第十四讲 技术磁化
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)。
技术磁化理论
磁矩的磁位能改变：
FH 0 M s xH cos 0 0 M s xH cos180 0 2 0 M s xH 0
可以认为在x方向对180 0 壁 有力的作用（压强为P） 由：FH Px 得： 0 M s xH Px 2 P 2 0 M s H （外力） 壁移的动力是H
壁移时，这些不均匀性引起铁磁体内部能量大小的起伏 变化，从而产生阻力。
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。 3 F s cos2 2 3 3 2 2 F s cos s cos 0 2 2 3 s cos2 1 2 3 s sin 2 2
2、90o壁移（采用相同处理） 3 0 M s H s 2 3s H x 2 0 M s x 而M H M s cos 0 o M s cos 90 o S M s S M H M s S x 0 M s2 M H i 900 S x x 3 s 2 x ⑴、求 ： x 2 x 0 sin x，（在 0的各处均有90 0 畴壁存在） l
o
2 2 x
3 x l 4
2 3 s 2 x3 x Nhomakorabeal 46 2 2 s l
⑵、求S// 设畴宽D=l，单位体积内有1/l个畴与畴壁， S//=(1×1) ×1/l= 1/l ∵ σ(x)的每个极小值处并不都有180o壁 S // 1 l l
二、磁化过程的磁化机制 沿H方向磁化强度M H：
M H M sVi cos i
磁化
描述磁介质磁化状态的物理量。
是矢量，常用符号M表示。
定义为单位体积内分子磁矩m的矢量和，即式中是对体积元ΔV内全部分子求和。
在外磁场作用下，磁介质磁化后出现的磁化电流要产生附加磁场，它与外磁场之和为总磁场B。
对于线性各向同性磁介质，M与B、H成正比，顺磁质的M与B、H同方向，抗磁质的M与B、H反方向。
对于各向异性磁介质，M与B、H成正比，但比例系数是一个二阶张量。
对于铁磁质，M和B、H之间有复杂的非线性关系，构成磁滞回线。
在国际单位制（SI）中，磁化强度M的单位是安培／米（A／m）。
物质按其磁化效应大致分为铁磁物质和非铁磁物质两类。
在工程上通常认为非铁磁材料的磁导率µ与真空中的磁导率µ0相等，这类物质如：空气、铜、铝、橡胶等。
铁磁材料由铁磁性物质构成，主要包括：铁、镍、钴及其合金。
铁磁材料放入磁场后，磁场会大大增强。
因此，其磁导率µFe为真空中的磁导率µ0的数十倍乃至数万倍。
铁磁材料的磁导率与它在磁场的强弱及其物质状态的历史有关，因此不是常数。
电机、变压器常用的铁磁材料的磁导率在2000µ0～6000µ0之间。
铁磁材料在磁场中呈现很强的磁性，这种现象称为磁化。
磁化是铁磁材料的主要物质特性之一。
其性质可用磁化曲线来表示。
（见图）图中H为磁场强度，B为磁通密度。
也称B-H曲线。
空气等非铁磁材料为一条直线，其斜率等于真空磁导率µ0，图中虚线所表示。
从图中可以看出，磁化曲线大致可分为4段：第1段：磁场强度H从零开始增加且H很小。
磁通密度B增加的不快，这时的磁导率µFe较小。
图中的Oa段。
第2段：磁通密度 B 随磁场强度 H 的增大而迅速增加，两者近似为线型关系，磁导率µFe很大且基本不变。
图中的ab段。
第3段：随着磁场强度 H 的继续增大，磁通密度 B 增加的越来越慢，即磁导率µFe随着磁场强度H的增加反而减小。
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
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
磁性材料与器件-第三章-技术磁化
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第一节 磁性材料的基本现象
1、磁晶各向异性 2、磁致伸缩
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上节内容提要
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。 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。
第三章
磁畴结构
技术磁化
技术磁化
磁性材料的基本现象
动态磁化
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第一节 磁性材料的基本现象
1、磁晶各向异性 2、磁致伸缩
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3.1.1 磁晶各向异性
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。 磁各向异性 磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。 包括：磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向 异性和应力各向异性等。
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3.2.1 磁畴的成因
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3.2.1 磁畴的成因
实际情况中，还必须考虑其他一些因素比如交换 能、磁晶各向异性能、磁致伸缩导致的磁弹性能
等的影响。真实的磁畴结构由总能量的极小值来
确定。 退磁场能+畴壁能遵 从能量最小原则
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3.2.1 磁畴的成因
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M
H dM dF F (M ) F (0)
0 0 0
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M
3.1.2 磁晶各向异性能
(1) 立方晶系
EK K1 ( ) K2
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？。
4-技术磁化与反磁化
i Hc
2 K1 HK 0 M s
s 0
i Hc
s 0 M s
内秉磁性： 只与晶体结构和化学成分有关，与微结构（晶粒大小、取向、杂质、缺陷、 应力）等无关 技术磁性： 不仅与晶体结构和化学成分有关，也与微结构（晶粒大小、取向、杂质、 缺陷、应力）等有关。
内秉磁性 交换常数A居里温度Tc 自发磁化强度
永磁磁路设计的主要任务是把 外部磁场能集中到所需要的空 间，同时使磁体处于最大磁能 积状态，从而把磁体体积减小 到最小。
~
畴壁位移
~
s 0
M s2 d
M s2
i Hc
s
Ms
应力 含杂 磁晶各向异性
应力
1 3
i Hc
2 3
M sd
磁畴转动
M s2 ~ K1 M s2 ~
i
磁畴体积的变 化：畴壁位移
磁矩转动
顺磁磁化
技术磁化
磁中性
畴壁位移
磁畴转动
H
存在可逆和不 可逆过程
不存在不可逆 过程
可逆转动
H
不可逆转动
剩磁 矫顽力 磁能积
Mr iHc ( BH ) max
H m Lm H g Lg NI 0 H m Lm H g Lg Bm S m Bg S g H m Lm Bm S m H g Lg Bg S g Vm Bm H m Vg Bg H g Vg 0 H g 2 Vm ( BH ) max Vg 0 H g 2 Vm Vg 0 H g 2 ( BH ) max
四、技术磁化
M M s vi cos i
i
vi
第i个磁畴的体积
材料物理课件：Chap 7.2 技术磁化
