无机材料物理性能第5讲教学幻灯片
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无机材料物理性能PPT课件
电子位移极化
弹性模型 +e
-e
建立牛顿方程： ma= -kx - eEoe it 电偶极矩： = -ex= Eoe it{1/[(k/m)o2－ 2]}e2/m 弹性振子的固有频率 ： o=(k/m)1/2 有： = e Eloc 得：
动态
e
e2 m
2 0
1
2
静态
e2 e2
e
m2 0
k
电子位移极化
+ 空腔表面上的电荷密度： －P cos 绿环所对应的微小环球面的表面积dS:
dS=2rsin rd dS面上的电荷为： dq= －P cosdS
根据库仑定律：dS面上的电荷作用在球心单位正电 荷上的P方向分力dF：
dF= －（－PcosdS/4o r2 ) cos
由 qE=F
1×E=F E=F
有立方对称的参考点位置，如果所有原
子都可以用平行的点型偶极子来代替，
则E3 =0。
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
克劳修斯一莫索蒂方程
根据
D= o E+P
得
P =D－ o E=（ 1－ o ） E
= o （ r－ 1） E
由
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
=E+ o （ r－ 1） /3o
对具有两 种以上极化质点的介质，上式变为：
r r
1 2
1
3 0
nkk
k
三、介质的总极化
第一种，位移极化： 位移式极化------弹 性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。
第二种，松弛极化：该极化与热运动有 关，其完成需要一定的时间，且是非弹 性的，需要消耗一定的能量。
无机材料物理性能第5讲-33页PPT精品文档
型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型 和钨青铜型等6种
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
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
铁氧体的磁性与结构
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 。
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。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
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）
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。
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
J m B
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
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
铁氧体的磁性与结构
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 。
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。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
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）
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。
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
J m B
无机材料物理性能教案ppt
g
圆片式样体积电阻率的测量
电导的宏观参数
片状试样
电导的宏观参数
精确测定结果:
电导的宏观参数
8、表面电阻和表面电阻率
板状式样
电导的宏观参数
圆片试样
I V
r1 a r2 g
b
电导的宏观参数
直流四端电极法
适用于中高电导率的材料，能消除电 极非欧姆接触对测量结果的影响。
电导的宏观参数
在室温下测量电导率常采用简单的四探针法
匀材料，电流是均匀的， 电流密度J在各处是一 样的。
定义：单位面积通 过的电流，或单位时间 通过单位面积的电荷量。
表达式：
(A•cm-2)
3、电场强度 定义：单位长度上的电势差。 表达式： (V•cm-1)
4、电阻率：
ρ为电阻率， 为反映材料电阻性能的参数
5、电导率：
反映材料的电阻性能。
6、欧姆定律的微分形式
电导的物理特性
3、电解效应（离子电导特性） 离子的迁移伴随质量变化，离子在
电极附近发生电子得失，产生新的物 质。
法拉第电解定律：
——电解物质的量 ——电化当量
——通过的电量 ——法拉第常数
实质：类似电解质溶液中的电解。
如NaCl溶液的电解。
应用：可检验陶瓷材料是否存在离子电 导。
4、迁移率和电导率的一般表达式
载流子浓度
杂质电导：由固定较弱的离子（杂 质）的运动造成。
杂质电导中，载流子浓度取决于杂质 的数量和种类。
二、离子迁移率
❖ 离子电导的微观机构为载流子 ── 离子的扩散 。
❖ 间隙离子的扩散过程就构成了宏 观的离子“迁移”。
离子扩散机构
离子迁移率
间隙离子的势垒
圆片式样体积电阻率的测量
电导的宏观参数
片状试样
电导的宏观参数
精确测定结果:
电导的宏观参数
8、表面电阻和表面电阻率
板状式样
电导的宏观参数
圆片试样
I V
r1 a r2 g
b
电导的宏观参数
直流四端电极法
适用于中高电导率的材料，能消除电 极非欧姆接触对测量结果的影响。
电导的宏观参数
在室温下测量电导率常采用简单的四探针法
