材料物理性能測(cè)試技術(shù)講課-磁學(xué)特性

材料磁學(xué)性能的測(cè)試技術(shù)高智勇磁性材料是一簇新興的基礎(chǔ)功能材料。廣泛應(yīng)用于電工、電子和計(jì)算機(jī)等技術(shù)中。我國在世界上最先發(fā)明磁石可作為指示方向和校正時(shí)間的應(yīng)用,在《韓非子》和東漢王充著的《論衡》兩書中所提到的“司南”就是指此。公元17世紀(jì)，英國的吉爾伯特發(fā)表了世界上第一部磁學(xué)專著《論磁石》，18世紀(jì)，瑞典科學(xué)家在磁學(xué)著作中對(duì)磁性材料的磁化作用進(jìn)行了大膽的描繪。19世紀(jì)，近代物理學(xué)大發(fā)展，電流的磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)等相繼被發(fā)現(xiàn)和研究。19世紀(jì)末居里發(fā)現(xiàn)了抗磁物質(zhì)磁化率不隨溫度變化及一些順磁物質(zhì)磁化率與溫度成反比的居里定律。奈爾提出反鐵磁性和亞鐵磁性。20世紀(jì)初朗之萬用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論證明了居里定律，外斯提出分子場自發(fā)磁化的假說與磁疇的概念，奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)。法拉第－電磁感應(yīng)居里（PCurie）近20年，磁記錄材料和磁光記錄材料正在迅猛發(fā)展。在多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻以來，自旋相關(guān)導(dǎo)電等新材料及器件不斷發(fā)展有機(jī)鐵磁體、C60化合物鐵磁體和室溫下鐵磁體半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)預(yù)示了磁學(xué)與磁性材料的發(fā)展前景。量子力學(xué)的出現(xiàn)使人們開始把物質(zhì)磁性的認(rèn)識(shí)建立在原子及電子的基礎(chǔ)上，海森伯用靜電性的交換作用對(duì)鐵磁體的分子場性質(zhì)給出了正確的解釋，揭開了現(xiàn)代磁學(xué)的篇章。20世紀(jì)50年代，鐵氧體為代表的亞鐵磁體的發(fā)現(xiàn)，改變了100多年來金屬鐵磁性材料獨(dú)占強(qiáng)磁體領(lǐng)域的局面。強(qiáng)磁材料的研究及應(yīng)用發(fā)展到高頻和微波領(lǐng)域。非晶合金磁性的發(fā)展，開拓了優(yōu)質(zhì)軟磁材料的領(lǐng)域。海森伯（WKheisenberg)永磁鐵氧體本章內(nèi)容提要材料的磁化現(xiàn)象及磁學(xué)基本量鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的特性（靜態(tài)磁特性）磁性材料的動(dòng)態(tài)特性磁性測(cè)量抗磁與順磁材料磁化率的測(cè)量鐵磁體材料的直流磁性測(cè)量鐵磁體材料的交流磁性測(cè)量材料的磁化現(xiàn)象及磁學(xué)基本量磁場：由運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)產(chǎn)生在空間連續(xù)分布的一種物質(zhì)宏觀性能：在場內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)受到作用力任何有限尺寸的物體處于磁場中，都會(huì)使它所占有的空間的磁場發(fā)生變化，這是由于磁場的作用使物質(zhì)表現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化

F：運(yùn)動(dòng)電荷q受到的力；q：電荷量；

v：電荷運(yùn)動(dòng)速度；

磁性：物質(zhì)的一種基本屬性，正像物質(zhì)具有質(zhì)量一樣，它的特征是：物質(zhì)在非均勻磁場中要受到磁力的作用。在具有梯度的磁場中，物質(zhì)受力的大小和方向反映著物質(zhì)磁性的特征一切物質(zhì)均有磁性。通常所謂的磁性材料與非磁性材料，實(shí)際上是指強(qiáng)磁性及弱磁性材料。電磁學(xué)中關(guān)于物質(zhì)磁化的理論可以用兩種不同的觀點(diǎn)來描述：分子電流觀點(diǎn)和等效磁荷觀點(diǎn)

