材料性能----磁学性能
材料物理性能-_磁学性能
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4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为 H 的外加磁场（直流、交变或脉冲磁 场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。 在真空中，磁感应强度为：
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二、技术磁化（P154）
对未经外磁场磁化的 ( 或处于退磁状态的 ) 铁磁体，它们 在宏观上并不显示磁性，这说明物质内部各部分的自发磁化 强度的取向是杂乱的。因而物质的磁畴决不会是单畴，而是
由许多小磁畴组成的。
技术磁化：在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化到 饱和的内部变化过程。
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铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的 移动和磁畴内磁矩的转向。
因而自发磁化强度降低，铁磁性消失。这一温度称为居里 点Tc。在居里点以上，材料表现为顺磁性。
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4. 反铁磁性和亚铁磁性（P132、P144） 如果交换积分 A＜0时，则原于磁矩取反向平行排列能量最 低。如果相邻原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原
子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零。这样一种特性称为
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磁学与电学基本物理量的比较 电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
J E P 0E
电流强度 I (A)
磁通量 Ф (Wb)
电流密度 J (A/m2)
电场强度 E (V/m)
磁通密度 B (Wb/m2)
磁场强度 H (A/m)
B H M H
r 1
电导率σ (Ω-1· m-1)
B0 0 H
式中μ0为真空磁导率
0 4 107 H / m
材料性能答案
名词解释第九章材料的磁学性能磁化：物质在磁场中由于受到磁场作用都呈现出一定的磁性，这种现象叫做磁化现象自发磁化：在没有外磁场的情况下，材料所发生的磁化。
技术磁化：铁磁材料心爱外加磁场的作用下所产生的磁化现象。
抗磁性：材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的成为抗磁性。
顺磁性：材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的成为抗磁性。
铁磁性：铁磁材料在外加磁场的作用下，可以产生很强的磁化，这是由于铁磁材料的原子组态所决定的。
铁磁性来源于原子违背抵消的自旋磁矩和自发磁化。
亚铁磁性：反铁磁性：交换积分常数A<0,相邻原子间的自旋趋于反相平行排列原子磁矩相互抵消，不鞥形成自发磁化区域。
固有磁矩：只有原子中存在的未被排满的电子层时，由于未被排满的电子层电子磁矩之和不为0，原子才具有磁矩，这种磁矩叫做~最大磁滞回线：磁滞损失：由于磁滞效应的存在，磁化一周得到一个封闭回线，称之为磁滞回线，回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗，称为~退磁能：磁铁产生的外力磁场与内磁场方向相反，从而使铁磁体减弱，磁化能力增加。
磁畴：在铁磁性物质中，此你在着许多微小自发磁化区域，成为~剩磁：磁化达到饱和后，在逐渐减小到H的强度，M将随之减小。
当H=0时，磁感应强度并不等于0，而是保持一定大小的数值，这时铁磁金属的剩磁现象。
矫顽力：要使M值继续减小，必须加反向磁场-H, 当H等一定值Hc时，M值才等于0。
Hc 为去掉剩磁的临界外磁场，称为~~居里点：磁晶各向异性：当贴此物质磁化时，沿不同方向磁化所产生的磁化强度不同，即沿着不同方向磁化所消耗的磁化功不同。
这说明磁化矢量（M）在不同的晶向上有不同的能量，M沿易磁化方向时能量最高。
磁化强度沿不同晶轴方向的不同称为磁晶磁晶的各向异性。
磁致伸缩（效应）：铁磁物质收缩时，沿磁化方向发生长度伸长或缩短的现象称为~~自发体积磁致伸缩：最大磁能积：第十章材料的电学性能电导率：为电阻率的倒数超导临界转变温度：材料由正常状态转变为超导状态的温度超导临界磁场强度：能破环超导态的最小磁场强度超导临界电流密度：输入电流所产生的磁场一外磁场之和超过临界磁场，超导呗破坏。
材料磁学性能(材料科学基础)
h
2
（3）磁感应强度
真空
B。＝。H 。
B 磁感强度（Wb·m-2） (magnetic flux density)
H 磁场强度（A·m-1）(magnetic field strength)
0 真空磁导率，4×l0-7（H／m） (亨/米）
介质 B0(HM )HM: 磁化强度
h
3
（4）磁化率 χ(magnetic susceptibility)
➢ 不具“永久磁矩” ：原子各层都充满电子（电子自旋磁矩相互抵消）
如锌(3d104s2)，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。
