磁性材料A期末復(fù)習(xí)-SWUST

1、 當(dāng)磁體無限小時(shí)，體系定義為元磁偶極子：指強(qiáng)度相等，極性相反并且其距離無限接近的一對(duì)“磁荷”磁矩：磁偶極子等效的平面回路的電流與回路面積的乘積單位體積的磁體內(nèi),所有磁偶極子的 jm或磁矩m的矢量和 叫做磁極化強(qiáng)度和極化強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H (magnetic intensity)：(靜磁學(xué)定義) 為單位點(diǎn)磁荷在該處所受的磁場(chǎng)力的大小，方向與正磁荷在該處所受磁場(chǎng)力方向一致。磁感應(yīng)強(qiáng)度：描述磁場(chǎng)的物理量定義是磁化率：表征磁體磁化難易程度的物理量，定義為磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比磁導(dǎo)率：表征磁體磁性、導(dǎo)磁性及磁化難易程度的物理量磁化曲線：表征物質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B或者磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系磁滯回線：在外

2、加磁場(chǎng)從正的最大到負(fù)的最大，在回到正的最大時(shí)，M-H、B-H多圍成的圖形抗磁性：最基本特征是磁化率為負(fù)值且絕對(duì)值很小c<0，| c |<<1疇壁位移：在有效場(chǎng)的作用下，自發(fā)磁化方向接近于H方向的磁疇長大，而與H方向偏差較大的近鄰磁疇相應(yīng)縮小，從而使疇壁發(fā)生位置變化疇壁轉(zhuǎn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)不等于零時(shí)，鐵磁體磁疇內(nèi)的磁矩一直相著外磁場(chǎng)H 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。所有物質(zhì)都具有一定的抗磁性，稀有氣體：He,Ne.Ar,Kr,Xe 多數(shù)非金屬和少數(shù)金屬：Si,Ge,S,P, Cu,Ag,Au, 不含過渡族元素的離子晶體：NaCl,KBr, 不含過渡族元素的共價(jià)鍵化合物：H2,CO2,CH4 等 幾乎所有

3、的有機(jī)化合物和生物組織： 水；順磁性：最基本的特征就是磁化率為正值且很小0<c<<1，磁化率隨溫度的關(guān)系服從居里-外斯定律，在居里溫度之上時(shí)，呈現(xiàn)順磁性，低于居里溫度，則表現(xiàn)為其他性質(zhì)。過渡族元素、稀土元素和錒系元素金屬：Mn,Cr,W,La,Nd, Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 堿金屬和堿土金屬：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇數(shù)個(gè)電子的原子或分子： HCl,NO,有機(jī)化合物中的自由基 少數(shù)含有偶數(shù)個(gè)電子的化合物： O2,有機(jī)物中的雙自由基等 鐵磁性：基本特征：1.內(nèi)部具有按磁疇分布的自發(fā)磁

4、化2. 具有很高的磁化率，可達(dá)3. 存在磁性轉(zhuǎn)變的溫度-居里溫度，當(dāng)溫度低于居里溫度時(shí)，呈現(xiàn)鐵磁性，當(dāng)溫度高于居里溫度時(shí)，表現(xiàn)為順磁性。4. 在居里溫度附近，比熱存在反常5. 磁化過程中，磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H不是單一的函數(shù)關(guān)系，具有磁滯現(xiàn)象反鐵磁性：基本特征：存在一個(gè)磁性轉(zhuǎn)變溫度，在這一點(diǎn)存在磁化率溫度關(guān)系峰值。存在一次性轉(zhuǎn)變溫度（一般稱為奈爾溫度）低于奈爾溫度表現(xiàn)反鐵磁性，高于奈爾溫度表現(xiàn)順磁性。反鐵磁物質(zhì)主要是一些過渡族元素的氧化物、鹵化物、硫化物， 如： FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS亞鐵磁性：在磁結(jié)構(gòu)的本質(zhì)

5、上它和反鐵磁物質(zhì)相似，但宏觀表現(xiàn)上卻更接近于鐵磁物質(zhì)。當(dāng)鐵磁顆粒減小到臨界尺寸以下(110 nm)，微粒的各向異性能遠(yuǎn)小于熱運(yùn)動(dòng)能量，微粒的磁化矢量不再有確定的方向時(shí)，鐵磁粒子的行為類似于順磁性一樣。這些磁性顆粒系統(tǒng)的總磁性叫做超順磁性。退磁能：被磁化的非閉合磁體將在磁體兩端產(chǎn)生磁荷， 如果磁性體內(nèi)部不均勻，還將產(chǎn)生體磁荷，面磁荷和 體磁荷都會(huì)在磁性體內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向和磁化強(qiáng)度方 向相反，有減弱磁化的作用，我們稱這一磁場(chǎng)為退磁場(chǎng)。形成自發(fā)磁化的小區(qū)域磁疇1.內(nèi)稟矯頑力與磁感矯頑力之間的區(qū)別和聯(lián)系矯頑力分為磁感矯頑力和內(nèi)稟矯頑力，在磁化過程中，反向充磁時(shí)，使磁感應(yīng)強(qiáng)度B降為零所需加的反向磁場(chǎng)

