感应强度B r ( 剩磁) ：当线圈中电流减小到零( H =0) 时，铁心中的磁感应强度。
矫顽磁力H c ：使B = 0 所需的H 值。
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1) 软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。
一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。
常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。
(2) 永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。
一般用来制造永久磁铁。
常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。
(3) 矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。
在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
常用的有镁锰铁氧体等。
磁性能对照表
磁性能对照表
牌号
工厂的生产能力多为N30~N48牌号之间，牌号越高，吸力越强
目前世界上最高牌号的磁力是N50，但产出很小，目前国内只有少数
几个厂可以做到，尚未能做到批量生产。
N48特点
1.罕见的超强吸力，如果两片超强磁铁吸在一起时，一个壮男是
无法垂直用指力把它分开。
2.要始终十分小心，因为磁铁会自己吸附到一起，可能会夹伤手指。
磁铁相互吸附时也有可能会因碰撞而损坏磁铁本身（碰掉边角
或撞出裂纹）。
N50特点
1.材料：N-50（稀少的材料），N50材料磁铁顶峰材料磁性级强。
2.高斯：8500
3.表面处理：电镀镍
4.使用温度：< 80度
磁性能对照表牌号越高磁性能越高，M，H，SH，UH分别代表着不同工作温度的牌号。
磁性材料专有名词解释
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。
第六章 材料的磁学性能
5、亚铁磁体 • μr>>1,χ>0。 • 它是反铁磁体的一个变种，其内部的原子磁 矩之间存在着反铁磁相互作用，只是两种相 反平行排列的磁矩大小不同，导致了一定的 自发磁化。所以在外加磁场中的表现与铁磁 体相似。 • 亚铁磁体多为金属氧化物。Χ比铁磁体小。 • 例如：铁氧体（磁铁矿，Fe3O4）、V、Cr、 Mn、Fe、Co等与O、S、Te、P、As、Sb 等的化合物，钕铁硼磁体，稀土与金属间的
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三、正离子的顺磁性 • 正原子的顺磁性来源于原子的固有磁矩。 • 原子的固有磁矩就是电子轨道磁矩和电子自旋磁矩的 矢量和，又称本征磁矩，Pm。 • 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个 球形对称的集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相 抵消，Pm=0，不产生顺磁性。 • 因此，产生顺磁性的条件就是： Pm≠0。在如下情况下， Pm≠0： 1. 具有奇数个电子的原子或点阵缺陷； 2. 内壳层未被填满的原子或离子。如过渡族金属（d壳层 没有填满电子）和稀土金属（f壳层未填满电子）。
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• 在B0=0时，由于原子的热运动，各原子的磁矩倾 向于混乱分布，此时原子的动能Ek∝kT。对外表 现出宏观磁特性H’=0。 • 当加上外加磁场时，外磁场要使原子磁矩Pm与 B0的夹角θ 减小。使原子磁矩转向外加磁场方向。 • 当外磁场逐渐增加到使能量U=-PmB0cosθ 的减 少能补偿热运动能量时，原子磁矩就一致排列了。 此时有kT=PmB0。
2
rj
22
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则可得：
2
抗
Ne 0