h
5
（2）“交换”作用
铁具有很强的磁性，这种磁性称为铁磁性。铁磁性除与电子结构有关外， 还决定于晶体结构。
处于不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生特殊的相互作用，这种 相互作用称为“交换”作用。这是因为在晶体内，参与这种相互作用的电子 已不再局限于原来的原子，而是“公有化”了，原子间好象在交换电子，故 称为“交换”作用。
由这种“交换”作用所产生的“交换能”J与晶格的原子间距有密切关系。 当距离很大时，J接近于零，随着距离的减小，相互作用有所增加。 J为正值，就呈现出铁磁性，J为负值，就呈现出反铁磁性。
a：原子间距 D：未被填满的电子壳层直h 径
a/D ＞3时 交换能为正值， 为铁磁性 a/D ＜3时 交换能为负值， 为反铁磁性
材料的磁学性能-材料性能学-金属力学性能-课件-北京工业大学-09
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
第二节 材料的抗磁性与顺磁性
一、材料抗磁性与顺磁性的物理本质
M 顺磁
0
抗磁
H
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
1.抗磁性
材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁 性，χ<0。 材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生 的抗磁矩。 电子循轨运动所产生的轨道磁矩为 ml=0.5eωr2。 式中：e为电子电荷；ω为电子循轨运动的角速度；r为轨道半 径。 电子循轨运动的受力状态如图。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.1材料的基本磁学性能
3.磁感应强度
任何物质被磁化时，由于内部原子磁矩的有序排列，除了外磁场外 还要产生一个附加磁场。在物质内部，外磁场H和附加磁场H’ 的和乘以
μ0 称为磁感应强度B，单位为韦伯/米2（Wb/m2）。
亦即，通过物质内部磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力 线数。它与磁场强度H 的关系是 B=μ0(H+H’) 或 B=μ0(H+M) B=μ0(1+χ)H=μ0μrH=μH 式中μr为相对磁导率；μ为磁导率或导磁系数，它反应了磁感应强度B 随外磁场H变化的比率（或速率）。
χ＝C’/(T+Δ)
式中C’是常数，Δ对某一种物质也是常数，其值可大于0和小于0。 铁磁性物质在居里点以上是顺磁性的，其磁化率大致服从居里—外斯 定律，这时的Δ为-θ，θ表示居里温度。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
3.相变及组织转变的影响
材料发生同素异构转变，由于晶格类型及原子间距发 生了变化，会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。例 如， 正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰锡时，磁化率 明显变化。但影响的规律比较复杂。 加工硬化使金属的原子间距增大而密度减小，从而使 材料的抗磁性减弱。例如，当高度加工硬化时，铜可以由 抗磁变为顺磁。退火与加工硬化的作用相反，能使铜的抗 磁性重新得到恢复。 材料性能 第九章材料的磁学性能
材料磁学性能实验报告
材料磁学性能实验报告【材料磁学性能实验报告】实验目的：1.了解材料的磁学性能，并掌握测量方法。
2.熟悉磁化曲线的特征，以及磁滞回线的形态。
实验步骤：1.实验前准备：将实验用的磁体与其他金属物品隔离，以免互相干扰；调整仪器以确保测量准确性。
2.准备实验材料：选择不同材料的样品，如铁、钢、铝等，确保样品表面清洁。
3.确定样品尺寸：测量样品的长度、宽度和厚度，并计算出样品的体积。
4.测定饱和磁感应强度：将样品放置在恒定的外磁场中，逐渐增加磁感应强度，当磁感应强度不再引起样品磁化时，记录此时的磁感应强度，即为样品的饱和磁感应强度Bs。
5.绘制磁化曲线：以饱和磁感应强度Bs为起点，逐渐减小磁感应强度，记录不同磁感应强度下的磁感应强度B和磁场强度H的数值，并绘制磁化曲线。
6.测定剩磁和矫顽力：根据绘制的磁化曲线，找到磁滞回线的闭合部分，确定剩磁Br和矫顽力Hc的数值。
实验结果：1.通过测定不同材料的磁化曲线，我们可以得到各材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。
2.在磁化曲线中，随着磁场强度的增加，磁感应强度也会增加，但增幅逐渐减小，直至达到饱和磁感应强度。
3.在形成磁滞回线闭合部分的磁化曲线段中，磁感应强度在减小的过程中依然存在一定的数值，即剩磁Br。
4.磁滞回线闭合部分的起始点磁场强度即为矫顽力Hc的数值，它表示了材料在自由磁化状态和无磁场状态之间的磁场强度差。
实验分析及讨论：通过本次实验，我们对材料的磁学性能有了更深入的了解。
饱和磁感应强度Bs 是材料磁化过程中所能达到的最大磁感应强度，取决于磁性材料的种类和结构。
对于铁、钢等磁性材料来说，其饱和磁感应强度较高，而铝等非磁性材料的饱和磁感应强度很小。
磁化曲线的形态是描述材料磁性的重要特征之一。
在磁化过程中，当磁场强度逐渐减小时，材料磁化状态会存在一定的滞后效应，即剩磁Br。
这是由于材料磁化的微观结构特点所导致的，与磁颗粒的排列和磁矩的旋转有关。
