材料磁性

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2 2 2 2 2 2 2 2 2
室温下:Fe: K1= 4.2×104 J/m3 ; Ni: K1= -0.34×104 J/m3 ; 六角晶系晶体磁晶各向异性能: EK=Ku1sin2θ+KU2sin2θ+… Co KU1=41×104 J/m3 ;
1、磁退火效应:
来自百度文库磁感生磁各向异性
在外磁场下将磁性材料进行加热或退火,即可获得磁场退火效应。对 Fe-Ni合金可以覌察到这种效应。曲线A和C是经过磁场退火处理,A是平 行于磁场方向的磁化曲线,C是垂直方向磁化曲线,B是没有经过磁场热 处理的磁化曲线。从曲线C的平均磁化率,估计感生的单轴各向异性常数 为 1x102Jm-3 。 在Fe-Ni合金系中,富镍相(21.5wt%Fe)有高导磁率,称坡莫合金。 磁场退火行为很特殊,即只有高温下淬火,才能得到高磁导率。 解释其机理: ( 1 )超晶格的形成,即有序相的产生。有序-无序转变温度大约4900C
发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。
铁磁体的形状各向异性及退磁能
退磁场:非闭合回路磁体磁化后,磁体内部产生 一个与磁化方向相反的磁场。
铁磁体被磁化后产生的退磁场强度: Hd = -N· M; 其中N为几何退磁因子,M为磁化强度, 负号表示退磁场与M反向。
退磁能:
M
Ed

0
0
H d dM
易轴
二.形状各向异性
一、退磁场
当铁磁体由于磁化,在表面具有面磁极( 荷 )或体磁极( 荷 )时,在铁磁 体内将产生与磁化强度方向相反的退磁场 Hd 。若磁性体磁化是均匀的,则 退磁场也是均匀的,且与磁化强度成比例而方向相反,因此:
H d N M
N 称作退磁因子,它的大小与M无关,只依赖于样品的几
铁磁性的起源----直接交换相互作用
(1)
原子间距离太远,表现孤立原子特性
a
a(1)
b
b(2) (2)
a.b原子核外电子因库仑相互作用相
互排斥,在原子中间电子密度减少。 原子间距离适当时,a原子核将吸引 b原子的外囲电子,同样b原子核将吸引 b原子的外囲电子。原子间电子密度增 加。电子间产生交换作用,或者说a、b 原子的电子进行交换是等同的,自旋平 行时能量最小。铁磁耦合 原子间距离再近,这种交换作用使 自旋反平行,a、b原子的电子共用一
2.2MBxHmkT
Hm109Am-1(107Oe)
( 分子场 )
一、磁晶各向异性
序言:在磁性物质中,自发磁化主要来源于自旋间的交换作用,这 种交换作用本质上是各向同性的,如果没有附加的相互作用存在,在 晶体中,自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际 上在磁性材料中,自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向,该方 向称为易轴。当施加外场时,磁化强度才能从易轴方向转出,此现象 称为磁晶各向异性。
两个国家级电子信息产业园
•铜陵电子材料产业园
•芜湖汽车电子产业园
• 铜锋电子(集团)公司已成为全国最 大的电容器薄膜和薄膜电容器生产 基地,是国家重点高新技术企业, 中国电子元器件百强企业。
省市级园区和产业基地
• • • • • • • • • • • 合肥信息家电产业基地、 滁州信息家电产业基地、 蚌埠信息显示材料产业基地、 芜湖信息显示材料产业基地、 合肥微电子产业基地、 无为特种线缆产业基地, 合肥软件园、合肥汽车电子产业园、 马鞍山磁性材料产业园、 庐江磁性材料产业园、 淮北电子铝材产业园、 天长电子元器件产业园等。
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。
磁畴

铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大,
在于其中存在着磁畴(Domain)结构 在未受到磁场作用时,磁畴方向是无规的, 因而在整体上净磁化强度为零 每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴。



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
何形状及所选取的坐标,一般情况下它是一个二阶张量。
二.形状各向异性
均匀磁化的磁性体中有效磁场Heff与外磁场Hex、 退磁场Hd三者关系:
H e ff H e x N M
H e ff
-
-
Hd M
+ + + Hex
+
旋转椭球形状样品的磁化 是均匀的,我们选取坐标 系与椭球的主轴重合,则 退磁场的三个分量可以表 示为:
中国磁性材料行业总体发展分析
• 规模企业:1096家,(铁氧体:359家,稀土磁 体和金属磁体:226家,配套设备和原料企业。 永磁铁氧体197家)。 • 产量:41万吨(烧结磁体36吨,粘结5万吨); • 总产值:约265亿人民币 • 主要产品:软磁铁氧体(锰锌、镍锌和镁锌); 永磁铁氧体钕铁硼;其余钐钴磁体、铝镍钴金 属永磁; • 中国的铁氧体工业基本上保持在20%以上速度 增长。
安徽省电子磁性材料产业园庐江
公司地址: 安徽巢湖市庐江县金牛镇工业园 • 深圳市分公司: 深圳市新洲路时代华庭西座18A • 广东省分公司 : 广东省东莞市石碣镇桔洲同德 • 苏州市分公司 : 苏州市新区汾湖路199号 • 中山市分公司 : 广东省中山市三乡镇丽景广场
中科院院士、南京大学物理系 教授都有为先生作科技报告
旋转椭球的极限情况:
a b c Na Nb Nc 1 3
a b c Na Nb Nc 0 1 2 ,
a,b c Na Nb 0 Nc 1
退磁场能
显然,磁性体在磁化过程中,也将受到自身退磁场的 作用,产生退磁场能,它是在磁化强度逐步增加的过程中 逐步积累起来的,单位体积内
Fd H d d J 0
0 J M 0
H d dM
对于均匀材料制成的椭球样品,容易得出;
Fd 0
M 0
NM dM
1 2
0NM
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
安徽省信息产业“中部”崛起
安徽信息产业“徽军”力量日益壮大
• 全省电子信息产品总产值达171亿元,规模从全 国第18位跃升至第13位。 • 主要产品有军民用雷达设备、微型计算机、电视 机、电子仪器、聚丙烯电工膜、半导体分立器件、 电子元件、录音机电机、磁性材料等。 • 产生了一批有一定规模和特色的重点企业,如合 肥海尔、安徽康佳、芜湖实达电脑、安徽铜锋电 子、铜陵三佳电子、中科大讯飞公司等。
[100]
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•磁晶各向异性能
磁晶各向异性大的适于作永磁材料,小的适于软磁材 料。 材料制备中人工地使晶粒的易磁化方向排在一特定方 向以提高该方向磁性能。(如硅钢片生产工艺上的冷 扎退化,铝镍钴生产中的定向浇铸(柱晶取向)和磁 场中热处理,磁场成型等都是利用磁晶各向异性。 立方晶系晶体磁晶各向异性能:
磁性材料产业基地
横店集团东磁有限公司霍山总厂 霍山磁材资源丰富,该县东磁是横店集团东磁 有限公司的下属企业。横店集团东磁有限公司 是一家集生产、经营、科研及信息服务为一体 的科技型国家大型一档企业,是中国电子百强 企业之一,主要生产永磁、软磁、稀土等十五 大类,二千多规格品种,用到通讯、电脑、电 子网络等新兴电子信息领域。被誉为中国的 “磁都”,公司以技术创新和科学管理为手段, 2004年度名列第十七届中国电子元件百强企业 第四名,荣获“中国名牌”和“国家免检产品” 称号。
E K K 0 K 1 ( 1 2 2 3 3 1 ) K 2 1 2 3