N
2
cos(
i 1
N
i)
由于N很大，当i从1增大到N时，余弦函数中的角度由0增大 到2，上式中第二项近似为0。
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K
NK1a 2
K 1
2
式中，为磁壁厚。
3.磁壁能量
畴壁的总能量为：
此时，虽然膜面上没有磁极，但是在壁两边有磁极，从而增加了 退磁能。比较形成布洛赫壁和形成涅耳壁所增加的退磁能哪个小。
对铁镍膜畴结构复杂，只有当D<200Å；为涅耳畴壁；D10000Å为布洛赫壁。
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2.1 磁性材料中的基本现象 2.1.1 磁晶各向异性 在测量单晶体的磁化曲线时，发 现磁化曲线的形状与单晶体的晶 轴方向有关。
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1. 磁晶各向异性能
铁磁体从M=0状态磁化到饱和，需要的磁化功为：
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湼耳畴壁：对于二维薄膜样品，但膜厚足够小时，布洛赫壁 的形成对能量降低是不利的，因为布洛赫畴壁中的磁矩在薄膜 表面产生磁极，从而增加了退磁能。下图表示涅耳壁，在这种 畴壁内，磁距的方向不是在壁平面内逐渐旋转，而是平行于薄 膜表面，逐渐旋转过去。
22
E ex AS 2 2
假定磁畴的自旋经过N个原子层，从=0转到=180o，每层转过相
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。
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
物理静态技术磁化
壁的面积最小，从而自由能最小。当施加很小
的磁场H时，畴壁受磁场的压力，离开杂质中心x,
S(x)
N
2
a2
[(
d 2
)2
x
2
]
F
wN2
a2
[( d
2
)2
x2
]
2xN 2a20M s H
F x
w N 2 2x 2N 2a20M s H
0
x 0a2M s H w
1
i
1 N 3a3
N 2xN 2a2M s H
当沿着磁滞回线磁化一个周期时，外部对单位体积磁体所做的功是磁化能
W JdH BdH
它全部变成热能。当Hm 不足以使样品磁化到饱和时，磁滞回线的和面积随的 减小而减小。
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Hm Lm H g Lg NI 0
Hm Lm H g Lg
BmSm Bg Sg
Hm Lm BmSm H g Lg Bg Sg
Ms HK
1
4
2 0
0
sin 2 H
sinH dH dH
0
M
2 s
3K
2M s 3H K
第20页/共38页
趋近饱和定律
接近饱和的多晶体的磁化是可逆转动过程。磁化曲线的经验关系是
M
M s (1
a H
b H2
c H3
)
pH
a、b、c是常数， p 顺磁磁化率。 a / H 来自参杂、内应力等微结构因素，
s 100 111 0
内应力沿[001]轴 。
(x)
0
2
sin( 2
l
x)
0
w (x) c AK c
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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
第三章 材料的磁学性能
顾修全
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
F H 0 M s H co s
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 1 P1 M P2 M
M
s
s2
4）磁致伸缩
磁弹性能
磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，形状和
尺寸都发生变化的现象。 磁致伸缩系数：
L 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。 磁弹性能：
E 3 2
s sin
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。
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。
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 畴壁能=磁交换能+磁晶能
EK ECr
0
N0
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
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。
3) 外磁场能
4）退磁场
退磁场
退磁场能
材料的磁化状态，不仅依赖于它 的磁化率，也依赖于样品的形状。 有限几何尺寸的磁体在外磁场中 被磁化后，表面将产生磁极，从 而使磁体内部存在与磁化强度M 方向相反的一种磁场，起减退磁 化的作用，称为退磁场Hd 。
H
Hd H
H d N M
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。
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
减小而矫顽力Hc增高，剩余磁 感应强度Br在临界变形度(约5%~7%)以前随变形度增大急剧 下降，而在临界变形度以上则随变形度增大而升高。
冷塑性变形的金属经再结晶退火后，各磁性参数都恢复到
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
0 H d dM
1 2
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。
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。
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。
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。
冷加工变形对工业纯铁磁性 的影响
形变前的状态。
形变织构和再结晶织构，使磁性呈现明显的方向性，利用
这一特点可提高μm和Ms。
晶粒越细，磁导率越低，矫顽力越高。
因为晶界不仅本身原子排列不规则，而且在晶界附近位错 密度也较高，造成点阵畸变和应力场，阻碍畴壁的移动和 转动。
改善铁磁材料μ的方法： ① 消除铁磁材料中的杂质 ② 把晶粒培育到足够大并呈等轴状 ③ 形成再结晶织构 ④ 采用磁场中退火
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
形状效应
为了降低退磁能，样品的体积要缩小，并且在磁化方 向上要伸长以减小退磁因子的一种现象。
磁弹性能
指在磁滞伸缩过程中，磁性与弹性之间的耦合作用能。 分析表明，计入磁致伸缩后，在对形变张量只取线 性项近似的情况下，磁晶各向异性能的形式并未发生变 化，所变化的仅是各向异性常数的数值稍有改变。
5）应力能
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
sn
Pn
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
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。
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