。

磁介質(zhì)：磁場作用下磁化，并影響磁場分布的物質(zhì)一環(huán)形電流周圍的磁場，猶如一條形磁鐵的磁場。環(huán)形電流在其運(yùn)動(dòng)中心處產(chǎn)生一個(gè)磁矩m（或稱磁偶極矩），其周圍磁場情況與環(huán)形電流和條形磁鐵的磁場相同。一個(gè)環(huán)形電流的磁矩定義為：

I為環(huán)形電流的強(qiáng)度；S為環(huán)流所包圍的面積；m的方向可用右手定則來確定在沒有外磁場作用時(shí)，各分子環(huán)流取向雜亂無章，它們的磁距相互抵消，不顯示宏觀磁性

的方向與電流方向構(gòu)成右手螺旋

永磁體總是同時(shí)出現(xiàn)偶數(shù)個(gè)磁極。思考：磁體內(nèi)、外部H和B的取向有無不同？磁體無限小時(shí)，體系定義為磁偶極子偶極矩：方向：-m指向+m單位：Wb?m+m-ml用環(huán)形電流描述磁偶極子：

磁矩：

單位：A?m2

二者的物理意義：表征磁偶極子磁性強(qiáng)弱與方向

電子的軌道運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)恒定的電流回路，必有一個(gè)磁矩（軌道磁矩），但自旋也會(huì)產(chǎn)生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩。將磁矩m放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，它將受到磁場力的作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其所受到的轉(zhuǎn)矩為

：

此轉(zhuǎn)矩力圖使磁矩m處于位能最低的方向。磁矩與外加磁場的作用能成為靜磁能。處于磁場中某方向的磁矩，所具有的靜磁能為：

分析磁體相互作用，以及在磁場中所處狀態(tài)是否穩(wěn)定的依據(jù)H

θ=00

，T最小，處于穩(wěn)定狀態(tài)

θ

≠0，LT≠0，不穩(wěn)定，會(huì)使磁體轉(zhuǎn)到與H方向一致，這就要做功，相當(dāng)于使磁體在H中位能降低。當(dāng)物體受外加磁場的作用被磁化后，便會(huì)表現(xiàn)出一定的磁性。實(shí)際上，物體的磁化并不改變?cè)庸逃写啪氐拇笮?，而是改變了它們的取向?/p>

幾個(gè)概念磁場強(qiáng)度H磁化強(qiáng)度M磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁化率χ

明確和統(tǒng)一相關(guān)物理量的定義、符號(hào)、單位及相關(guān)公式，建立起我們深入學(xué)習(xí)的平臺(tái)；歸納和總結(jié)物質(zhì)磁性的宏觀表現(xiàn)，明確本課程要解決的問題。磁場強(qiáng)度H與與磁感應(yīng)強(qiáng)度

B

均為描述空間任意一點(diǎn)的磁場參量（矢量）磁場強(qiáng)度H：靜磁學(xué)定義H為單位點(diǎn)磁荷在該處所受的磁場力的大小，方向與正磁荷在該處所受磁場力方向一致。

歷史上曾用磁荷受力來定義磁場，所以先有了磁場強(qiáng)度的定義，在確定用運(yùn)動(dòng)電荷受力確定磁場后，就只能選用磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）來表述磁場了。磁場強(qiáng)度均為描述空間任意一點(diǎn)的磁場參量（矢量）

實(shí)際應(yīng)用中，往往用電流產(chǎn)生磁場，并規(guī)定H的單位在SI制中，用1A的電流通過直導(dǎo)線，在距離導(dǎo)線r=

米處，磁場強(qiáng)度即為1A/m。常見的幾種電流產(chǎn)生磁場的形式為：1、無限長載流直導(dǎo)線：方向是切于與導(dǎo)線垂直的且以導(dǎo)線為軸的圓周2、直流環(huán)形線圈圓心：r為環(huán)形圓圈半徑，方向由右手螺旋法則確定。3、無限長直流螺線管：n：單位長度的線圈匝數(shù)，方向沿螺線管的軸線方向磁化強(qiáng)度（描述宏觀磁體磁性強(qiáng)弱程度）