2
6m
j1
z
rj
《材料的磁性能》PPT课件
2.晶场中的原子磁矩
晶场中电子受诸多相互作用的影响，总哈密顿量
H=Hw+ Hλ+ Hv+ Hs+ Hh Hw:原子内的库仑相互作用，如用n，l，m表征的电子轨道只能
容纳自旋相反的两个电子，在一个轨道上这两个电子的库仑 相互作用能(相互排斥，能量提高)。 Hλ:自旋-轨道相互作用能。 Hv:晶场对原子中电子的作用。 Hs:与周边原子间的磁相互作用 (交换相互作用和磁偶极相互作用)。
四类具有巨磁电阻效应的多层膜结构
磁学是一门即古老又年轻的学科。 磁学基础研究与应用的需求相互促进，在
国防和国民经济中起着重要作用。 磁学与其它学科交叉：信息、电气、交通、
生物、药物、天文、地质、能源、选矿等。 MEMS的发展不可避免的会使用各种类型
的磁性材料，而且是小尺寸复合型的材料。
静磁现象
第一类遵从居里定律：
cC/T
C称为居里常数
第二类遵从居里外斯定律：
cC/(T-qp) qp称为顺磁居里温度
如铁磁性物质在居里温度以上的顺磁性。
磁偶极子
未加场前 热运动， 总体无序排列
含有离散的磁矩的物质
加场后 顺场取向
外加磁场
郎之万顺磁性理论
假定顺磁系统包含N个磁性原子，每个原子具有的磁矩 M(Wbm)，当温度在绝对0度以上时，每个原子都在进行 热振动，原子磁矩的方向也作同样振动。在绝对温度 T(K)，一个自由度具有的热能是kT/2。原子磁矩在外磁 场作用下，静磁能U=MH。
静磁能的定义。
5.2 原子的磁性
材料的磁学性能
材料的磁学性能
材料的磁学性能是指材料在外加磁场下的磁化特性，包括磁化强度、磁导率、磁化曲线等。
磁学性能对于材料的应用具有重要的意义，尤其是在电子、通信、医疗等领域。
本文将从磁性材料的基本概念、磁性材料的分类、磁性材料的应用等方面进行介绍和分析。
磁性材料是指在外加磁场下会产生磁化现象的材料。
根据材料在外加磁场下的磁化特性，可以将磁性材料分为铁磁性材料、铁素磁性材料、铁氧体材料和软磁性材料等几类。
铁磁性材料在外加磁场下会产生明显的磁化现象，具有较高的磁导率和磁化强度，主要用于制造电机、变压器等电器设备。
铁素磁性材料具有较高的电阻率和磁导率，主要用于制造电感元件、磁芯等。
铁氧体材料具有较高的磁导率和磁化强度，主要用于制造微波器件、磁记录材料等。
软磁性材料具有较低的矫顽力和磁导率，主要用于制造变压器、电感器等。
磁性材料在电子、通信、医疗等领域具有广泛的应用。
在电子领域，磁性材料主要用于制造电感元件、变压器、磁芯等，用于电源、通信、计算机等设备中。
在通信领域，磁性材料主要用于制造微波器件、天线等，用于无线通信、卫星通信等设备中。
在医疗领域，磁性材料主要用于制造医疗设备、磁共振成像设备等，用于诊断、治疗等用途。
总之，磁性材料的磁学性能对于材料的应用具有重要的意义。
通过对磁性材料的基本概念、分类和应用的介绍和分析，可以更好地了解磁性材料的特性和用途，为相关领域的科研和生产提供参考和指导。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读。
铁磁材料的磁性能
铁磁材料的磁性能铁磁材料是重要的电磁材料，它对于电子、电气和电机领域有着重要的应用。
铁磁材料的主要特征是其拥有很强的磁性能。
因此，对铁磁材料的磁性能的研究与利用，有助于深入认识铁磁材料的结构特性，为进一步开发高效利用铁磁材料提供了理论依据。
铁磁材料的磁性能取决于它的化学结构和物理结构。
它的物理结构包括晶格结构和局部结构，其中，晶格结构中的磁矩具有自发性，局部结构中的磁矩可以由外界的磁场而产生。
此外，铁磁材料的磁性能还受化学因素的影响，包括原子排列、原子间距离、剩余换热熵及电子自旋等。
铁磁材料的磁性能是由它的结构决定的。
它由晶格层次及其交叉层次之间的磁矩而构成，在晶体结构中，磁矩呈现出一种空间构型，即铁磁性的晶格极化，从而表现出磁性能的空间分布特征。
磁性能的特征，包括晶体的可饱和磁通密度、空间分布的磁场强度、晶体的磁滞回线、单位面积磁矩及铁磁吸收率等特性。
铁磁材料拥有硬磁性和软磁性两种磁性类型。
硬磁性材料具有超强的磁矩稳定性，其磁性能受原子层次构型的影响，稳定性也很高。
软磁性材料虽有较弱的磁矩稳定性，但其磁性能也受原子层次构型的影响，可以轻易在外界磁场的作用下改变其磁性能。