第三章;磁学性能(材料的磁化特征及其基本参数)
四、磁化曲线和磁滞回线
磁导率和磁场的关系
磁滞：指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化 强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场 强度 H之间呈现磁滞回线关系 剩磁Br：磁滞回线中，外磁场 减小为零时， 铁磁质所具有的磁感应强度 矫顽力Hc：为使剩磁降低为零而施加的反向 外磁场强度 磁致损耗：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现 象引起的能量损耗。经一次循环，磁滞损耗 等于磁滞回线的面积
一个环形电流的磁矩：Pm=ΙS Ι环形电流的强度， S是环形所包围的面积。
当有外加磁场后，环形电流的磁矩沿磁场规律排 列，在宏观上显示磁性。用磁化强度衡量物质磁 性强弱及磁化状态
磁化强度
磁化强度：单位体积的总磁矩
磁极化强度
材料受磁化后呈规律排列，宏观上显示磁极 （南北极），把微观的磁分子称为磁偶极 子，宏观所表示出的磁矩称为磁偶极矩jm
第三章 材料的磁学性能
材料的磁化特征及其基本参数
一、磁化现象及磁化强度 磁性与物质的微观结构相关，决定于原子
结构、原子间的相互作用，例如:键结合和 晶体结构等。 磁性是微观结构表现出来的一种宏观现象。 研究磁性也是研究材料物质内部微观结构 的方法。
磁化现象及磁化强度
一切物质都具有磁性，任何空间都存在磁场，只是强弱不同而已。 根本原因：
• 磁----电 • 磁现象的本质是由于带电物体运动的结果。 • 原子中电子的绕核运动、电子本身的自旋，都会产生磁场。 • 一个分子内部全部电子运动产生的磁场的总和叫做分子磁
场。 • 物质在磁场中，由于受到磁作用而呈现一定磁性称为磁化 • 凡是能被磁场磁化的物质称为磁介质（磁质）。
当物质处于磁场中时，会使磁场发生变化，不 同的物质所引起的磁场变化不一样。
材料磁学性能-磁学性能(第四节)
50Cu 34Fe7Al 15Ni35Co 4Cu5Ti
0.95
5900
2600
0.54
44000
12000
0.34
54000
6400
0.76
123000 36000
BaO-6Fe2O3
0.32
240000 20000
TC （oC）
⎯ 760 410 860
860
450
电阻率 ρ ( Ω·m )
部分磁粉的性能
γ-Fe2O3 CrO2 CoFe 金属颗粒 钡铁氧体
比表面积 （m2/g）
15∼50
15∼40
20∼50
30∼60
25∼70
颗粒尺寸 （nm） 270∼500 190∼400 150∼400 120∼300 500∼200
颗粒体积 （10-5μm3） 30∼200 10∼100 5∼100
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理想的磁光存储材料应具备以下基本性能：
材料的饱和磁化强度MS应偏小，以使磁光存储薄膜的磁化矢量垂直于膜面 薄膜的磁滞回线必须是矩形，即剩磁比为1，从而确保良好的记录开关特性 适中的居里温度，否则记录用半导体激光器的功率要增大 稳定的记录位尺寸d可以粗略地用d ∝1/HC表示，因此材料的矫顽力要足够大 记录材料要有高的热传导率，当激光作用时，记录介质能快速升温和冷却 热稳定性好，在记录/擦除激光光束反复作用下，材料的结构不发生变化 优良的抗氧化、抗腐蚀性能，要求存储介质经长期存放后性能不变 大面积成膜容易
易去磁，即磁滞回线很窄
高的磁导率和小的矫顽力要求材料的结构尽 量均匀，没有缺陷，在磁学上各向同性
若要在交变磁场中用作软磁材料，铁磁体应 有较大的电阻率，这可以通过材料的合金化 来做到，如铁-硅合金、铁-镍合金等
材料的磁学性能
五、铁磁性及其物理本质
物质中相邻原子或离子的磁矩，由于相互作用而在某些区域中大致按同一方 向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增 加到某一极限值的现象
永久磁矩，来源于电子自旋 净磁矩，无外场条件下（如图） 磁畴，晶体中自旋取向相同的区域
铁磁材料中，无外磁场条件 下，原子磁矩的定向排列
me
Ma
轨道磁矩在外场方向Z上的分量：
l,H ml B ml 0, 1, 2 ,
ml — 轨道磁量子数（空间量子数），共2l+1个
轨道磁矩
2）电子的自旋磁矩 s
电子自旋角动量（自旋动量矩）： Ps s(s 1)
s 1 2 — 自旋量子数
电子自旋磁矩： s 2B s(s 1)
电子自旋磁矩在外场方向Z上的分量： s,H 2msB ms = 1/2 — 自旋磁量子数
i1
N — 单位体积中原子（离子）数
Z — 每个原子（离子）的电子数
ri
0
— 第 i 个电子循轨运动的平均半径 — 真空磁导率
m、e — 电子的质量、电量
自由电子的抗磁性
源于自由电子因受到劳伦兹力的作用，而在垂直于外磁场的平面内作定向的 环绕运动所产生的附加磁矩，该附加磁矩也总是反平行于外磁场
自由电子的抗磁磁化率： 自由电子的总磁化率：
L
和
S
i
的矢量之和，即
J L S
由各电子的磁矩（或角动量）组合成原子的总磁矩（或总角
动量），主要有两种耦合方式：
①原子序数在32以下，为L-S 耦合，即
L ( (l )i ) S ( (s )i ) J 或 L( li ) S( si ) J
i
i
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。
磁学性能
物质的磁性
铁氧体
磁性材料
物质的磁性
一 、磁化、磁化强度和磁化率
1、磁化
