第3章技术磁化2

3.3.6 不可逆畴转磁化过程
导致不可逆畴转的原因是铁磁体内存在着广义 的各向异性能的起伏变化。
以单轴各向异性单畴颗粒为例：
磁晶各向异性能FKU为： FKU FU 0 FU 1 sin 2 0 外磁场能为FH 0 M S H cos 总的自由能 F FKU FH FU 0 FU 1 sin 2 0 0 M S H cos
（2）含杂模型
含杂模型主要考虑磁体内杂质引起其内部能量的起伏变化， 形成对畴壁位移的阻力。
杂质对畴壁位移有两个作用：
a.杂质的穿孔作用；b.退磁场作用
平衡条件：F FH Fw FH
w S
S x
0
得出磁化方程：－FH＝ w ln S x 物理意义：畴壁位移磁化过程磁场位能的降低和由 杂质穿孔导致畴壁能的增长相等。
根据畴转条件： F KU 1 sin 2 0 0 M S H sin 0 2 F 令 2 ＝2 KU 1 cos 2 0 0 M S H cos ＝0 联立方程，可以求出 和临界磁场H 0； 2F 0时，畴转磁化处于稳定平衡状态； 2 2F 0时，畴转磁化处于非稳定平衡状态； 2 当H H 0时，H 0,磁畴仍然沿原路径返回，即可逆； 当H H 0时，磁畴将发生跳跃，发生了不可逆磁化。
磁场继续增大时，畴壁可能有多次跳跃式的位移， 即巴克豪生跳跃；
巴克豪生跳跃
1800 畴壁，设应力变化分布为 2 x 0 sin x 2 l 3 又 w x 2 K1 S x ,得 2 w x 3 2 2 K1 2 S ( 0 2 sin l x) x x 2 3S cos l l 1 w x 3 S 所以 H 0 2 0 M S x max 2 0 M S l 说明，在应力作用下，畴壁位移的临界磁场H 0与 成正比，而与M S 成反比。
记忆元件参数，要求为0.8~0.9
3.4 动态磁化
本节将要讲述的主要内容：
动态磁化过程；
动态磁性参数；
磁损耗；
3.4.1动态磁化过程
稳定磁化状态 改 变 磁 场
新的磁化状态
不考虑建立新的平 衡状态的时间问题 静态磁化
考虑磁化的时间问题
动态磁化
动态磁滞回线和动态磁化曲线
B
BS Br b c
3.3.5 不可逆畴壁位移磁化过程
铁磁体内存在应力和杂质以及晶界等结构的起伏变化分 布，是产生不可逆畴壁位移的根本原因。
以1800 畴壁位移的应力模型为例 磁化方程简化为:－FH w x
w 即 2 0 M S H x H 0时，畴壁停留在 w ( x)最小的o点，o点处 w 2 w ＝0， 2 0, 所以在o点为平衡稳定状态； x x
3.3.7 静磁参数分析
起始磁化率影响因素
材料的饱和磁化强度 起始磁化率µ与MS2成正比 i
磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λS 通常K1和λS越小越好 内应力和掺杂及其分布； 内应力和掺杂越小越好 控制晶粒尺寸的大小； 晶粒尺寸越大越好 材料的织构化
剩余磁化强度影响因素
应力作用 影响MS取向
畴壁位移过程存在两种模型： （1）应力模型
应力模型主要考虑磁体内应力的起伏分布引起的内部能量变 化，形成对畴壁的阻力。
磁弹性能：F 3S cos 2 / 2 畴壁能：Fw w / x （假定畴壁面积不变） 平衡条件：F FH F Fw 0 磁化方程： FH F Fw F w / x 铁磁体内部能量的增加相等。 物理意义：畴壁位移磁化过程的磁场位能的降低和
无外磁场时的 自由能曲线
F 应满足平衡条件 0，则 F F － H＝ K 表明，外磁场H作用在磁畴上的外力矩L 外 =－ 与铁磁体内磁晶各向异性能FK 产生的内力矩 FK L内＝－ 大小相等，方向相反，即－L 外＝L内 考虑磁应力能和退磁场能后，畴转磁化的平衡方程为 FK＋F ＋Fd FH FH
N 2 S 0 其中，L0 为环形线圈常数 l
3.3.4 可逆磁场转动磁化过程
外磁场使铁磁体内的自由能重新分布， 是导致磁畴转动的根本原因和动力。 如图，外场能为 FH 0 M S H cos 外加磁场 后重新取 磁晶各向异性能为 向的自由 能曲线 F K K 2 2
K 0 1 1 2
K 0 K1 cos 2 sin 2 畴转磁化过程总自由能为 F FK FH K 0 K1 cos 2 sin 2 0 M S H cos
杂质和气孔的分布
产生退磁场，提供反磁化核，降低剩磁 材料的织构 提高剩磁的方法：
M r M S cos
关键在于提高材料的定向度
矫顽力的影响因素
畴壁位移的阻力
S 0 M S 2/3 HC H0 ~ 0 M S w
HC H0 ~ M SdS
应力模型：
含杂模型：
对反磁化核生长的阻滞： H C H 0 C 畴转过程的阻力 磁畴各向异性： 应力各向异性： 形状各向异性：
磁化：材料从磁中性状态变到所有磁畴都取向外磁场方向 的磁饱和状态的过程；
反磁化：从磁化饱和状态回到退磁状态的过程；
技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位 移实现宏观磁化的过程； 内禀磁化：铁磁体在技术磁化饱和以后，强磁场使磁畴 内磁化强度发生变化的过程。
反磁化过程
磁中性
磁化过程
磁饱和
内禀磁化 静态磁化 畴壁位移磁化 磁 化 过 程 技术磁化 畴壁转动磁化
H 0时，畴壁位移开始， 平衡位移：20 M S H x w x x
2 w o a段， 2 0，畴壁在任一点皆平衡 x H 0, 畴壁沿oa回到o点，可逆磁化； 2 w a-d段，a+x处， 2 o, 畴壁不稳定，会 x 直接跳到满足 w w 的b点； x b x a max H 0, 畴壁不在回到o点，而是沿bc停留 在d点处，所以a-b段为不可逆位移磁化； c
动态磁化
磁化曲线包含的五个特征部分：
☞起始部分： M=ciH
☞瑞利部分（ab） M= ci H+bH2/8π M
(4)
d (5) c
(3)
☞非线性陡峻部分（bc） 主要为不可逆畴壁位移磁化，畴壁 位移呈现巴克豪生跳跃 ☞趋近饱和部分（cd) 满足趋近饱 和定律： o ☞顺磁部分 磁化曲线趋近水平
a b M M s 1 2 ＋ p H H H
它们的数学表达式为：
T/2
3T/4 t T
H H m sin t
B Bm sin t
椭圆动态磁滞回线和铁磁体中相应B-t、H-t曲线
相位角的起因
磁化落后磁场变化的原因： 磁滞现象；
涡流效应；
磁导率的频散和吸收现象 ； 磁后效
3.4.2 动态磁性参数
复数磁导率 ；
动态磁滞回线 Bm
a
频率不变，改变场强，即得 到一系列动态磁滞曲线。
Hm H C
HS
H
磁化曲线
饱和磁滞回线
动态磁滞回线的顶点（Hm，Bm） 的连线为动态磁化曲线。
动态磁滞回线和动态磁化曲线
动态磁滞回线形状
交变磁场强度减小或频率增加时，动态磁滞回线逐渐 趋近于椭圆。因此弱场高频情况下，可采用椭圆近似 表示铁磁材料的动态磁滞回线。
3.3.3 可逆畴壁位移磁化过程
以180度畴壁为例：
H
y
i 畴
Ms
wk.baidu.com
i畴较k畴能量低
H
k 畴
畴壁向k 移动， 以使系统能量最低
0
x 畴壁位移x
x
i畴：FHi 0 M S H k畴：FHk 0 M S H 磁位能改变为 E ( FHk FHi ) S x 2 0 M S HS x 单位面积畴壁受到的力 以压强P表示，则 E PS x 则P 2 0 M S H
HC H0 ~ HC H0 ~
K1 0 M S
S 0 M S
H C H 0 ~ ( N 2 N1 ) M S
最大磁能积（BH）max
H=0时，BH=0；B=0时，BH=0 所以在这两个状态之间BH必然存在最大值 B B 根据可以（BH）max确定 永磁体的最佳形状。
0(BH)ma
+i
i