研究表明，铁磁材料的磁性能大多受晶格结构的影响，包括晶格参数如晶格常数、自旋结构参数，以及铁磁晶粒的大小等。
晶格参数的变化会直接影响铁磁材料的磁性能。
比如，当晶格常数变小时，铁磁材料的磁性能将得到增强；当自旋结构参数发生改变时，铁磁材料将由热磁变为冷磁。
同时，铁磁材料的晶粒尺寸大小也会影响它的磁性能，当晶粒尺寸变大时，铁磁材料的磁性能也会增强。
另外，铁磁材料的磁性能也受到外界条件的影响，包括温度、压力、电子自旋等。
当温度升高时，铁磁材料的磁性能会被抑制；当压力增大时，铁磁材料的磁性能也会被抑制；当电子自旋发生变化时，铁磁材料也会发生变化，从而影响其磁性能。
综上所述，铁磁材料是重要的电磁材料，它的磁性能取决于其化学结构和物理结构，将其中的晶格参数、自旋结构参数和晶粒尺寸进行改变，可以改变铁磁材料的磁性能，同时，外界条件的变化也会影响铁磁材料的磁性能，因此，在开发利用铁磁材料的过程中，需要注意外界条件的影响。
磁性材料的磁饱和度与磁导率
磁性材料的磁饱和度与磁导率磁性材料是一类具有特定磁性能的材料，研究其磁性能对于理解材料的特性和应用具有重要意义。
磁饱和度和磁导率是磁性材料的两个关键性能参数，它们在材料的磁性行为和应用中起着重要的作用。
一、磁饱和度磁饱和度是指磁性材料在外加磁场作用下，当其磁化强度达到一定值时，无法再增加磁化强度的能力。
磁饱和度可以用来衡量材料的磁性饱和程度和磁化能力。
磁饱和度的定义可以通过材料的磁化曲线来解释。
当一个磁性材料受到外加磁场的作用时，其磁化强度会随着外加磁场的增加而增加。
然而，当磁化强度达到一定值时，材料的磁化强度将不再增加，而是趋于饱和。
这个磁化强度的临界值即为磁饱和度。
磁饱和度不仅与材料本身的性质有关，同时也受到外界条件的限制。
例如，温度的升高会降低磁饱和度，外加磁场的强度也会对磁饱和度产生影响。
因此，在实际应用中，需要考虑到这些因素对磁饱和度的影响。
二、磁导率磁导率是描述磁性材料对外磁场响应能力的参数，它表示材料相对于真空的磁场导磁能力。
磁导率可以用来衡量材料的磁化能力和磁性行为。
在磁场作用下，磁性材料中的磁化强度与磁场强度之间存在一定的关系。
磁导率是磁化强度与磁场强度之比的比例系数，用来描述这种关系。
磁导率的数值越大，说明材料对外磁场的响应能力越强。
与磁饱和度类似，磁导率也受到多种因素的影响。
例如，外界温度和频率对磁导率都有一定的影响，不同的磁性材料也具有不同的磁导率范围。
三、磁饱和度与磁导率的关系磁饱和度和磁导率是磁性材料磁性能的两个重要参数，它们之间存在一定的关系。
在某些情况下，磁饱和度和磁导率可以看作是相关的。
一般来说，当磁导率较大时，材料的磁饱和度也会相应增大。
这是因为磁导率的增大意味着材料对外磁场的响应能力增强，磁化强度可以更好地随外磁场的增加而增加，从而延迟了磁饱和的发生。
然而，并非所有情况下磁饱和度和磁导率之间存在直接的关联。
一些材料可能具有高磁导率但相对较低的磁饱和度，而另一些材料可能具有相对较低的磁导率但较高的磁饱和度。
材料的磁学
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
对于反铁磁性与亚铁磁性的晶体（如：NiO、 FeF2、Fe3O4），其晶格结构是磁性离子与 非磁性离子相互交叉排列。两个磁性离子被 非磁性离子隔开，磁性离子间距很大，故自 发磁化难以用d－d交换作用模型解释，此 时磁性离子间的交换作用是以隔在中间的非 磁性离子为媒介来实现的。 ——超交换作用
交换能与铁磁性的关系 居里点：铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超 过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行 取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失。这一温度称为 居里点TC。在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率 与温度的关系服从居里－外斯定律，
=C/(T-Tc)
式中C为居里常数
在真空中，磁感应强度为
B0 0 H
式中μ0为真空磁导率，其值: 4π×10-7 H/m