物质在磁场中由于受磁场的作用而表现 出一定的磁性，这种现象就称之为磁化。
2、磁化强度
磁化强物理量 —— 单位体积的总磁矩
M
Pm V
3、磁化率
M H
Bi,Cu,Ag,Au 等金属具有这种性质
抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电
子轨道改变，产生一个磁矩，该磁矩的
方向与外磁场方向相反
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
顺磁性
顺磁性物质的主要特征是不论外加磁
场是否存在，原子内部存在永久磁矩。 无外加磁场时，顺磁物质的原子做无 规则的热振动，宏观看来，没有磁性； 外加磁场作用下，每个原子磁矩比较 规则的取向，物质显示极弱的磁性。
铁氧体和铁磁性物质的异同
同：磁性较强 异：铁氧体磁性来自两种不同的磁 矩， 一种磁矩在一个方向排列整齐， 另一种在相反的方向排列。 这两种磁矩方向相反，大小不等。 因此，铁氧体又称为亚铁磁体。
磁性材料
• 软磁材料 • 硬磁材料 • 矩磁材料
一、 软磁材料
1、主要特点 具有较高的磁导率和较 高的饱和磁感应强度。
三、矩磁材料
具有高磁导率、高电阻率
可作磁性记忆元件
高分子材料的磁学性能
1、大多数体系为抗磁性材料 2、顺磁性仅存在于两类有机物
（1）含有过渡金属 （2）含有不饱和键、自由基
称为磁化率或磁化系数，它把物 质的磁化强度与外磁场强度联系 了起来，它的大小反映了物质磁 化的难易程度，是材料的一个重 要的磁参数，同时，它也是物质 磁性分类的主要依据。
无机材料磁学性能资料
纳米非金属磁性材料
纳米铁氧体
通过纳米技术制备的铁氧体材料，具有更高的磁 导率和更低的损耗。
纳米氧化铝陶瓷
采用纳米技术制备的氧化铝陶瓷，具有更好的绝 缘性能和机械强度。
纳米复合磁性材料
将纳米磁性粉末与其他非金属材料复合制备而成， 具有优异的综合性能。
复合非金属磁性材料
金属/非金属复合磁性材料
将金属磁性粉末与非金属基体复合制备而成，兼具金属和非金属 的优点。
磁化过程与磁畴理论
磁化过程
磁化是指原来没有磁性的物体获得磁性的过程。磁化过程包括畴壁移动和磁矩转 动两个过程。
磁畴理论
磁畴是指铁磁体内部存在的大量微小区域，每个区域内部的原子磁矩都像一个个 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。这些微 小区域就是所谓的磁畴。
磁滞回线和磁化曲线
无机材料磁学性能资料
目 录
• 磁学基础概念 • 无机材料磁学性能概述 • 金属磁性材料 • 非金属磁性材料 • 无机材料磁学性能应用 • 无机材料磁学性能研究进展与趋势
01 磁学基础概念
磁性定义与分类
磁性定义
磁性是物质放在不均匀的磁场中会受 到磁力的作用，产生磁性的原因有电 子的自旋磁矩和轨道磁矩。
磁学性能参数及表征方法
磁导率
表示材料在外磁场作用下的磁化能力，与 材料的成分、结构和温度等因素有关。
A 磁化曲线和磁滞回线
描述材料在外磁场作用下的磁化过 程和磁滞现象，可得到饱和磁化强
度、剩磁和矫顽力等参数。
B
C
D
磁学性能表征方法
包括振动样品磁强计、超导量子干涉仪、 电子自旋共振等实验手段，可获得材料的 磁学性能参数和微观磁结构信息。
磁学性能
3. 物质的顺磁性
来源：原子（离子）的固有磁矩。 无外H时：由于热运动的影响，固有磁矩取向无序，宏观上无磁性。 外H作用下：固有磁矩与H作用，有较高的静磁能，为降低静磁能，固 有磁矩改变与H的夹角，趋于排向外H方向，表现为正向磁化。在常温和 H不是很高的情况下，M与H成正比，磁化要克服热运动的干扰，磁矩难 以有序排列，故顺磁化进行十分困难，磁化率较小。 常温下顺磁体达到饱和磁化所需的H非常大，技术上难以达到，但温度 降至接近0K时，就容易了。 根据顺磁磁化率与温度的关系，可把顺磁体分为三类： 正常顺磁体：磁化率随温度升高而降低的顺磁体。 符合居里定律： 或居里－外斯定律：
根据磁化率符号和大小，可把磁介质分为五类。
亚铁磁性材料
顺磁性材料 反铁磁性材料
0
抗磁性材料
H
2. 磁化率与物质磁性的分类
1）抗磁体 χ为甚小负常数，约在10-6数量级，即M与H方向相反，在磁场中使磁场稍减弱， 受微弱斥力，约有一半的简单金属是抗磁体。分为： (1)“经典”抗磁体，χ 不随T变化，如铜、银、金、汞、锌等。 (2)反常抗磁体，χ 随T变化，为前者10～100倍，如铋、镓、锑、锡等。 2）顺磁体 χ为正常数，约为10－3～10－6数量级，即M与H方向相同，在磁场中使磁场稍增 强，受微弱引力，分为： （l）正常顺磁体，χ 随T变化，且符合与T反比关系，如铂、钯、奥氏体不锈钢、 稀土金属等。 （2）χ 与T无关的顺磁体，如锂、钠、钾、铷等。 3）反铁磁体 χ是甚小的正常数，当T高于某个温度时（尼尔温度TN），转换为顺磁体，T－ χ曲线？如α－Mn、铬、氧化镍、氧化锰等。 4）铁磁体 χ为很大的正变数，约在10～106数量级，且不大的H就能产生很大的M，在磁场 中被强烈磁化，受强大的吸力，如铁、钴、镍等。其M－H 、 χ－H曲线？ 5）亚铁磁体 类似铁磁体，但χ值没有铁磁体大，如磁铁矿（Fe3O4）等。
材料的磁学性能与测试方法
材料的磁学性能与测试方法材料的磁学性能是指材料在磁场下的特性和行为。
磁学性能对于许多领域的应用至关重要，如电子设备、磁存储、能源转换等。
为了深入了解和评估材料的磁学性能，科学家和工程师们开发了各种测试方法和技术。
本文将介绍常见的材料磁学性能测试方法以及其应用。
一、磁矩与磁滞回线测试方法磁矩是一个材料在磁场中受磁化作用时所表现出的磁性强度。
磁矩可以通过磁滞回线测试方法进行测量。