匀材料，电流是均匀的， 电流密度J在各处是一 样的。
定义：单位面积通 过的电流，或单位时间 通过单位面积的电荷量。
表达式：
(A•cm-2)
3、电场强度 定义：单位长度上的电势差。 表达式： (V•cm-1)
4、电阻率：
ρ为电阻率， 为反映材料电阻性能的参数
5、电导率：
反映材料的电阻性能。
6、欧姆定律的微分形式
电导的物理特性
3、电解效应（离子电导特性） 离子的迁移伴随质量变化，离子在
电极附近发生电子得失，产生新的物 质。
法拉第电解定律：
——电解物质的量 ——电化当量
——通过的电量 ——法拉第常数
实质：类似电解质溶液中的电解。
如NaCl溶液的电解。
应用：可检验陶瓷材料是否存在离子电 导。
4、迁移率和电导率的一般表达式
载流子浓度
杂质电导：由固定较弱的离子（杂 质）的运动造成。
杂质电导中，载流子浓度取决于杂质 的数量和种类。
二、离子迁移率
❖ 离子电导的微观机构为载流子 ── 离子的扩散 。
❖ 间隙离子的扩散过程就构成了宏 观的离子“迁移”。
离子扩散机构
离子迁移率
间隙离子的势垒
(推荐)《材料物理性能》PPT课件
焓 内能
P
比定容热容：材料温度升高时，体积恒定，所测得的比热容。
cp与cv哪个大？ cp＞cv 原因？ cp测量方便，cv更具理论意义。对于固体材料二者差别很小，可忽 略，但高温下差别增大。cp、cv与温度之间的关系（三个阶段）。 12
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
19世纪提出，认为热容与温度和材料种类无关。
CV,m
3R1
2 TD3
D T 0
x3 d
ex 1
xe3 T DTD1
ω x
kT
讨论： （1）高温时（T＞＞θD ） ex 1x
1mol原子的原子个数为N（阿佛加德罗常数 6.02 ×1023），1mol原子 的总能量为： E＝3NkT＝3RT
＝3R＝3 × 8.314≈25J/K·mol
(2) 实际上大部分元素的在常温以上原子热容接近该值，但对于轻元素 与实际值差别较大。
13
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
2. 化合物的热容定律——奈曼－柯普定律
通过材料性能的学习，可以掌握材料性能的基本概念、物理本质、 变化规律及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的各种因素及材料 性能与其化学成分、组织结构间的关系，掌握改善和提高材料性能、充 分发挥材料性能潜力的主要途径，同时了解材料性能的测试原理、方法 及相关仪器设备。
只有这样才能在合理选用材料、提高材料性能和开发新材料过程中 具有必须的基本知识、基本技能和明确的思路。
xn+1 。该质点的运动方程为：
Em为微观弹
性模量。
描述： 相邻质点振动位移间的关系。
说明： 临近质点的振动存在一定的相位差，即各质点的热振动不是孤 立的，与临近质点存在相互作用。
3、质点的热振动与物体热量 构成物体各质点热运动动能的总和即为物体的热量。温度升高，质
P
比定容热容：材料温度升高时，体积恒定，所测得的比热容。
cp与cv哪个大？ cp＞cv 原因？ cp测量方便，cv更具理论意义。对于固体材料二者差别很小，可忽 略，但高温下差别增大。cp、cv与温度之间的关系（三个阶段）。 12
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
19世纪提出，认为热容与温度和材料种类无关。
CV,m
3R1
2 TD3
D T 0
x3 d
ex 1
xe3 T DTD1
ω x
kT
讨论： （1）高温时（T＞＞θD ） ex 1x
1mol原子的原子个数为N（阿佛加德罗常数 6.02 ×1023），1mol原子 的总能量为： E＝3NkT＝3RT
＝3R＝3 × 8.314≈25J/K·mol
(2) 实际上大部分元素的在常温以上原子热容接近该值，但对于轻元素 与实际值差别较大。
13
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
2. 化合物的热容定律——奈曼－柯普定律
通过材料性能的学习，可以掌握材料性能的基本概念、物理本质、 变化规律及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的各种因素及材料 性能与其化学成分、组织结构间的关系，掌握改善和提高材料性能、充 分发挥材料性能潜力的主要途径，同时了解材料性能的测试原理、方法 及相关仪器设备。
只有这样才能在合理选用材料、提高材料性能和开发新材料过程中 具有必须的基本知识、基本技能和明确的思路。
xn+1 。该质点的运动方程为：
Em为微观弹
性模量。
描述： 相邻质点振动位移间的关系。
说明： 临近质点的振动存在一定的相位差，即各质点的热振动不是孤 立的，与临近质点存在相互作用。
3、质点的热振动与物体热量 构成物体各质点热运动动能的总和即为物体的热量。温度升高，质
无机材料科学基础第五章 固溶体PPT课件
金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如， Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。
在金属氧化物中，主要发生在金属离子位 置 上 的 置 换 ， 如 ： MgO-CaO ， MgO-CoO ， PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。
C3S的固溶体C54S16MA2.相当于18个Si中有两个被置换。
可编辑课件PPT
18
实例
在面心立方结构中，例如MgO中，氧八面体间 隙都已被Mg离子占满，只有氧四面体间隙是空的。 在TiO2中，有二分之一的八面体空隙是空的。在萤 石结构中，氟离子作简单立方排列，而正离子Ca2+ 只占据了有立方体空隙的一半，在晶胞中有一个较 大的间隙位置。在沸石之类的具有网状结构的硅酸 盐结构中，间隙就更大，具有隧道型空隙。 因此， 对于同样的外来杂质原子，可以预料形成填隙式固 溶体的可能性或固溶度大小的顺序将是沸石>萤石 >TiO2>MgO。实验证明是符合的。