三、磁导率
1.磁导率的物理意义：
表示材料在单位磁场强度的外磁场作用下，材料内部的磁通量 密度。是材料的特征常数。 2. 有两种表示方法：
① 绝对磁导率µ
② 相对磁导率µ = µ /µ r 0
3.相对磁导率μr 定义： 材料的磁导率μ与真空磁导率μ0之比。
二、特征： 所感应的磁矩很小，方向与外磁场相反，即磁化强度M为很小 的负值。
相对磁导率μ
r
＜1，磁化率χ ＜0（为负值）。
在抗磁体内部的磁感应强度B比真空中的小。抗磁体的磁化率 χ 约为-10-5数量级。 所有材料都有抗磁性。因为它很弱，只有当其它类型的磁性 完全消失时才能被观察。 如Bi,Cu,Ag,Au
例如：反铁磁性MnO
Mn 2+ :3s 2 3d 5 , L 0, S 5 / 2, 2 S B 5 B
钕铁硼磁性材料知识
钕铁硼磁性材料知识钕铁硼（NdFeB）是一种由钕（Nd）、铁（Fe）和硼（B）组成的磁性材料。
它具有极高的磁能积和矫顽力，是目前世界上最强的永磁材料之一1.强大的磁性能：钕铁硼磁性材料具有极高的矫顽力和剩磁，可以达到很高的磁能积。
其磁性能远超过铝镍钴磁铁和硬铁材料，是目前最强的永磁材料之一2.高温稳定性：钕铁硼磁性材料具有较高的工作温度范围，一般可在150℃之下长期工作。
对于一些特殊的等级和组合，其工作温度还可以高达200℃以上。
3.良好的抗腐蚀性：钕铁硼磁性材料通常都经过镀层处理，可以提高其抗腐蚀性能。
但是在一些特殊环境下，如酸性或碱性环境，仍然需要进行特殊的防腐蚀处理。
4.均匀的磁性能：钕铁硼磁性材料具有良好的磁性可控性，可以通过多种方法进行磁化，实现不同方向的磁性分布。
这样可以满足各种不同应用场景的需求。
5.易加工：钕铁硼磁性材料具有较好的可加工性，可以通过磁化、切割、铣削、钻孔等方式进行形状切割和加工。
在加工过程中，需要注意防止磁性材料氧化、烧损等问题。
1.电子产品：钕铁硼磁性材料广泛应用于电子产品中，如硬盘驱动器、音响喇叭、电机等。
由于其强大的磁性能，能够提供更高的输出功率和更好的音质效果。
2.交通运输：钕铁硼磁性材料可以用于电动汽车和混合动力汽车的电机中，提供更高的输出功率和更好的动力性能。
此外，它还可以用于列车制动系统、汽车传感器等。
3.绿色能源：钕铁硼磁性材料可以用于风力发电机、水力发电机、太阳能电池等绿色能源设备中，提高能源转化效率和发电效率。
4.医疗器械：钕铁硼磁性材料可以用于医疗器械中，如磁共振成像（MRI）设备、磁治疗设备等。
其强大的磁性能可以提供更高的信号响应和更好的影像分辨率。
5.机械设备：钕铁硼磁性材料可以用于磁力制动器、磁力离合器、磁力储能器、磁力密封器等机械设备中。
由于其高矫顽力和高剩磁性能，可以实现更高的转矩、更好的传动效率和更好的密封性能。
总之，钕铁硼磁性材料是一种强大的磁性材料，具有很高的磁能积和矫顽力。
磁性材料的基本特性
一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数∙饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；∙剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；∙矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；∙磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；∙初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；∙居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；∙损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；∙在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换∙合理确定磁芯的几何形状及尺寸；∙根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m 磁芯(S,l):f～F 器件(N):U～I,LI ～H: H = IN/l 磁势F =ò Hdl=Hl Nf = ò UdtL～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9 U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6二、常用软磁磁芯的特点及应用(一).粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