该测试方法主要通过改变外加磁场的强度来测量材料的磁化强度。
磁滞回线图是磁矩随外加磁场变化的图像，通过分析磁滞回线图可以了解材料的磁化强度和磁滞损耗等。
二、磁化曲线测试方法磁化曲线测试方法主要用于测量材料的磁化特性。
这种方法通过在材料中施加不同大小的磁场，然后测量磁场对材料磁化程度的影响。
通过绘制磁化曲线，可以确定材料的磁化特性，如饱和磁化强度、剩余磁矩和矫顽力。
三、矫顽力和剩余磁矩测试方法矫顽力是指外加磁场移除后，材料保留的剩余磁矩。
矫顽力和剩余磁矩是材料磁学性能的重要指标之一。
这些指标可以通过磁化曲线测试方法中的回磁曲线来测量。
通过矫顽力和剩余磁矩的测量，可以评估材料的磁记忆效应，以及应用于数据存储等领域时的可靠性。
四、磁导率测试方法磁导率是材料对磁场的响应能力。
磁导率测试方法主要通过施加一个交变磁场，并测量材料的磁场强度和施加磁场的相位差来计算磁导率。
磁导率的测量可以用于评估材料的磁性能和应用于电磁设备中的性能。
五、饱和磁化强度测试方法饱和磁化强度是指材料在外加磁场逐渐增大的情况下，达到饱和状态时的磁化强度。
饱和磁化强度测试方法可以通过磁化曲线测试中的饱和磁化强度来测量。
饱和磁化强度是衡量材料磁性能的重要指标之一，对于电磁设备和磁性材料的设计和应用具有重要意义。
通过以上介绍的各种测试方法，我们可以准确测量和评估材料的磁学性能。
这些测试方法对于磁性材料的设计、磁性材料应用的改进以及电磁设备的开发都起到了至关重要的作用。
我们可以根据具体的需求选择合适的测试方法，以便更好地了解和利用材料的磁学性能。
5 材料的磁学性能
外磁场。
顺磁体的原子或离子是有磁矩的(称为原子固有磁矩，它是电子 的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和)，其源于原子内未填满的电子 壳层(如过渡元素的d层，稀土金属的f层)，或源于具有奇数个电
子的原子。但无外磁场时，由于热振动的影响，其原子磁矩的取 向是无序的，故总磁矩为零。
当有外磁场作用，则原子磁矩便排向外磁场的方向，总磁矩便大
材料名称 氧化铝 铜 金 水银 硅 银
当有介质时，介质被磁化后，其产生的磁场强度M和源
磁场强度H对运动电荷共同产生作用，此时磁感应强度
和Ｂ磁场强度H有何关系？
B 0 ( H M )
令 则
0 (1 ) H 0 (1 ) B H
式中的μ为介质的磁导率，单位为H/m，是磁性材料 最重要的物理量之一，其也反映了介质磁化的能力。
亚铁磁性物质由磁矩大小不同的两种离子(或原子)组成，
矩，这就是亚铁磁性（ferrimagnetism）。
尼尔点是反铁磁性转变为顺磁性的温度(有时也称为反铁磁 物质的居里点Tc) 。
尼尔点
图5-14 三种磁化状态示意图
5.3.3 磁畴 铁磁性（ferromagnetism）材料所以能使磁化 强度显著增大（即使在很弱的外磁场作用下， 也能显示出强弱性），这是由于物质内部存在 着自发磁化的小区域——磁畴（magnetic domain）的缘故。
外磁场除去后仍保持相当大的永久磁性， 这种磁性称为铁磁性。
过渡金属铁、钴、镍和某些稀土金属如钆、 钇、钐、铕等都具有铁磁性。 此材料的磁化率可高达103，M>>H
5.2 抗磁性与顺磁性
任何物质都是由原子组成的，而原子又是由带正
电荷的原子核(简称核子)和带负电荷的电子所构
材料的磁学性能
运动电子的磁矩，一般是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。
3) 原子的磁矩 由原子的结构决定 原子中的一个次电子层被排满时，这个电子层的磁矩总和 为零 原子中的电子层均被排满时，原子没有磁矩
只有原子中存在未被排满的电子层时，原子才具有磁矩，
这种磁矩称为原子的固有磁矩 如原子序数为26的Fe原子，电子层分布为
玻璃瓶里的磁流体
磁化泥吞金属
磁流体变成圣诞树形
---------------《材料性能学》----------------
第九章
材料的磁学性能
本章主要对材料磁性的本质、抗磁 性、顺磁性以及铁磁性的特点及影响 因素进行简要介绍。
第一节 基本磁学性能 第二节 抗磁性与顺磁性 第三节 铁磁性与反铁磁性
• 磁性是最早发现一切物质的基本属性之一。
• 一个好的磁芯必须有高的磁导率。 • μ合金是一种镍-铁合金（75%镍，15%铁，外加铜和钼），并有非常高的磁 导率。 • 磁导率最高的材料是钴基非晶态磁性合金，其高频退火磁导率为1,000,000（ 直流磁导率最大值（µ ））。氢退火的（纯铁-N5级）可达到160,000（µ ）的 磁导率，但相对很昂贵。
m IS
m
在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J
J m B
磁矩在磁场中所受的力
dB Fx m dx
所以，磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大， 磁性愈强，即物体在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体 本身有关，与外磁场无关。
1) 轨道磁矩：由电子循轨运动产生的磁矩，以ml表示，ml为 矢量，它垂直于电子运动的轨道平面，其大小为
ml li li 1mB
式中:l为轨道角量子数，可取0，1，2， 3,…，( n-1)，分别 代表s, p, d, f,g层的电子态，mB为玻尔磁子，mB=9.27×10-24 Am2，是磁矩的最小单元。
第五章材料的磁学性能
(2) 自旋磁矩
