陶瓷系列-3-铁氧体

四、铁氧体
①材料的磁性能
运动的电荷产生磁矩
①材料的磁性能
电子磁矩
1.轨道磁矩： 电子 绕原子核运动形成 一环形电流，该电 流环相当于一磁矩
2.自旋磁矩： 电子 的自旋磁矩是由量子 效应造成的，它在空 间有正反两种取向
在被电子填满了的电子壳层中， 总的轨道磁矩和自旋磁矩都分别为 零．只有在末被电子填满的子完层中 它们才有可能不等于零。
①材料的磁性能
②亚铁磁性Ferrimagnetic 其特征是组成这些物质的原子具有 恒定的与外磁场无关的磁矩。原子 间有交互作用，原子磁矩互相平行 排列，但是有正向，也有逆向。正 向≠逆向. 也天然具有一定的磁性。常见的亚 铁磁性物质有：尖晶石型晶体、石 榴石型晶体等几种结构类型的铁氧 体，稀土钴金属之间的化合物和一 些过渡金属。 如果外部磁场足够大，则有可能完 全翻转到一个方向。
陶瓷材料
一、陶瓷材料的微观结构 二、结构陶瓷 三、电功能陶瓷 四、铁氧体
①物质的磁性 ②铁氧体
四、铁氧体
电源线等设备上的小圆 柱形是用来干嘛的？
铁氧体磁珠或铁氧体扼流 圈，它们存在唯一目的就 是为了减少电磁干扰和射 频干扰。
当两个电磁设备通过电缆 连接之后，这根电缆就扮 演着天线的角色。那么问 题来了，像所有天线一样， 这些电缆也可以接收、传 播从其他不相关的设备中 传出来的信号。
无交换相互作用
有交换相互作用
①材料的磁性能
磁畴：每个区域内部包含大量原子，这些原子的 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
单晶磁畴结构示意图
多晶磁畴结构示意图
①材料的磁性能
磁光效应：线偏振光透过放置磁场中的物 质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面发 生旋转的现象。 对磁畴进行可视化
②铁氧体
气孔的影响
气孔减少了磁路和有效面积，阻碍畴壁移动，所以气孔率高 的材料 剩余磁感应强度Br较低 矫顽力Hc较高，矩形性较差，磁导率较低。 气孔提高材料的电阻率，降低涡流损耗，改善材料的品质因 素。
①材料的磁性能
①材料的磁性能
①材料的磁性能
①材料的磁性能
磁滞现象的本质: A、磁畴的翻转，是 需要时间的。 B、磁畴壁在运动中 受到阻力。 其阻力 由位错、第二相颗 粒引起。
①材料的磁性能
磁滞回线围成的面积，可以简单理解为外磁场对磁性材料做的功 对于交流环境，温度累计会使得材料的温度急剧上升。
E0
介电常数：介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱 电场，原外加电场（真空中）与介质中的电场比值即 为相对介电常数(relative permittivity或dielectric constant)
回 顾
外形相同，材质 不同，放在相同 的电场中，表面 聚集的电荷数量 是否一样？
感应电荷越多，表示介电常数越大。
oH
M
µav = 0 and M = 0
µav 0 and M = mH
(a)
(b)
①材料的磁性能
④抗磁性Diamagnetic ＜0，M与H方向相反 ； 磁化率 很小，-10-5 ～10-6 。 属于这类物质的金属有： Bi、Zn、Cu、Ag、Au、 Mg。
S
N
M
F
初始状态是无序排列。 在外场作用下沿外场 负方向翻转。
温度的影响
居里温度 TC 铁磁性物质的特征是组成这些物质的原子具有 恒定的与外磁场无关的磁矩。原子间有交互作 用，原子磁矩互相平行排列，呈饱和磁化的状 态。
温度的影响
居里温度 TC 居里温度，原子热运动 超过了原子磁矩取向一 致的作用，而变为混乱 状态，呈顺磁性。 温度降低后，又会具有 铁磁性。
初始状态即是有序排 列。但是有正向、也 有逆向。
①材料的磁性能
③顺磁性Paramagnetic 其特征是组成这些物质 的原子具有恒定的与外 磁场无关的磁矩 。 ＞ 0， 感应磁场与外磁场 H方向相同；磁化率在 10-3～10-6 。 属于这类物质的金属有： La、Pr 初始状态即是无序排 列。在外场作用下沿 外场方向翻转。
矫顽力
也称为矫顽性或保磁力， 是磁性材料的特性之一，是指 在磁性材料已经磁化到磁饱和 后，要使其磁化强度减到零所 需要的磁场强度。 矫顽力代表磁性材料抵抗退 磁的能力。
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②铁氧体
金属和合金磁性材料的电阻率低，在交变磁 场中，容易产生涡旋电流，引起损耗，因而 无法适用于高频。
铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成
E0
①材料的磁性能
物体被磁场磁化的程度与磁场强度有关
χ＝ M / H
χ—磁化率，表示物质磁化性的重要参数。
物质可根据χ的不同分为顺磁、抗磁及铁磁三大类.