材料的磁性能
材料的磁化
通常，在无外加磁场时，材料中固有磁矩的矢 量和为零，宏观上材料无磁性。 材料在外加磁场H中时，使它所在的空间的磁场发生 变化（H↑或、H↓），产生一个附加磁场H’，材料本 身呈现出磁性，这种现象叫磁化 这时其所处的总磁场强度为两部分的矢量和。
H总H+H 单位A/m。
H'MxH
( 1)HM
❖ 20世纪初，法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假说， 奠定了现代磁学的基础，在顺磁性理论、分子磁场、波动力 学、铁磁性理论等相关理论和各种分析手段的基础上，形成 了完整的磁学体系。
磁性基本概念
磁偶极子和磁矩
如果一个小磁体能够用无限小的电流回路
+mLeabharlann 来表示，我们就称为磁偶极子。用磁偶极
矩jm表示：
交流磁场中的能量损失a为常数金属软磁材料电工纯铁指纯度在998以上的铁是最早最常用的纯金属软磁材料面心立方体心立方升温加压降温降压结构与磁性的变化相结构随温度和压力变化结构和磁性随温度变化含碳量影响磁性能增加主要是因为碳对畴壁移动形成阻碍作用cumnsinos等也会对软磁性能产生不利影响max减少上升128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磁路电话中的振动膜电机中用以导引直流磁通的磁极冶金原料129电工纯铁只能在直流磁场下工作在交变磁场中涡流损耗大电阻率涡流损耗硅钢也称硅钢片或电工钢片碳的质量分数在002以下硅的质量分数为1545的fe合金在纯铁中加入硅形成固溶体这样130添加适量硅损耗因此是非常优秀的软磁材料和交流电器的理想材料已经成为用量最大的磁性材料主要用于
(3)金属元素。 离子+自由电子。 只有轨道未 被填满，自旋磁矩未被抵消时，才可能产生较 强的顺磁性。
材料的磁性能
2.2 物质的磁化特性及磁介质的分类
4、反铁磁性物质
＞0， M与H方向相同；磁化率在10-5～10-3。
反铁磁性物质原子之间的磁矩不同与铁磁性物质 是平行的，而是反平行排列的。这种反方向的磁 矩相互抵消，结果使总的磁矩为零。
常见的反铁磁性物质有：Mn、 Cr,部分铁氧体ZnFe2O4如和 某些化合物MnO、NiO、 FeF2等。
,
B0
反向时
抗磁质内磁场 B B0 B'
2.2 物质的磁化特性及磁介质的分类
2、顺磁性物质 呈顺磁性。
其特征是组成这些物质的原子具有恒定的 与外磁场无关的磁矩 。
＞0， M与H方向相同；磁化率在 10-3～10-5 。
属于这类物 质的金属有： La、Pr
2.2 物质的磁化特性及磁介质的分类
2.2 物质的磁化特性及磁介质的分类
5、亚铁磁性物质 ＞＞0
亚铁磁性物质的原子磁矩之间也存在反铁磁性相 互作用，只是反平行排列的磁矩大小不等，不能 完全抵消。从而也引起一定程度的自发磁化。
常见的亚铁磁性物质有：尖晶 石型晶体、石榴石型晶体等几 种结构类型的铁氧体，稀土钴 金属之间的化合物和一些过渡 金属。
铁磁性物质是一种磁性很强的物质。是 磁性材料的物质基础。
常见的铁磁性金属有：Fe、Ni、Co，某 些稀土元素以及由Fe、Ni、Co组成的合 金等。
2.2 物质的磁化特性及磁介质的分类
铁磁质的磁化
从物质的原子结构观点来看，铁磁质 内电子间因自旋引起的相互作用是非常 强烈的，在这种作用下，铁磁质内形成 了一些微小区域，叫做磁畴
第三节 材料磁性的影响因素
温度： 1、阻碍或破坏原子磁矩和自旋磁矩的有序性 2、阻碍自发磁化
第三节 材料磁性的影响因素
磁性材料的磁性能与结构相关性研究
磁性材料的磁性能与结构相关性研究磁性材料广泛应用于许多领域，如电子设备、医学、能源等，其磁性能直接影响着其在实际应用中的效果。