單位體積的磁體內(nèi),所有磁偶極矩的jm或磁矩μm的矢量和

，分別為：磁極化強(qiáng)度：磁化強(qiáng)度：二者物理意義：描述磁體被磁化的方向與強(qiáng)度比磁化強(qiáng)度σ（單位質(zhì)量磁體內(nèi)具有的磁矩矢量和）當(dāng)一個(gè)物體在外加磁場中被磁化時(shí)，它的磁化強(qiáng)度，對(duì)外加磁場來說，相當(dāng)于一個(gè)附加的磁場強(qiáng)度，從而導(dǎo)致它所在空間的磁場發(fā)生變化。這時(shí)，物體所在空間的總磁場強(qiáng)度是外加磁場強(qiáng)度H與附加磁場強(qiáng)度M之和，H的單位也是Am－1

通過磁場中某點(diǎn)，垂直于磁場方向單位面積的磁力線總數(shù)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B來表示，其單位為T，它與磁場的關(guān)系是0為真空磁導(dǎo)率，它等于410-7Hm－1

磁感應(yīng)強(qiáng)度SI制中，單位：B：T或Wb?m－2；

H：A/m；

M：A/m；

J：Wb?m－2磁感應(yīng)強(qiáng)度沒有磁介質(zhì)存在（M=0）只有傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場時(shí)，表述磁場的兩個(gè)物理量之間才存在著簡單關(guān)系：

空間總磁場是傳導(dǎo)電流和磁化電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之矢量和。

自由真空中M=0，B與H平行，磁體內(nèi)部，B與H不一定平行，物質(zhì)的磁化總是在外加磁場的作用下發(fā)生的。因此，磁化強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度和物質(zhì)本身的磁化特性有關(guān)H為外加磁場強(qiáng)度；系數(shù)稱為磁化率，它表征物質(zhì)磁化的難易程度該關(guān)系中，磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度是同量綱的，所以這里的磁化率是無量綱的，是一個(gè)純粹的數(shù)字磁化率應(yīng)注意到由于磁化強(qiáng)度定義為單位體積的磁矩，所以公式中的磁化率暗含著單位體積磁化率的意義在理論推導(dǎo)和測(cè)量中，常常使用另外兩種定義：質(zhì)量磁化率：d是材料密度kg﹒m-3

克分子磁化率：n為每mol物質(zhì)的量令：μ＝（1＋χ)＝B/μ0H

(相對(duì)磁導(dǎo)率，表征磁體磁性、導(dǎo)磁性及磁化難易程度）單位：T?m/A或H/mSI制中,絕對(duì)磁導(dǎo)率：μ絕對(duì)＝B/H∴μ＝μ絕對(duì)/μ0磁導(dǎo)率μHBMHsHMB磁導(dǎo)率的不同定義1、起始磁導(dǎo)率2、最大磁導(dǎo)率μmax3、振幅磁導(dǎo)率

4、增量磁導(dǎo)率μΔ5、可逆磁導(dǎo)率μrev6、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率所有磁導(dǎo)率的值都是H的函數(shù)：退磁場與退磁能量

1、退磁場

有限幾何尺寸的磁體在外磁場中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內(nèi)部存在與磁化強(qiáng)度M方向相反的一種磁場，起減退磁化的作用，稱為退磁場Hd。如果磁體還同時(shí)受到外磁場的作用，這時(shí)磁性體內(nèi)部的有效磁場為：

