无机材料物理性能第5讲教学幻灯片

,CoCr等
H
M
各种铁氧体系材料（Te,Go,Ni
氧化物）Fe,Co等与重稀土类
金属形成金属间化合物
（TbFe等)
M
H O2,Pt,Rh,Pd等，第一主族
（Li,Na,K等），第二主族
(Be,Mg,Ca),NaCl,KCl的F中心
M
H Cr,Mn,Nd,Sm,Eu等3d过渡元
素或稀土元素，还有MnO、
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磁性的分类
❖反铁磁性
➢反铁磁性物质大 都是非金属化合物， 如MnO。
➢不论在什么温度 下，都不能观察到 反铁磁性物质的任 何自发磁化现象， 因此其宏观特性是 顺磁性的
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Fe,Co,Ni,Gd,Tb,Dy,等元素及
M
其合金、金属间化合物。
FeSi,NiFe,CoFe,SmCo,NdFeB
磁性的分类
❖顺磁性
➢无外加磁场时，原子无规则热振动，无宏观磁性；有外加 磁场时，原子磁矩旋转，延外磁场择优取向，显示出极弱 的磁性。
➢顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度，其磁
化率与绝对温度成反比 C T
➢顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为10-5 ➢过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属
物质
氧（1大气 压） 铝
（μx－1） /10－6 1.9
23
铂
360
抗磁性
物质 氢
（1-μx）/10 －6 0.063
铜
8.8
岩盐
12.6
铋
176
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常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能
物质
μ0（起始）
居里温度
Fe
150
1043
Ni
110
627
Fe3O4
70
858
NiFe2O4
10
858
Mn0.65Zn0.35Fe2O4
处理变化不大
铁氧体磁性材料：反尖晶石结构
M 2 O 2 (F3 e )2(O 2 )3
M2+---Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混
合
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铁氧体的磁性与结构
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亚铁磁性
❖由于铁氧体内总是含有两种或两种以上 的阳离子，这些离子各具有大小不等的 磁矩，反向占位的离子数目也不相同， 因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导 致的抵消作用通常并不一定会使磁性完 全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩 余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为 亚铁磁性或铁氧体磁性 。
➢无外磁场时，磁畴无序取向，M总=0 ➢外磁场作用下，磁畴沿外磁场取向，M总很大 ➢与顺磁性的最大区别：后者不会自发磁化形成
磁畴 ➢饱和磁化强度：铁磁材料能达到的最大磁化强
度Ms
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磁性的分类
❖铁磁性
➢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，铁磁性消失。这一温度 称为居里点其磁化率与温度的关系服从居 里——外斯定律 C T TC
1500
400
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磁性的分类
❖抗磁性
➢ 当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性 ➢Bi,Cu,Ag,Au 等金属具有这种性质 ➢ 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化
率一般约为-10-5，为负值 ➢ 外磁场使电子轨道改变，感生出一个与
外磁场方向相反的磁矩 ➢ 陶瓷材料多数原子是抗磁性的
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铁氧体磁性材料
▪矩磁材料
矩磁性材 料在信息 存储领域 内的作用 越来越重 要
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磁头的工作原理
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磁畴与磁滞回线
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 (能够自发磁化达到饱和的小区域)。
不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就 称为磁畴壁（厚度：0.1-0.01cm） 。
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无机材料的磁学性能
❖ 物质的磁性 ❖ 磁畴与磁滞回线 ❖ 铁氧体的磁性与结构 ❖ 磁性材料
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物质的磁性
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物质的磁性
磁矩在磁场中所受到的作用力在均匀磁场中， 磁矩受到磁场作用的力矩
J m B
为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情
况可以写出:
Fx
m dB dx
磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。
磁感应强度B：外磁场作用下，材料内部的磁通
量密度
B H T或Wb/m2
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物质的磁性
磁导率 材料特性常数，单位外磁场强度下，材料 内部的磁通量密度（H/m）。
相对磁导率μx： μx= μ/ μo 磁化强度M:外磁场H作用下，材料内部磁矩
MnF2等合金、化合物等。
H
铁氧体的磁性与结构
铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料 铁氧体与铁磁性物质的异同 铁氧体的分类，有尖晶石型、石榴石
型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型 和钨青铜型等6种
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铁氧体的磁性与结构
❖尖晶石型铁氧体
所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的 阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件 锰铁氧体约为80％正型尖晶石，这种离子分布随热
于顺磁物质 ➢一般：抗磁性与顺磁性被认为没有磁性，原因：依赖外磁
场且磁化率极小
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磁性的分类
❖铁磁性
➢有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达10-3 数量级，这类物质的磁性称为铁磁性
➢铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极 高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保 留极强的磁性。
Magnetic Materials) 磁材料适合于交变磁 场的器件，如变压器 的铁芯，这时，铁芯 的发热量少。此外， 还可用于电机和开关 器件（磁导体）
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铁氧体磁性材料
▪硬磁材料(Hard magnetic materials)
硬磁材料的磁滞回线 宽肥，它具有高的剩 磁，高矫顽力和高饱 和磁感应强度。磁化 后可长久保持很强磁 性，难退磁，适于制 成永久磁铁。
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物质磁性的本质
电子的磁矩
➢ 电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 ➢ 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而
是主要由自旋磁矩引起 ➢ 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 ➢ 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，
其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性
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磁介质的磁导率
顺磁性
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磁畴
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磁畴
右图表示 磁畴壁的 移动和磁 畴的磁化 矢量的转 向及其在 磁化曲线 上起作用 的范围
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磁滞回线
❖图中Br称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消 除剩磁，需加反向磁场Hc。Hc称为矫顽磁场 强度，亦称“矫顽力”。加Hc后，磁体内B=0。
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石榴石型铁氧体
❖稀土石榴石也具有重要的磁性能， 其通式为：
M3cF2eaF3edO12
❖式中M为稀土离子或钇离子，都是三价。
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磁铅石型铁氧体
磁铅石型铁氧体的结构与天然 的磁铅石相同，属六方晶系， 结构比较复杂。
P(F b7 .5 e M 3 .5A n0 .5T l0 .5i)O 19
延外磁场方向排列而使磁场强化的量 （A/m）。
其数B 值O 为(H ：“M)单位M 体 积(内x感1)H 生磁H 矩的大小”
称为磁化率或磁化系数
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物质的磁性
磁化强度的测定 可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力
Fx
VM B X
V为样品的体积,若外磁场已知， 则M可由力的侧定计算出。
磁导率
磁导率是磁性材料最重要的物理量之一， 表示磁性材料传导和通过磁力线的能力 用μ表示；
生产上为了获得高磁导率的磁性材料， 一方面要提高材料的Ms值，这由材料 的成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这 主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
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铁氧体磁性材料
▪软磁材料(Soft