因此，研究磁性材料的磁性能与结构的相关性具有重要意义。
本文将从多个方面探讨磁性材料的磁性能与结构的关系。
首先，磁性材料的晶体结构对其磁性能具有重要影响。
晶体结构中包含着原子的排列方式、晶格常数等因素。
以铁磁性材料为例，其具有排列有序的晶格结构，原子间的相互作用力会使得磁性材料出现磁矩，从而产生磁性。
当晶体结构中的原子排列发生变化时，原子间的相互作用力也会随之改变，从而导致磁性材料的磁性能发生变化。
因此，通过改变晶体结构，可以调控磁性材料的磁性能。
其次，磁性材料的微观结构与磁性能之间存在着密切联系。
磁性材料的微观结构包括晶格缺陷、晶界、位错等。
这些微观结构会对磁性材料的磁性能产生影响。
例如，晶格缺陷会影响磁性材料的磁畴壁的形成和移动，从而影响材料的矫顽力和磁滞回线。
晶界是晶格结构发生突变的区域，其存在可能导致磁性材料的磁畴壁的滞后，从而影响磁性材料的磁滞回线的形状。
位错是晶格中的一种缺陷，其存在也会对磁性材料的磁性能产生影响。
因此，研究磁性材料的微观结构对于了解其磁性能具有重要意义。
与此同时，磁性材料中的磁性粒子也会对其磁性能产生影响。
磁性粒子的大小、形状和组成等因素都会影响材料的磁性能。
例如，当磁性粒子的大小减小到纳米尺度时，其表面自由能会增加，磁畴壁的数量也会增加，导致材料的矫顽力和磁滞回线发生变化。
此外，磁性粒子的形状对磁性材料的磁性能也有影响。
例如，磁性粒子的形状不规则时，会导致材料的剩余磁矩发生变化。
另外，不同组成的磁性粒子也会影响磁性材料的磁性能。
例如，通过改变磁性粒子的元素组成，可以调节材料的矫顽力、饱和磁化强度等磁性能参数。
最后，外界条件（如温度、压力等）也会影响磁性材料的磁性能。
随着温度的升高，磁性材料的磁性通常会减弱。
这是因为温度的升高会增加热激发和热涨落，从而使得磁性材料的磁性粒子发生热翻转或短路。
磁性能对照表
磁性能对照表
牌号
工厂的生产能力多为N30~N48牌号之间，牌号越高，吸力越强
目前世界上最高牌号的磁力是N50，但产出很小，目前国内只有少数几个厂可以做到，尚未能做到批量生产。
N48特点
1.罕见的超强吸力，如果两片超强磁铁吸在一起时，一个壮男是无法垂直用指力把它分开。
2.要始终十分小心，因为磁铁会自己吸附到一起，可能会夹伤手指。
磁铁相互吸附时也有可能会因碰撞而损坏磁铁本身（碰掉边角
或撞出裂纹）。
N50特点
1.材料：N-50（稀少的材料），N50材料磁铁顶峰材料磁性级强。
2.高斯：8500
3.表面处理：电镀镍
4.使用温度：< 80度
磁性能对照表牌号越高磁性能越高，M，H，SH，UH分别代表着不同工作温度的牌号。
磁性材料专有名词解释
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。
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初始状态即是有序排 列。但是有正向、也 有逆向。
2、材料磁化
④顺磁性Paramagnetic 其特征是组成这些物质 的原子具有恒定的与外 磁场无关的磁矩 。 ＞ 0， 感应磁场与外磁场 H方向相同；磁化率在 10-3～10-6 。 属于这类物质的金属有： La、Pr
oH
M
µav = 0 and M = A
霍尔效应：当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑 兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片A、B方向 的端面之间建立起霍尔电势。
4、磁性材料的应用
霍尔转速传感器 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的 一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动 使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微 小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。 霍尔器件
晶粒度与矫顽力
4、磁性材料的应用
磁滞回线围成的面积，可以简单理解为外磁场对磁性材料做的功 对于交流环境，温度累计会使得材料的温度急剧上升。