6、強(qiáng)度稱為磁感矯頑力，但此時(shí)磁體的磁化強(qiáng)度并不為零，只是所加的反向磁場(chǎng)與磁化強(qiáng)度相互抵消（對(duì)外磁感應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)為零），；使磁化強(qiáng)度降為零所需加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度叫內(nèi)稟矯頑力。內(nèi)稟矯頑力是衡量磁性體退磁能力的一個(gè)物理量。2. 退磁場(chǎng)是怎么產(chǎn)生的？能克服么？如何今次那個(gè)退磁矯正？當(dāng)一個(gè)有限大小的磁性體，在外場(chǎng)作用下磁化時(shí)，在他兩端的自由磁極將出現(xiàn)一個(gè)與磁化強(qiáng)度方向相反的磁場(chǎng)即退磁場(chǎng)。退磁場(chǎng)的強(qiáng)度與磁性體的形狀和磁極強(qiáng)度有關(guān)。能否克服：因?yàn)橥舜艌?chǎng)強(qiáng)度與磁體形狀尺寸有關(guān)，短而粗的樣品退磁場(chǎng)大，因此只要把樣品做成長而細(xì)的形狀就可以有效的減小退磁場(chǎng)。如何矯正：Heff=Hex-NM物質(zhì)的磁性分為哪幾類？各有什么特

7、點(diǎn)？1. 抗磁性：外磁場(chǎng)的作用下，原子系統(tǒng)獲得與外磁場(chǎng)反向的磁矩的現(xiàn)象磁化率為負(fù)值且絕對(duì)值很小，磁化率不隨溫度和時(shí)間而改變，其磁化曲線為一直線2. 順磁性：內(nèi)部磁矩在物外磁場(chǎng)時(shí)處于混亂排列，磁化率為正，且很小約為10-3-10-6數(shù)量級(jí)，服從居里外斯定律，3. 反鐵磁性：這類磁體磁化率某一溫度存在最大值，該溫度為奈爾溫度TN，當(dāng)TTN時(shí)，呈現(xiàn)順磁性，服從居里外斯定律；當(dāng)TTN時(shí)，呈現(xiàn)反鐵磁性。4. 鐵磁性：基本特征;a.內(nèi)部存在按磁疇分布的自發(fā)磁化。B.磁化率很大一般103-106數(shù)量級(jí)；c.磁化過程M-H存在磁滯現(xiàn)象d.存在磁性轉(zhuǎn)變溫度-居里溫度e.磁化過程存在磁致伸縮現(xiàn)象和磁晶各向異性。5

8、. 亞鐵磁性：其宏觀磁性與鐵磁性一直，磁化率比鐵磁性略小，1-103數(shù)量級(jí)。最顯著的不同在于內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)不同。磁性材料分為幾類？各有什么特點(diǎn)？1. 軟磁材料：極容易磁化又容易退磁的材料主要特征：a.具有較高的飽和從感應(yīng)強(qiáng)度和低的剩余磁飽和強(qiáng)度b高的初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率c.低的矯頑力d.低的鐵損，高的電阻率2. 永磁材料a.經(jīng)外磁場(chǎng)磁化后去除外磁場(chǎng)以后較長時(shí)間保留較高剩余磁性主要特性：1.較高的矯頑力2.高的剩余飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度3.高的最大磁能積4.高的穩(wěn)定性3信磁材料：在信息技術(shù)中獲得應(yīng)用的磁性材料4. 特磁材料：具有各種特殊功能和各種特別功能的磁性功能材料磁疇：鐵磁體內(nèi)部自發(fā)磁化的區(qū)域疇壁：；

9、兩個(gè)磁疇之間的過渡層3-2什么是磁晶各向異性和磁致伸縮？它們產(chǎn)生的機(jī)理是什么？磁晶各向異性：磁化曲線隨晶軸方向不同而有所差別，存在于所有的鐵磁性晶體中產(chǎn)生機(jī)理：電子自旋運(yùn)動(dòng)與軌道運(yùn)動(dòng)存在耦合，電子軌道運(yùn)動(dòng)隨自旋運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變,育有電子云的取向各向異性，因此電子運(yùn)動(dòng)在不同取向時(shí)，電子云交疊成都和交換作用都不同，這樣磁體從不同方向磁化時(shí)需要不同的能量，這就是次各向異性的起源磁致伸縮：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度或體積發(fā)生改變的現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理：原子或離子自旋與軌道耦合作用材料的磁化機(jī)制有幾種？各有什么特點(diǎn)兩種：疇壁位移和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁位移：在有效場(chǎng)的作用下，自發(fā)磁化方向接近于H方向的磁疇長大，而與H