2 2 2 2 2 2 2 2 2
室温下:铁K1= 4.2×104 J/m3 ; Co K1= 41×104 J/m3 ; Ni K1= -0.34×104 J/m3 ;
磁晶各向异性能
a a
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
1 2
0 NM
2
退磁场对样品磁性能的影响是明显的:
有退磁场是 曲线倾斜
所有材料性能表给出的磁导率等数值都是针对 有效磁场的数值,材料性能的实际测量中必须尽量 克服退磁场的影响。
利用形状各向异性的一个典型例子就是AlNiCo5永磁合金。该合金除了 Fe以外,含有Al,Ni和Co 。在13000C以上是体心立方结构的均匀固溶体, 但在9000C以下,脱溶成两相。通过磁场冷却,感生出一种易轴平行于冷 却时所加磁场方向的各向异性。由电镜照片看到针状脱溶物,针状相是含 较多Fe和Co的强铁磁相,基体是含较多Al和Ni的弱磁相。
H d x H d z
N xM
x
H d y
Nx N
N yM N zM
y
y
z
Nz 1
在CGS单位值中
N a N b N c 4
如果磁性体不是椭球形状,即使在均匀外场中,磁化 也是不均匀的,这时退磁场的大小和方向随位置而变,很 难用退磁因子来表示。
磁晶各向异性大的适于作永磁材料,小的适于软磁材料。 材料制备中人工地使晶粒的易磁化方向排在一特定方向以 提高该方向磁性能。(如硅钢片生产工艺上的冷扎退化, 铝镍钴生产中的定向浇铸(柱晶取向)和磁场中热处理, 磁场成型等都是利用磁晶各向异性。
立方晶系晶体磁晶各向异性能:
E K K 0 K 1 ( 1 2 2 3 3 1 ) K 2 1 2 3
省电子磁性材料产业园
安徽省电子磁性材料产业园位于庐江西北部 靠近合九铁路、合铜黄高速公路和沪蓉高速公 路。园区目前有磁性材料及制品企业6家,另 有三家在建企业,主要集中分布在庐城镇、郭 河镇、金牛镇、万山镇和石头镇。产业园占地 面积约800亩,远景规划5000亩,园内企业占 地面积约800亩资产约36000万元,从业人员约 3000人,2006年产值约33000万元人民币。
面心 角上
2、轧制磁各向异性
恒磁导率铁镍钴合金,成分为50%Fe-50%Ni,首先经过强冷轧,然后 再结晶产生(001)[100]的晶体织构,最后再次冷轧,厚度减少50%。这样 制成的片材,呈现出大的单轴磁各向异性,其易轴位于轧制面内,但垂直 于轧制方向。平行于冷轧方向磁化完全通过磁畴转动末实现,从而导致线 性磁化曲线。 轧制磁各向异性的大小,要比磁场退火产生的大50倍。其机理,近角提 出《滑移感生各向异性》。一般发生弹性形变时,晶体的一部分会沿着某 个特定的晶面和晶向相对于另一部分滑移,这个特定的晶面和晶向,称为 滑移面和滑移方向。例如A3B型超晶格中,通过滑移面出现了许多BB原子 对,未滑移的部分没有BB对,故BB对的分布构成了各向异性,即方向有序。
E、磁性物理的基础
铁磁性与其基本特性
• 一、磁晶各向异性 • 二、磁感生各向异性 • 三、磁形状各向异性
• 四、磁致伸缩效应
自发磁化
• 磁畴: 在未加外磁场时,铁磁金属内 部已经磁化到饱和状态的小区域. • 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.
磁畴
产生铁磁性条件
铁磁性除与电子结构有关外,还决定于晶体结构。
产生铁磁性条件:
(1).有固有磁矩(未满电子壳层); (2) .原子磁矩之间有相互作用,且Rab/r > 3,即一定的点阵结构。 Rab: 原子间距; r :未满电子壳层半径.
交换作用能:
Eex = -AS1·2 = -Acosφ; S A>0时,自发平行排列; A<0时,反平行排列。
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