退磁場與退磁能量

1、退磁場

Hd

的大小與磁體形狀及磁極強(qiáng)度有關(guān)。若磁化均勻，則Hd

也均勻，且與M成正比：其中N為退磁因子，只依賴于樣品的幾何形狀及所選取的坐標(biāo)。簡單幾何形狀磁體的退磁因子N對(duì)于旋轉(zhuǎn)橢球體，旋轉(zhuǎn)橢球形狀樣品的磁化是均勻的，我們選取坐標(biāo)系與橢球的主軸重合，則退磁場的三個(gè)分量可以表示為：abcXYZ如果磁性體不是橢球形狀，即使在均勻外場中，磁化也是不均勻的，這時(shí)退磁場的大小和方向隨位置而變，很難用退磁因子來表示三個(gè)主軸方向退磁因子之和：旋轉(zhuǎn)橢球的極限情況：由此可求出：球體：a=b=c，N=1/3

細(xì)長圓柱體：a=b<<c，Na=Nb=1/2,Nc=0

薄圓板體：(a,b)>>c，Na=Nb=0,Nc=1顯然，磁性體在磁化過程中，也將受到自身退磁場的作用，產(chǎn)生退磁場能，它是在磁化強(qiáng)度逐步增加的過程中外界做功逐步積累起來的，單位體積內(nèi)退磁場能量：指磁體在它自身的Hd

中所具有的能量退磁能的存在是自發(fā)磁化后的強(qiáng)磁體出現(xiàn)磁疇的主要原因退磁場與退磁能量

適用條件：磁體內(nèi)部均勻一致，磁化均勻。形狀不同或沿不同的方向磁化時(shí)，F(xiàn)d也不同，這種因形狀不同而引起的能量各向異性的特征——形狀各向異性。對(duì)于均勻材料制成的橢球樣品，容易得出;N是磁化方向的退磁因子退磁場對(duì)樣品磁性能的影響是明顯的：有退磁場是曲線傾斜

所有材料性能表給出的磁導(dǎo)率等數(shù)值都是針對(duì)有效磁場的數(shù)值，材料性能的實(shí)際測(cè)量中必須盡量克服退磁場的影響。各種不同單位的換算上述磁學(xué)量的單位，目前通常用國際單位制（SI）和高斯單位制（CGS）兩種磁學(xué)量國際單位制高斯單位制換算關(guān)系磁場強(qiáng)度H安/米（A/m）奧斯特（Oe）1A/m=410-3Oe磁化強(qiáng)度M安/米（A/m）高斯(Gs)1A/m=10-3Gs磁感應(yīng)強(qiáng)度B特斯拉（T）高斯(Gs)1T=104Gs磁化率無量綱無量綱國際＝4高斯磁導(dǎo)率亨[禮]/米（H/m）無量綱1H/m=107(4)-1高斯磁學(xué)量的單位制：使用Gauss單位制時(shí)，此時(shí)，B的單位為G，H的單位為Oe，μ0=1G/Oe

式中M為磁極密度，單位為G，4πM為磁通線的密度。SI制與Gauss制間的轉(zhuǎn)換

B：1G=10-4TH：103A?m-1的H有4πOe的值，

103/4πA?m-1=79.577A?m-1=1Oe

和磁矩：在Gauss單位制中μ0=1G/Oe

，則磁偶極矩與磁矩?zé)o差別，通稱為磁矩，單位為電磁單位（e.m.u）

1e.m.u(磁偶極矩)＝4π×10－10Wb?m1e.m.u(磁矩)＝10－3A?m2磁化強(qiáng)度：

Gauss單位制中，磁極化強(qiáng)度（J）與磁化強(qiáng)度（M）相同，單位：G物質(zhì)磁性的起源來源于物質(zhì)原子中的電子，電子的軌道磁矩和自旋磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電子軌道磁矩電子自旋產(chǎn)生電子自旋磁矩構(gòu)成原子的總磁矩物質(zhì)磁性的起源電子圍繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)非常小的磁場，形成一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)軸方向的磁矩，即軌道磁矩。軌道磁矩OrbitalSpin軌道磁矩自旋磁矩每個(gè)電子本身有自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)沿自旋軸方向的磁矩，即自旋磁矩。自旋磁矩原子中每個(gè)電子都可以看作是一個(gè)小磁體，具有永久的軌道磁矩和自旋磁矩。一個(gè)原子的凈磁矩是所有電子磁矩的相互作用的矢量和，又稱為本征磁矩或固有磁矩。