10、方向偏差較大的近鄰磁疇相應(yīng)縮小，從而使疇壁發(fā)生位置變化。疇壁轉(zhuǎn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)不等于零時(shí)，鐵磁體磁疇內(nèi)的磁矩一直相著外磁場(chǎng)H 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。外磁場(chǎng)的作用是導(dǎo)致磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)的原因及動(dòng)力磁損耗通常包括幾類？各有什么特點(diǎn)？渦流損耗 磁滯損耗 剩余損耗渦流損耗：影響因素：交變磁場(chǎng)的頻率f以及厚度d的平方成正比，電阻率成反比磁滯損耗：與鐵磁體的矯頑力有關(guān)，一般通過減小鐵磁體的矯頑力二降低磁滯損耗。剩余損耗;尺寸共振損耗、疇壁共振損耗、自然共振損耗影響因素及減小辦法：擴(kuò)散離子濃度以及產(chǎn)品的成分和制備工藝4-1對(duì)軟磁材料基本性能要求有哪些？1. 高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度2.高的初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率3. 低的矯頑力4.低的功

11、率損耗和高的電阻率5.高的穩(wěn)定性4-2提高軟磁材料的起始磁導(dǎo)率的途徑有哪些？1. 提高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度2.減小磁晶各向異性常數(shù)和磁致伸縮系數(shù)3. 降低內(nèi)應(yīng)力4.控制晶粒尺寸大小5.材料的之織構(gòu)化4-3軟磁材料分為哪幾類？金屬軟磁材料 1.電工純鐵：起始磁導(dǎo)率300-500 最大磁導(dǎo)率 6000-12000 矯頑力：39.8-95.5A/m應(yīng)用場(chǎng)合：用于制造電磁鐵的鐵芯和磁極，電工用純鐵之惡能在直流磁場(chǎng)下工作 2.硅鋼片：具有很高的初始磁導(dǎo)率，電阻率和很高的溫度穩(wěn)定性。用途：廣泛用于電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī) 變壓器等。3坡莫合金：弱場(chǎng)才非常高的磁導(dǎo)率，。磁性能可調(diào)性大；容易加工應(yīng)用范圍：鐵芯材料 磁屏蔽材料

12、脈沖變壓器材料 等4鐵硅鋁合金：具有大的起始磁導(dǎo)率（3510），極高的最大磁導(dǎo)率（160000），應(yīng)用范圍：廠常常加工成粉末鐵氧體軟磁材料：磁特性：1.高起始磁導(dǎo)率 2.高品質(zhì)因子 3.高穩(wěn)定性 4.高截止頻率具有良好的高頻特性主要用途：通訊設(shè)備 測(cè)控儀器 寬屏黛變壓器 微型低頻變壓器非晶態(tài)軟磁材料：磁特性：1、沒有長程有序®磁晶各向異性常數(shù)K1為零2、結(jié)構(gòu)組織均勻，不存在晶界和析出物®高起始磁導(dǎo)率mi3、存在短程有序®磁致伸縮系數(shù)不為零4、電阻率較大，約為晶態(tài)合金的3倍以上，We小，可用高頻5、各向同性特點(diǎn)®強(qiáng)度高，韌性較好，耐腐蝕性強(qiáng)用途：高功率脈沖

13、變壓器 航空變壓器 開關(guān)電源納米晶軟磁材料：高飽和磁化強(qiáng)度、高初始磁導(dǎo)率、低矯頑力和高穩(wěn)定性典型應(yīng)用：功率變壓器 脈沖變壓器等4-4常用金屬軟磁材料有哪些，他們有什么特點(diǎn)，分別有那些應(yīng)用？4-5常用的鐵氧體軟磁材料有那些？MnZn、NiZn、MgZn等尖晶石型鐵氧體以及Co2Z等平面六角型鐵氧體MnZn特性：起始磁導(dǎo)率可達(dá)40000，價(jià)格低廉。平面六角型鐵氧體截止頻率高，適合用高頻領(lǐng)域4-6與傳統(tǒng)晶態(tài)材料相比，非晶態(tài)軟磁材料有什么優(yōu)勢(shì)，如和制備？1、沒有長程有序®磁晶各向異性常數(shù)K1為零2、結(jié)構(gòu)組織均勻，不存在晶界和析出物®高起始磁導(dǎo)率mi3、存在短程有序®磁致伸