4、磁性材料的应用
软磁材料 I、在磁场作用下非 常容易磁化； II、取消磁场后很 容易退磁化 III、较小的矫顽力 和较低磁滞损耗。 也就是磁滞回线围 成的面积较小。
目 录
1、磁性的起源 2、材料磁化 3、磁化过程及影响因素 4、磁性材料的应用 5、电磁屏蔽
1、磁性的起源
运动的电荷产生磁矩
1、磁性的起源
电子磁矩
1.轨道磁矩： 电子 绕原子核运动形成 一环形电流，该电 流环相当于一磁矩
2.自旋磁矩： 电子 的自旋磁矩是由量子 效应造成的，它在空 间有正反两种取向
µav 0 and M = mH
(a)
(b)
3、材料的磁化过程及影响因素
回 顾
电滞回线 磁滞回线 包辛格效应
凡是需要时间的过程，都会产生滞后效应
3、材料的磁化过程及影响因素
抗磁、顺磁性材 料磁化曲线特点：
• 线性； • 磁化可逆性； • 斜率很小（M-H)
顺磁材料与抗磁材料的磁化曲线 可类比于力学性能中的理想弹性体
材料的磁性能
电源线等设备上的小圆柱形是用来干嘛的？
铁氧体磁珠或铁氧体扼流 圈，它们存在唯一目的就 是为了减少电磁干扰和射 频干扰。
当两个电磁设备通过电缆 连接之后，这根电缆就扮 演着天线的角色。那么问 题来了，像所有天线一样， 这些电缆也可以接收、传 播从其他不相关的设备中 传出来的信号。
永动机？
2、材料磁化
如果对材料施加磁场，材 料内部的能量平衡关系将 被打破，为了构建新的平 衡，在各种晶体缺陷无法 演变的情况下，磁畴必须 做出响应。磁畴翻转、磁 畴畴壁迁移。
2、材料磁化
磁畴壁在迁 移的过程中， 第二相粒子， 位错等缺陷 会降低其迁 移速度。
回 顾
外形相同，材质 不同，放在相同 的电场中，表面 聚集感应电荷数 量是否一样？
晶粒度与矫顽力
如果晶粒很大， 在一个晶粒里 面会有多个磁 畴，可逆磁化 （畴壁迁移） 占主导地位， 矫顽力较小。
晶粒度与矫顽力
如果一个晶粒 里面只有一个 磁畴，将不会 出现畴壁迁移， 不可逆磁化 （旋转）占主 导地位。矫顽 力最大。
晶粒度与矫顽力
进一步减小， 各单畴晶粒发 生转动的可能 性将越来越大 （更容易转 动）。所以矫 顽力反而减小。
• 不可逆磁化阶段----磁畴壁大
范围运动。类比于为错脱钉，产 生永久变形。
• 缓慢增加阶段 -----磁畴转向。
类比于塑性变形中晶粒旋转，产 生织构。
3、材料的磁化过程及影响因素
磁滞现象的本质: A、磁畴的翻转，是 需要时间的。 B、磁畴壁在运动中 受到阻力。 其阻力 由位错、第二相颗 粒引起。
N
S
磁铁
4、磁性材料的应用
4、磁性材料的应用
4、磁性材料的应用
4、磁性材料的应用
磁性液体—磁流体 把磁性的粉末和某种液体采用特殊方法混合
4、磁性材料的应用
磁性液体—磁流体 I、磁性氧化物超微粒的制备：一般是以磁铁 矿等铁氧化物为主体，由金属盐类水溶液 通过共沉淀制成超微粒。 II、超微粒的分散：将氧化物借助于界面活 性剂（甘油三油酸等）溶入在碳氢化合物 （油类）中。
钉扎点
初始消磁状态
畴壁被钉扎状态
畴壁从钉扎点撕脱出
晶粒取向
晶粒取向
晶粒取向
滑移时的晶体转动
当 外 力 作 用 于 单 晶 体试 样上时，它在某些相邻层 晶面上所分解的切应力使 晶体发生滑移，而正应力 和垂直滑移方向的另一正 应力因滑移错开组成一力 偶，使晶体在滑移的同时 向外力方向发生转动。
线织构
面织构
晶粒取向
滑移时的晶体转动织构各向异性（影响后 续加工）
晶粒度与矫顽力 矫顽力（类比：塑性变形的金属，需要施加反向压力，才能
使其复原）
也称为矫顽性或保磁力， 是磁性材料的特性之一，是指 在磁性材料已经磁化到磁饱和 后，要使其磁化强度减到零所 需要的磁场强度。
对于硬磁材料、希望矫顽力大 矫顽力代表磁性材料抵抗退 磁的能力。 对于软磁材料、希望矫顽力小
回 顾
a=b=c a=b≠c
• T>120℃，Ti4+处在各方几率相同（稳定地偏 向某一个氧离子的几率为零），对称性高，顺 电相。 • T<120℃，Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成 偶极矩，按氧八面体三维方向相互传递，耦合， 形成自发极化的小区域，即电畴。
回 顾