SrO、BaO，使他们形成正硅酸盐。或
添加B2O3、P2O5、Cr2O3为稳定剂，使他 们形成[BO4]、[PO4]、[CrO4]置换[SiO4] 而形成固溶体。
可编辑课件PPT
9
2、晶体结构类型的影响
若溶质与溶剂晶体结构类型相同，能形成连 续固溶体，这也是形成连续固溶体的必要条件，而 不是充分必要条件。
二、置换型固溶体
三、间隙型固溶体
四、形成固溶体后对晶体性质的影响
五、固溶体的研究方法
可编辑课件PPT
1
第一节 固溶体的分类
一、根据外来组元在主晶相中所处位置 ，可分 为置换固溶体和间隙固溶体。
二、按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为 连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。
在金属氧化物中，主要发生在金属离子位 置 上 的 置 换 ， 如 ： MgO-CaO ， MgO-CoO ， PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。
C3S的固溶体C54S16MA2.相当于18个Si中有两个被置换。
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18
实例
在面心立方结构中，例如MgO中，氧八面体间 隙都已被Mg离子占满，只有氧四面体间隙是空的。 在TiO2中，有二分之一的八面体空隙是空的。在萤 石结构中，氟离子作简单立方排列，而正离子Ca2+ 只占据了有立方体空隙的一半，在晶胞中有一个较 大的间隙位置。在沸石之类的具有网状结构的硅酸 盐结构中，间隙就更大，具有隧道型空隙。 因此， 对于同样的外来杂质原子，可以预料形成填隙式固 溶体的可能性或固溶度大小的顺序将是沸石>萤石 >TiO2>MgO。实验证明是符合的。
SrO、BaO，使他们形成正硅酸盐。或
添加B2O3、P2O5、Cr2O3为稳定剂，使他 们形成[BO4]、[PO4]、[CrO4]置换[SiO4] 而形成固溶体。
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9
2、晶体结构类型的影响
若溶质与溶剂晶体结构类型相同，能形成连 续固溶体，这也是形成连续固溶体的必要条件，而 不是充分必要条件。
二、置换型固溶体
三、间隙型固溶体
四、形成固溶体后对晶体性质的影响
五、固溶体的研究方法
可编辑课件PPT
1
第一节 固溶体的分类
一、根据外来组元在主晶相中所处位置 ，可分 为置换固溶体和间隙固溶体。
二、按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为 连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。
[2021]无机材料物理化学完整版PPT
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三、自由度数
不引起系统新相产生或旧相消失的条件下，在一定范围内任 意独立改变的变量（如温度、压力、浓度等）的数目称为自由 度数，以F表示
如水，一定范围T、P改变F=2
凝聚系统：系统中固相和液相产生蒸气压与大气压相比可以 忽略不计，即系统压力视作恒量。只考虑液相与固相参与相平 衡。
相律上，凝聚系统压力视为恒量。
相图（状态图）平衡时，用几何图形描述多相系统在一定 条件下的状态，图中每一点叫状态点。
相图用于研究平衡状态硅酸盐制品的形成过程，系统发生 相变时状态，从而控制这些变化过程。并通过工业处理，和预 期所制得的产品，也能依据相图，确定原料配料，选择烧成制 度，估计产品性能。
1-1 基本概念
一、相
系统中具有相同物理化学性质的均匀部分称为相，相与相之间 有界面分开，例如：一杯水，酒精水，甘油水、水泥生粉及对 于（1）气体之间（一般一相）（2）液体之间（一相或多相） （3）固体之间（除生成固溶体外均为多相） 相以P表示,P=1：单相系统；P=2：二相系统；P=3：三相系 统。
相律——确定多相系统中，F、P、C、N关系，F=C-P+N， N为外界影响因素数（温度、压力等），当外界因素只考虑温 度压力时，F=C-P+2，自由度=组分数-相数+2，相律推导过 程略，仅适用于多相平衡相律上：凝聚系统压力视为恒量。
相律应用必须注意以下四点：
1、相律是根据热力学平衡条件推导而得，因而只能处理真实 的热力学平衡体系。
第一章 相平衡
1-1 基本概念 1-2 相律 1-3 单元系统 1-4 二元系统 1-5 三元系统
相变化过程：液体蒸发、气体凝聚、多晶转变。一定条件 下相之间的转变过程。即：相变过程。相平衡；多相系统中， 当每一相物体生成速度与消失速度相等时。即宏观上相间无物 质转变移动，便是平衡状态。
不引起系统新相产生或旧相消失的条件下，在一定范围内任 意独立改变的变量（如温度、压力、浓度等）的数目称为自由 度数，以F表示
如水，一定范围T、P改变F=2
凝聚系统：系统中固相和液相产生蒸气压与大气压相比可以 忽略不计，即系统压力视作恒量。只考虑液相与固相参与相平 衡。
相律上，凝聚系统压力视为恒量。
相图（状态图）平衡时，用几何图形描述多相系统在一定 条件下的状态，图中每一点叫状态点。
相图用于研究平衡状态硅酸盐制品的形成过程，系统发生 相变时状态，从而控制这些变化过程。并通过工业处理，和预 期所制得的产品，也能依据相图，确定原料配料，选择烧成制 度，估计产品性能。
1-1 基本概念
一、相
系统中具有相同物理化学性质的均匀部分称为相，相与相之间 有界面分开，例如：一杯水，酒精水，甘油水、水泥生粉及对 于（1）气体之间（一般一相）（2）液体之间（一相或多相） （3）固体之间（除生成固溶体外均为多相） 相以P表示,P=1：单相系统；P=2：二相系统；P=3：三相系 统。
相律——确定多相系统中，F、P、C、N关系，F=C-P+N， N为外界影响因素数（温度、压力等），当外界因素只考虑温 度压力时，F=C-P+2，自由度=组分数-相数+2，相律推导过 程略，仅适用于多相平衡相律上：凝聚系统压力视为恒量。