14、縮系數(shù)不為零4、電阻率較大，約為晶態(tài)合金的3倍以上，We小，可用高頻5、各向同性特點(diǎn)®強(qiáng)度高，韌性較好，耐腐蝕性強(qiáng)制備方法：1.氣相沉積法 2.液相冷卻法 3.高能粒子注入法4-7為什么說納米晶合金的發(fā)明是軟磁材料的一個(gè)突破性進(jìn)展？納米晶軟磁合金如和制備，有哪些典型應(yīng)用？此類合金的優(yōu)點(diǎn)在于兼?zhèn)淞髓F基非晶合金的高磁感應(yīng)強(qiáng)度和鈷基費(fèi)勁合金的高磁導(dǎo)率、低損耗、低成本的特點(diǎn)。制備方法：非晶i晶化法應(yīng)用：功率變壓器 脈沖變壓器，高頻變壓器等 硬磁材料5-1永磁材料的基本性能要求有那些？1. 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度2.矯頑力Hc3.最大磁能積（BH）max要高4. 材料穩(wěn)定性要高5-2如何提高永磁材料的

15、剩磁和矯頑力Hc？提高剩磁的方法;1.定向結(jié)晶 2.塑性變形 3.磁場(chǎng)成型 4.磁場(chǎng)処理提高矯頑力的方法：利用疇壁的不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)和不可逆位移?？梢赃m當(dāng)增大非磁性摻雜含量并控制其形狀和離散度，同時(shí)應(yīng)選擇高磁晶各向異性的材料，或是增加內(nèi)應(yīng)力的起伏，選擇高磁致伸縮材料5-3永磁材料分類：1金屬永磁材料 2.鐵氧體永磁材料 磁性能：綜合磁性能較低 原料豐富 性價(jià)比高 應(yīng)用：電極 電聲 3.稀土永磁材料很高的磁晶各向異性和磁致伸縮系數(shù) 因此具有較高的矯頑力SmCo5化合物的磁性能：很高的磁晶各向異性常數(shù)K1=1519×103kJ/m3（來源于其六角晶體結(jié)構(gòu)和稀土元素的高磁晶各向異性）；高居里溫度

16、（來源于4f和3d電子的強(qiáng)耦合作用）；較高的最大磁能積（200kJ/3左右） SmCo5永磁合金用燒結(jié)法制造，工藝流程為熔煉®破碎®磁場(chǎng)成型®燒結(jié)®熱處理®加工®充磁；由于SmCo5容易氧化，所以熔煉、破碎、燒結(jié)、熱處理等工序都要在Ar氣等惰性氣體中進(jìn)行第二代Sm2Co17合金在高溫下是穩(wěn)定的Th2Ni17型六角結(jié)構(gòu)，在低溫下為Th2Zn17型的菱方型結(jié)構(gòu)（較為復(fù)雜）在Sm-Co系金屬間化合物中，Sm2Co17的飽和磁化強(qiáng)度MS和居里溫度TC均比SmCo5更高，有希望開發(fā)磁性能更高的永磁材料，同時(shí)若用Fe取代Co可使合金的MS和(BH

17、)max進(jìn)一步提高； 缺點(diǎn)：Sm2Co17合金的磁晶各向異性不夠大，難以獲得高矯頑力，很難成為實(shí)用的永磁材料 Sm2Co17型永磁合金的磁能積達(dá)240kJ/m3，它的居里溫度高達(dá)850 °C ，剩磁可逆溫度系數(shù)為-0.036/°C左右，不可逆損失也很小，到150 °C仍低于2，在磁溫度穩(wěn)定性上可與鋁鎳鈷合金相媲美。第三代鋁鐵硼四方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a = 0.882 nm，c = 1.224 nm；每個(gè)單胞包含4個(gè)Nd2Fe14B，共68個(gè)原子，其中6種Fe晶位，2種稀土晶位和1種B晶位；沿c軸有6層不同的原子面，第一、四層是含Nd、Fe、B原子的面，其余各層只有Fe原子；Fe原子層面不平行于c面，稍微有些傾斜，而且被含Nd、Fe和B的原子的面隔開成為位相錯(cuò)開一半再轉(zhuǎn)90°的上下兩部分；B原子占據(jù)6個(gè)Fe原子構(gòu)成的三角柱體的中心位置A、居里溫度TC較低B、各向異性很強(qiáng)C、飽和磁化強(qiáng)度很高Nd2Fe14B相的基本磁性參數(shù)是：居里溫度TC » 582 K，室溫各向異性常數(shù)K1 = 4.2 MJ/m3, K2 = 0.7MJ/m3，室溫飽和磁化強(qiáng)度MS = 1.61 T