0
–i 复数磁导率的矢量图解

交流电桥法测量复数磁导率
I I m eit
R
dB NS dt
等效电路
L
环状铁磁样品
环状样品的等效模拟电路
根据欧姆定律 R i L I 求出：

L R 和 L0 L0
Bm B cos i m sin 0 H m 0 H m
m cos im sin
i
实部，它代表单位体积材料中的磁能存储
1 0 H 2 2
虚部，它代表单位体积材料在交变磁场中每磁化一周
2 的磁能损耗0 H m
复数磁导率的矢量图解
x
H
BH
矩形比
矩形比R是表征磁滞回线矩形程度，定义为：
Br R BS
Br为剩磁，BS为饱和磁感强度
矩形比最高可达到1 实际中，磁化很难达到饱和，所以用剩磁比R r 和记忆矩形比RS代替
最大磁场强度的负半值
B Rr r Bm
最大磁感强度
RS
B H m / 2 Bm
开关元件参数，要求Rr≥0.9
b
(2) (1)
a H
磁化曲线
3.3.2 磁化机制
磁性材料沿外场H 方向上的磁化强度M H 为 M H M SVi cos i
i
磁化过程引起磁化强度的改变为 H M S cos i Vi M SVi cos i Vi cos i M S
i
第一项为磁畴体积变化引起，称为畴壁位移磁化过程 第二项为磁畴夹角变化引起，称为畴壁转动磁化过程 第三项为自发磁化强度发生变化引起的，称为顺磁磁化过程
得出磁化过程的磁化机制有三种：
☞畴壁位移的磁化过程；
☞磁畴转动的磁化过程； ☞顺磁磁化过程。
则铁磁体的磁化过程表示为： M H M 位移 M 转动 M 顺磁 M H M 位移 M 转动 M 顺磁 ＝ H H H H ＝ 位移＋ 转动＋ 顺磁
截止频率fr；
品质因数Q；
损耗因子tg；
Q乘积
复数磁导率
H用复数表示为：
B用复数表示为： 复数磁导率
H H m eit
B Bmei (t )
Bm ei (t ) Bm i B e 则为： it 0 H 0 H m e 0 H m
5kHz 6 25kHz 4 100kHz
2
0 1 2
103 3 H Am 1 4
钼-坡莫合金的磁滞回线
B-t、H-t曲线
B
Bm T t B
0
Hm
H 0
3T/4
T/4 T/2
δ/ω
0 T/4 H
若H呈正弦周期变化， 则B也呈正弦变化，但 在时间上,B要落后H相 位角
第3章 技术磁化2
磁性材料中的基本现象； 磁畴结构； 技术磁化； 动态磁化




3.3 技术磁化
本节主要讲述下面几个方面：
☞磁化曲线； ☞磁化机制； ☞可逆畴壁位移磁化过程； ☞不可逆畴壁位移磁化过程； ☞可逆磁畴转动磁化过程； ☞不可逆磁畴转动磁化过程；
☞静磁参数分析
3.3.1 磁化曲线
几个基本概念