電子對(duì)的軌道磁矩相互對(duì)消，自旋磁矩也可能相互對(duì)消，所以當(dāng)原子電子層或次層完全填滿：磁矩為零。如He,Ne,Ar以及某些離子材料。大多數(shù)自轉(zhuǎn)方向不同的電子，雖然電子的磁矩不能抵消，導(dǎo)致整個(gè)原子具有一定的總磁矩。但原子磁矩之間沒有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個(gè)物體沒有磁性。少數(shù)物質(zhì)(如Fe、Co、Ni），原子內(nèi)部電子的磁矩沒有抵消，整個(gè)原子具有總的磁矩。同時(shí)，由于“交換作用”的機(jī)理，原子磁矩整齊地排列起來，整個(gè)物體具有磁性。無交換相互作用交換相互作用間接直接

超量子力學(xué)效應(yīng)全同粒子介質(zhì)方程：給出磁化狀態(tài)和磁場的關(guān)系物質(zhì)的磁化率可以是溫度或/和磁場的函數(shù)磁化率的正負(fù)和大小反映出物質(zhì)磁性的特征。物質(zhì)磁性分類根據(jù)物質(zhì)的磁化率，可以把物質(zhì)的磁性傳統(tǒng)大致分為五類。按各類磁體磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H的關(guān)系，可做出其磁化曲線--------物質(zhì)的磁化率五類磁介質(zhì)的磁化曲線抗磁反鐵磁順磁亞鐵磁鐵磁分類是否科學(xué)取決于是否反映了內(nèi)在磁性機(jī)理上的不同。隨著研究的深入，分類也在不斷完善和細(xì)化，到上個(gè)世紀(jì)70年代為止，在晶狀固體里，共發(fā)現(xiàn)了五種主要類型的磁結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它們的形成機(jī)理和宏觀特征各不相同，對(duì)它們的成功解釋形成了今天的磁性物理學(xué)核心內(nèi)容。上世紀(jì)70年代以后，隨著非晶材料和納米材料的興起，又發(fā)現(xiàn)了一些新的磁性類型，對(duì)它們的研究尚在深化之中，課程只做初步介紹。固體磁性原子、離子的磁矩（順、抗磁）晶體結(jié)構(gòu)和晶場類型（自旋、軌道貢獻(xiàn)）相鄰原子、電子間的相互作用（磁有序）物質(zhì)磁性分類的原則

A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？

C.是什么相互作用？

1.抗磁性：沒有固有原子磁矩

2.順磁性：有固有磁矩，沒有相互作用

3.鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用

4.反鐵磁性：有固有磁矩，間(直)接交換相互作用

5.亜鐵磁性：有固有磁矩，間接交換相互作用

6.自旋玻璃和混磁性：有固有磁矩，RKKY相互作用

7.超順磁性：磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競爭使磁場減弱的物質(zhì)，成為抗磁性物質(zhì)——出現(xiàn)在沒有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是負(fù)的，而且很小。-10-5,與H、T無關(guān)（例外：反?？勾朋w）對(duì)于電子殼層被填滿的物質(zhì)，其磁矩為零。在外磁場作用下，電子運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)（由電磁感應(yīng)定律而定），出現(xiàn)附加角動(dòng)量，感生出與H反向的磁矩。實(shí)例：惰性氣體、許多有機(jī)化合物、某些金屬（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金屬（如：Si、P、S）TO抗磁性的起源由于電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外磁場的作用下產(chǎn)生了抗磁磁距所造成的，而不是電子的軌道磁距和自旋磁距產(chǎn)生的。在外加磁場作用下，電子的循規(guī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)附加磁距，其方向總是和外加磁場的方向相反，因而產(chǎn)生了抗磁性在與外磁場相反的方向誘導(dǎo)出磁化強(qiáng)度的現(xiàn)象稱為抗磁性。