每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的 自旋磁矩（electronic spin magnetic moment）。因此 可以把原子中每个电子都看作一个小磁体，具有永久 的轨道磁矩和自旋磁矩，如图5-4所示。实验测定电子 自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰为一个玻尔磁子： （5-17）
ez l B l
式中，ml为电子运动状态的磁量子数，下角z表示外磁 场方向；μB为玻尔磁子(Bohr magneton)，是电子磁矩 的最小单位，其值为 eh B 9.27 1024 ( J T 1 )（5-16） 4me 式中 ， e ， h和 me 分别为电子电量、普朗克(Planck) 常量和电子质量。
5.1.1 磁学基本量
（1）磁感应强度和磁导率 1820年，奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场， 一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线，在距导线 轴线r米(m)处产生的磁场强度H（magnetic field strength）为：
H
I
(5-1)
2r
在国际单位制中，的单位为安培/米(A/m)。
磁矩（magnetic moment）是表示磁体本质的一个物 理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩m。其方向与 环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形 的面积的乘积IΔS(图5-1)。在均匀磁场中，磁矩受到 磁场作用的力矩J J＝m×B (5-4) 式中，J为矢量积，B为磁感应强度，其单位为：
(1) 电子轨道磁矩 电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场， 形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩。设r为电子运动轨 道的半径，L为电子运动的轨道角动量，ω为电子绕核 运动的角速度，电子的电量为e，质量为m。根据磁矩 等于电流与电流回路所包围的面积的乘积的原理，电 子轨道磁矩（electronic orbital magnetic moment）的 大小为： e e 2 2 Pe iS e( )r mr L (5-14) 2 2m 2m 该磁矩的方向垂直于电子运功轨迹平面，并符合右 手螺旋定则。它在外磁场方向上的投影，即电子轨道 磁矩在外磁场方向上的分量，满足量子化条件 (5-15) P m (m 0， 1 ， 2， ， l)
材料磁学性能实验报告
材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。
2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。
实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。
它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。
与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。
另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。
如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。
原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。
但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。
实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。
定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。
永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。
永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。
720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。
样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。
2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。
3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。
材料磁学性能及其测量
磁学测量等。
1.1 材料的磁化现象及磁学基本量
磁场：由运动电荷（或电流）产生的在空间连续分布的一种物质。 宏观性能：在场内运动的电荷会受到作用力。
任何有限尺寸的物体处于磁场中，都会使它所占用的空间的磁场发生变化，
能量各向异性的特征称为形状各向异性。
退磁场对样品的磁性能的影响是明显的：
有退磁场时磁化曲线是倾斜的。
所以性能表给出的磁导率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。
各种不同单位的换算
磁学量的单位目前常用的是国际单位制(SI)和高斯单位制(CGS）。
磁矩：