相律应用必须注意以下四点：
1、相律是根据热力学平衡条件推导而得，因而只能处理真实 的热力学平衡体系。
第一章 相平衡
1-1 基本概念 1-2 相律 1-3 单元系统 1-4 二元系统 1-5 三元系统
相变化过程：液体蒸发、气体凝聚、多晶转变。一定条件 下相之间的转变过程。即：相变过程。相平衡；多相系统中， 当每一相物体生成速度与消失速度相等时。即宏观上相间无物 质转变移动，便是平衡状态。
《无机材料物理性能》讲资料PPT课件
th/ c
5000 1540 3.3
3000 1300 2.3
材料
Al2O3宝石 BeO
2048 320 6.4 MgO
3480 —
240 14.5 Si3N4热压 10.5 — SiC
693
10.5 66.0 Si3N4烧结
400
10 40.0 AlN
5000 44.1 113
th
5000 3570 2450 3850 4900 3850 2800
端部的曲率半径而与孔洞的形状无关，依据弹性
理论：
A 1 2
c
考虑到:
c远大于，所以 A 2
c
考虑到裂纹尖端曲率半 径ρ与晶格常数 相当:
A 2
c a0
裂纹扩展的条件是： A th 故
Ac 2 c
c
a0
Er a0
th
断裂理论
p为裂纹扩展单位面积在塑性变形中所作的塑 性功，由于 p>> (约为的103量级)
CC
2E p 2 (1 2 )
C
2E p (1 2 )c
25
应力场强度因子和 平面应变断裂韧性
26
2002年11月19日，希腊“威望”号油轮在西班牙加 利西亚省所属海域触礁，断裂成两截，随后逐渐下沉。 据悉，这艘船上共装有7.7万吨燃料油。生态学家称这可 能是世界上最严重的燃油泄漏事件之一。
断裂理论
贡献：看到了缺陷、解释了实际强度远低于
理论强度的事实。
缺点：沿用了传统的强度理论，引用了现成
的弹性力学应力集中理论，并将缺陷 视为椭园孔，未能讨论裂纹型的缺陷。
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2020/10/1
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
2020/10/1
磁介质的磁导率
顺磁性
2020/10/1
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。
2020/10/1
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
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
2020/10/1
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
2020/10/1
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
2020/10/1
2020/10/1
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
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
2020/10/1
铁氧体的磁性与结构
2020/10/1
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 。
2020/10/1
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
2020/10/1
磁头的工作原理
2020/10/1
,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、
2020/10/1
2020/10/1
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
2020/10/1
物质的磁性
2020/10/1
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 （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
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。
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。
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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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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） 。
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
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。
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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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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
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
➢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