电中性的原子（分子），由于相互作用而瞬时产生 电荷的不均匀分布，形成电偶极矩。在电偶极矩的作 用下，将电中性的原子（分子）结合在一起。
在被电子填满了的电子壳层中， 总的轨道磁矩和自旋磁矩都分别为 零．只有在末被电子填满的子完层中 它们才有可能不等于零。
1、磁性的起源
• 为什么电子磁矩对物质磁矩起主要贡献，而 不是原子核磁矩呢？ • 原子核比电子重1000多倍； • 原子核运动速度仅为 原子核 • 电子速度的1/几千； • 故：原子核磁矩可忽略
温度的影响
居里温度 TC 居里温度，原子热运动 超过了原子磁矩取向一 致的作用，而变为混乱 状态，呈顺磁性。 温度降低后，又会具有 铁磁性。
应力
磁致伸缩：在磁场的作用下，磁性材料会有发生 细微的长度变化。机械能←→磁能。
第二相
畴壁的不可逆位移
设法在材料中出现有效的钉扎点，形成晶格缺陷， 是提高材料矫顽力的有效措施。 磁畴壁
S
N
M
F
初始状态是无序排列。 在外场作用下沿外场负 方向翻转。
2、材料磁化
②铁磁性Ferromagnetic 原子间有交互作用，原子 磁矩互相平行排列，呈饱 和磁化的状态。常见的铁 磁性金属有：Fe、Ni、 Co。 自然状态下，普通的钢铁 材料处于地球磁场中，所 以也是带有磁性的，只是 比较微弱。
在力学行为中，如果位错运动不可逆，会产生永久塑性变形
磁性材料中，不可逆的磁畴变化，则会产生剩磁
3、材料的磁化过程及影响因素
当H减小到零时，M＝Mr，称 为剩磁，表示材料在无外磁场 时仍保持了一定程度的磁化。 如果要使M＝0，则必须加上 一反向磁场Hc，Hc称为矫顽力。 磁滞现象与磁滞回线说明磁化 有不可逆过程，磁滞回线所包 围的面积表征一个磁化周期内， 以热的形式所消耗的功。
饱和
饱和
3、材料的磁化过程及影响因素
磁滞回线围成的面积，可以简单理解为外磁场对磁性材料做的功 对于交流环境，温度累计会使得材料的温度急剧上升。
温度的影响
居里温度 TC 铁磁性物质的特征是组成这些物质的原子具有 恒定的与外磁场无关的磁矩。原子间有交互作 用，原子磁矩互相平行排列，呈饱和磁化的状 态。
E0
介电常数：介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱 电场，原外加电场（真空中）与介质中的电场比值即 为相对介电常数。
回 顾
外形相同，材质 不同，放在相同 的电场中，表面 聚集的电荷数量 是否一样？
感应电荷越多，表示介电常数越大。
E0
2、材料磁化
物体被磁场磁化的程度与磁场强度有关
χ＝ M / H
无交换相互作用
有交换相互作用
回 顾
在一个小区域内， 各晶胞的自发极 化方向都相同， 这个小区域称为 铁电畴，两畴之 间的界壁称为畴 壁。
铁电畴
回 顾
自发极化与铁电畴
a=b=c
a=b≠c
对于BaTiO3，130℃以上，为立方结构。当温度低于 130 ℃以后，Ba原子可以沿a（也可以是b或c）方向移 动（极化）。
χ—磁化率，表示物质磁化性的重要参数。
物质可根据χ的不同分为顺磁、抗磁及铁磁三大类.
物质的抗磁性是普遍存在的
由于电磁感应
磁场中运动电子轨道发生变化，产生抗磁性： 普遍存在； 值很小，通常被掩盖
2、材料磁化
感 应 磁 场
外磁场
2、材料磁化
①抗磁性Diamagnetic ＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～10-6 。 属于这类物质的金属有： Bi、Zn、Cu、Ag、Au、 Mg。
晶粒取向
滑移时的晶体转动织构
实际生产中，材料为多晶材料。各晶粒之间的交互 作用，晶粒无法自由变形，导致晶粒旋转，最终形 成织构。 产生织构以后，易滑移方向和材料的宏观变形方向 平行。
晶粒取向
滑移时的晶体转动织构
织构的类型
（1）线(丝)织构： 某一晶向趋于与变形方向平行。 (如拉拔时形成) （2 ）面 (板) 织构： 某晶面趋于平行于轧制面，某晶向 趋于平行于主变形方向。 (轧制或挤压时形成）
原子：原子核 和核外电子
1、磁性的起源
大多数自转方向不同的电子，虽然电子的磁矩不能抵消，导致 整个原子具有一定的总磁矩。但原子磁矩之间没有相互作用， 它们是混乱排列的，所以整个物体没有磁性。少数物质(如Fe、 Co、Ni），由于“交换相互作用”的机理，原子磁矩整齐地排 列起来，整个物体具有磁性。