①材料的磁性能
①材料的磁性能
初始状态即是有序排列
①铁磁性Ferromagnetic 原子间有交互作用，原子 磁矩互相平行排列，呈饱 和磁化的状态。常见的铁 磁性金属有：Fe、Ni、 Co。 自然状态下，普通的钢铁 材料处于地球磁场中，所 以也是带有磁性的，只是 比较微弱。
②铁氧体
矫顽力
如果晶粒很大， 在一个晶粒里 面会有多个磁 畴，可逆磁化 （畴壁迁移） 占主导地位， 矫顽力较小。
②铁氧体
矫顽力
如果一个晶粒 里面只有一个 磁畴，将不会 出现畴壁迁移， 不可逆磁化 （旋转）占主 导地位。矫顽 力最大。
②铁氧体
矫顽力
进一步减小， 各单畴晶粒发 生转动的可能 性将越来越大 （更容易转 动）。所以矫 顽力反而减小。
• 缓慢增加阶段 -----磁畴转向。
类比于塑性变形中晶粒旋转，产 生织构。
②铁氧体
矫顽力（类比：塑性变形的金属，需要施加反向压力，才能
使其复原）
也称为矫顽性或保磁力， 是磁性材料的特性之一，是指 在磁性材料已经磁化到磁饱和 后，要使其磁化强度减到零所 需要的磁场强度。
对于硬磁材料、希望矫顽力大 矫顽力代表磁性材料抵抗退 磁的能力。 对于软磁材料、希望矫顽力小
①材料的磁性能
物质的抗磁性是普遍存在的 电磁感应普遍存在 由于电磁感应 磁场中运动电子轨道发生 变化，产生抗磁性： 普遍存在； 值很小，通常被掩盖
温度的影响
顺磁性物质的磁化机理----磁场克服原子和 分子热运动的干扰，使原子磁矩排向磁场方 向的结果（固有磁矩从无序→有序）所以随 T↑ 顺磁磁化率下降，甚至铁磁性在居里温 度以上变为顺磁，铁磁磁化受阻（磁阻效 应）。
①材料的磁性能
①材料的磁性能
如果对材料施加磁场，材 料内部的能量平衡关系将 被打破，为了构建新的平 衡，在各种晶体缺陷无法 演变的情况下，磁畴必须 做出响应。磁畴翻转、磁 畴畴壁迁移。
①材料的磁性能
磁畴壁在迁 移的过程中， 第二相粒子， 位错等缺陷 会降低其迁 移速度。
回 顾
外形相同，材质 不同，放在相同 的电场中，表面 聚集感应电荷数 量是否一样？
②铁氧体
矫顽力
②铁氧体
磁导率
磁导率，表示磁化曲线的斜率
相同的材料，在不同大小外磁场下磁导率不同
②铁氧体
磁导率
对于变压器铁芯，我们希望里面的磁感线 越多越好。所以需要较大的磁导率。
晶粒与软、硬磁
晶粒大小还与矫顽力Hc有关，晶粒越小，晶界越 多，畴壁移动阻力越大。当晶粒小于5μ m左右 时，磁畴为单畴状态，这就是说不存在畴壁，也 就不可能有壁移磁化，只能有磁畴的转动了，所 以晶粒越小的材料，矫顽力Hc越大，因此，一般 软磁铁氧体要求有较大的粒径，而硬磁铁氧体则 要求有较小的粒径。
②铁氧体
• 多晶体铁氧体大多为 固相烧结，液相量很 少或不含液相，瓷体 主要由晶粒、晶界、 气孔和晶界夹杂物组 成。下面主要讨论晶 粒大小和气孔对铁氧 体的影响。
• 起始磁化阶段 ----磁畴壁小
范围地移动，外磁场撤消后，可 以恢复到初始状态。
• 不可逆磁化阶段----磁畴壁大
范围运动。类比于为错脱钉，产 生永久变形。
①材料的磁性能
• 为什么电子磁矩对物质磁矩起主要贡献，而 不是原子核磁矩呢？ • 原子核比电子重1000多倍； • 原子核运动速度仅为 原子核 • 电子速度的1/几千； • 故：原子核磁矩可忽略
原子：原子核 和核外电子
①材料的磁性能
大多数自转方向不同的电子，虽然电子的磁矩不能抵消，导致 整个原子具有一定的总磁矩。但原子磁矩之间没有相互作用， 它们是混乱排列的，所以整个物体没有磁性。少数物质(如Fe、 Co、Ni），由于“交换相互作用”的机理，原子磁矩整齐地排 列起来，整个物体具有磁性。