在高斯单位制中0=1G/Oe，则磁偶极矩与磁矩无差别，统称
到高频和微波领域。非晶合金磁性的发展，开拓了优质软磁材料的领域。 近20年来，磁记录材料和磁光记录材料正在迅猛发展。在多层膜中发现
巨磁电阻以来，自旋相关导电材料及其器件不断出现，有机铁磁体、
C60化合物铁磁体及室温铁磁体的发现预示了磁性与磁性材料的发展前 景。
本章主要介绍材料的磁化现象及磁学基本量，铁磁性和亚铁磁性物
方向：-m指向+m 单位Wb.m
用环形电流描述磁偶极子：
A m2 磁矩： m iA jm 0 m
0 4 107 H .m 1
电子的轨道运动相当于一个恒定的电流回路，必然有一个磁矩（轨道磁 矩），自旋也会产生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁 矩。
当物体受外加磁场的作用被磁化后，便会表现出一定的磁性。实际上， 物体的磁化并不改变原子固有磁矩的大小，而是改变了它们的取向。
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交流磁滞回线顶点的轨迹就是交 流磁化曲线
交流振幅磁场强度增大到饱和磁 场强度Hs时的磁滞回线极限交流 磁滞回线，从中可以确定材料的 Bs，Br
特点：形状与磁场强度及其变化频率和波形有关；一定频率下振幅减小，趋 于椭圆
第二节 铁磁性的宏观表征
磁各向异性
单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的，称为磁晶各向异性 晶体磁化时所增加的自由能等于磁场所做的功，为 沿铁磁单晶体某些方向磁化时所做的功比沿 另外一些方向磁化时所做的功小得多，这些 晶体学方向称为易磁化方向或者易磁化轴， 而其他方向称为难磁化轴
G HdM
0
M
（磁化曲线与M坐标所包围的面积）
第二节 铁磁性的宏观表征
沿不同方向的磁化功不同，表明：磁化强度矢量M沿不同方向上取 向的能量是不同的，M沿易磁化轴方向时能量最低，沿难磁化轴时能量 最高，磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能， 用Ek表示，是磁化强度矢量方向的函数，对于立方晶系有：
C T
对于存在铁磁转变的物质，Δ =-Tc
还有一些物质，如碱金属，磁化率与温度无关
第二节 铁磁性的宏观表征
1 磁化曲线（B-H 磁化曲线
& M-H）和磁滞回线（B-H）
饱和磁化强度：Ms
饱和此感应强度：Bs 起始磁导率：μ a 最大磁导率： μmax
第二节 铁磁性的宏观表征
磁滞回线
磁化到饱和磁化状态后．当H＝0时， 磁感应强度B并不等于零，而是保留一定 大小的数值Br(剩余磁感应强度）， 铁磁
明朝郑和七下西洋比哥仑布、达加玛早半世纪。
磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性的材料。
早期的磁性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世
纪六十年代起，非晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永
磁材料等一系列的高性能磁性材料相继出现。 磁性材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装 置如磁盘、磁带，电工产品如变压器、电机，以及通讯、无 线电、电器和各种电子装置中，是电子和电工工业、机械行 业和日常生活中不可缺少的材料之一
无外磁场的情况下,材料所发生的磁化 金属内部的自发磁化是由于电子间的相互作用产生的 当两个原子相接近时，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列
第三节 铁磁性的微观理论
自发磁化的交换作用理论
1、交换作用的基本思想： 最先引入交换作用的是海特勒-伦敦，他们在计算氢分 子的结合能时，认为不能只考虑两个独立的氢原子能量， 还要考虑它们之间的相互作用能，这包括：两个核之间的 相互作用能、两个原子中的电子之间的相互作用能、一个 原子的核和另一个原子的电子的相互作用能。 1928年，海森堡把氢分子交换作用模型推广到多原子 情况，并用它讨论铁磁物质的自发磁化起源。
e 2 m l 0.5er 2 i F m r 2 e 2r He r 2 2 F F m r（ ） F H m l er H 4m
2 2
将左手掌摊平，让磁力线穿过手掌心，四 指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的 大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。 运动电荷受到磁场的作用力，叫做洛伦兹力Δ F
一般磁致伸缩系数大致在0.001%，把磁致伸缩系数在0.1-0.2%之间
的现象称为“超磁致伸缩”，其应用广泛。
第二节 铁磁性的宏观表征
形状各向异性与退磁能
磁化曲线随几何尺寸的不同而不同的现象称为 铁磁体的形状各向异性，是由退磁场引起的。 试样在内部和外部存在外加磁场的同时，还存 在由于物体表面上的表面磁荷所形成的附加磁场， 此附加磁场与磁化方向相反，称为退磁场。
第三节 铁磁性的微观理论
退磁能增加，必然要限制自旋磁矩的同向排列，若晶体分为两个反向 磁化区(磁畴)，可使退磁能大大降低（b） 封闭磁畴时，可使退磁能降为零 （c） 闭合磁畴的出现，一方面使退磁能下降为零，另一方面由于闭合磁畴 和基本磁畴的磁化方向不同，产生一定的磁致伸缩能（磁畴越大，伸缩能
越大）封闭式磁畴结构需要由较小的磁畴构成，弹性能才可能更低（d）
第三节 铁磁性的微观理论
2、交换作用模型与交换作用积分 对N个原子的系统，其交换作用能为
H ex Aij i j
i , j 分别是第i,j 个电子的自旋角动量。考虑到交换作用
i, j
N
只能在最临近之间发生，距离远的原子之间，Aij=0, 所以 Aij只需考虑Ai,i±1, 并统一用A表示，则交换作用能可写为
第一节
顺磁性
基本磁学性能
产生条件：原子的固有磁矩不为零
顺磁物质磁化率是抗磁物质磁化率的1-1000倍，顺磁物质中抗磁性被掩盖了。
第一节
居里定律
基本磁学性能
少数物质原子的磁化率与温度成反比（即服从居里定律）
C T
相当一部分固体顺磁物质，原子的磁化率与温度的关系由居里-外斯 （Curie-Weiss）定律表示
2
rij是第i,j个电子之间的距离，
ri,rj是第i,j个电子与其原子核之间的距离。
i (ri ), j (rj ), i (rj ), j (ri )
其交换后的波函数。
是i、j电子在其原子核附近和
第三节 铁磁性的微观理论
海森堡指出：
交换作用积分A>0 是产生自发磁化 的必要条件。
一些金属和合金 的交换积分：a是 原子间距，r是3d 或4f电子的轨道 半径。
程度可以用原子固有磁矩（矢量）的总和表示。单位体积磁矩称为磁化
强度M
P M
V
m
磁化强度M(附加磁场强度H’）不仅与外加磁场强度有关，也与物质本
性，磁化率（χ
）有关，
即：
M H B （H M） （ ）H 0 r H H 01 0
第一节
二 物质磁性的分类
第三节 铁磁性的微观理论
技术磁化的微观机制
畴壁迁移+磁畴旋转
第四节 铁磁性的影响因素
外因：
温度、应力、加工硬化、晶粒细化等
内因：
成分、组织结构（固溶体、化合物和多相合金） 组织敏感参数：与技术磁化有关的量，Hc、μ 、χ 、Br 组织不敏感参数：与自发磁化相关的量，Ms、K1、Tc和λs
磁滞损耗
磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周 所产生的能量损耗
退磁曲线
磁滞回线中，第二象限部分也称为退磁 曲线。最大磁能积、隆起度(凸出系数)、
回复系数 软磁材料（Hc小χ 很大），硬磁材料或永 磁材料（Hc很大而χ很小）
第二节 铁磁性的宏观表征
动态磁化（交变磁场）
磁场强度是周期变化的，磁感应强 度也跟着周期对称地变化，变化一 周构成的曲线称为交流磁滞回线
第二节 铁磁性的宏观表征
磁致伸缩
铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称 为磁致伸缩（包括伸长，即正磁致伸缩和缩短，即负磁致伸缩）。磁化 引起机械应变，应力也影响铁磁材料的磁化强度。因此，把磁化强度和应 力相互作用的效应统称为磁致伸缩。 单晶体的磁致伸缩具有各向异性。 对于正磁致伸缩，可加强拉应力方向的磁化；对于负磁致伸缩，可减 弱拉应力方向的磁化。
Prius混合动力汽车及其永磁同步电机
第一节
一 基本磁学量
磁性基本概念
1、磁场强度、磁感应强度和磁导率
一根通有I（A）直流电的无限长导线，在距导线中心r（m）处 产生的磁场强度（H）为
H
I 2r
材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在其内部产生一定 的磁通量密度，称为磁感应强度B
金属的剩磁现象。要使B值继续减小，必
须加一个反向磁场-H，当H等于一定值Hc 时，B=0。Hc为去掉剩磁的临界外磁场， 称为矫顽力．
反向磁场继续增大，B将沿着de曲线变化为
-Bs． 从-Bs改为正向磁场，随着磁场强度的增大， B沿efgb曲线变化为+Bs
第二节 铁磁性的宏观表征
磁滞效应
磁感应强度的变化总是落后于磁场强度 的变化 是铁磁材料的重要特性之一 磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合 回线，称为磁滞回线
第三节 铁磁性的微观理论
铁磁性主要起因
是在这类物质内部形成 许多自发磁化的小区 域——磁畴。每个磁畴
大约有1015个原子。对
磁畴中原子磁矩自发沿 同一方向排列，有几种 不同的理论解释。
第三节 铁磁性的微观理论
磁畴结构
自发磁化相同的区域
第三节 铁磁性的微观理论
畴壁
磁畴间的边界或者过渡层，有一定厚度，磁化方向逐步改变
第九章 材料的磁学性能
磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状 态的功能,是极其重要的功能材料 概述
第一节 磁性基本概念
第二节 铁磁性的宏观表征 第三节 铁磁性的微观理论 第四节 影响铁磁性的因素 第五节 磁性材料及其应用
第六节 磁化曲线和磁滞回线的测量
概
述
我国是发现并最早应用磁现象的国家。 磁现象的发现要比电现象早得多。公元前六、七 世纪（春秋战国时期），就发现磁石吸铁现象。 东汉时期，发明了磁性指南器具～“司南”； 十一世纪北宋时，发明了“指南针”。
Ek K 0 K1 ( 2 2 2 2 2 2 ) K 2 2 2 2
K1和K2为各向异性常数，K2小可忽略，因此，把K1视为磁晶各向异 性常数。 磁晶各向异性常数的大小关系到磁化的难易程度。高磁导率的软磁 材料K1要小，而大矫玩力的硬磁材料要求K1要大
H ex 2 A i j
第三节 铁磁性的微观理论
其中Aij为任意两个原子中的电子的交换作用积分
Aij i* (ri ) * (rj )Vij i (rj ) j (ri )d i d j , j 1 1 1 Vij e ( ) rij ri rj 式中
180o畴壁：一个易磁化轴上有两个相反的磁化方向 90o 畴壁：易磁化轴互相垂直