它出現(xiàn)在沒有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是負(fù)的，而且很小，~-10-5?！鉫°iM取兩個(gè)電子，設(shè)其循軌運(yùn)動(dòng)的平面是和磁場H的方向垂直，而與循軌運(yùn)動(dòng)的方向相反，如圖所示在無外加磁場時(shí)，電子的循軌運(yùn)動(dòng)相當(dāng)一個(gè)閉合電流，由此而產(chǎn)生的磁距

電子在作循軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然要受到一個(gè)向心力k，見圖a。當(dāng)加上一個(gè)磁場之后，電子在磁場的作用下將產(chǎn)生一個(gè)附加力k，k又稱為洛侖茲力，其方向和k的方向是一致的。這種情況無疑地等于使向心力得到增加，總的向心力為k＋k。可以認(rèn)為m和r是不變的，這樣只能設(shè)想，當(dāng)向心力增加時(shí)，必然導(dǎo)致電子循軌運(yùn)動(dòng)的角速度發(fā)生變化

增加一個(gè)，l增加一個(gè)，與軌道磁距l(xiāng)的方向相同，但與外磁場的方向相反

既然抗磁性是由電子在軌道運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的，而任何物質(zhì)都存在電子的軌道運(yùn)動(dòng)，故可以說任何物質(zhì)在外加磁場的作用下都要產(chǎn)生抗磁性。但應(yīng)注意，并不能說任何物質(zhì)都是抗磁性物質(zhì)。因?yàn)樵釉谕獯艌鲎饔孟鲁水a(chǎn)生抗磁磁距之外，還有軌道和自旋磁距產(chǎn)生順磁磁距。在這種情況下只有那些抗磁性大于順磁性的物質(zhì)才成為抗磁性的物質(zhì)

是一種很弱的、非永久性的磁性，只有在外磁場存在時(shí)才能維持金屬的抗磁性

許多金屬具有抗磁性，而且一般其抗磁磁化率不隨溫度變化金屬抗磁性來源于導(dǎo)電電子。根據(jù)經(jīng)典理論，外加磁場不會(huì)改變電子系統(tǒng)的自由能及其分布函數(shù)，因此磁化率為零。

經(jīng)典的圖象：在外磁場作用下形成的環(huán)形電流在金屬的邊界上反射,因而使金屬體內(nèi)的抗磁性磁矩為表面“破折軌道”的反向磁矩抵消。

1、超導(dǎo)材料：在超導(dǎo)態(tài)，磁通密度B總是0，即使存在外磁場H，也是如此(邁斯納效應(yīng))。

2、一些有機(jī)化合物，例如苯環(huán)中的p電子像軌道電子那樣做園周運(yùn)動(dòng)，苯環(huán)相當(dāng)于閉合殼層。當(dāng)磁場垂直于環(huán)作用時(shí)，呈現(xiàn)很強(qiáng)的抗磁性，磁場平行于環(huán)面時(shí)沒有抗磁性。

3、在生物體內(nèi)的血紅蛋白中，同氧的結(jié)合情況與鐵的電子狀態(tài)有關(guān)。無氧結(jié)合的狀態(tài)下，鐵離子顯示順磁性；而在如動(dòng)脈血那樣與氧相結(jié)合的狀態(tài)卻顯示抗磁性。例如血紅蛋白中的Fe2+無氧配位(靜脈血)是高自旋態(tài)，顯現(xiàn)順磁性；有氧配位(動(dòng)脈血)是低自旋態(tài)，顯現(xiàn)抗磁性。幾種特殊材料的抗磁性使磁場略有增強(qiáng)的物質(zhì)，稱為順磁性物質(zhì)-如：稀土金屬和鐵族元素的鹽物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩來源于未滿的電子殼層，但由于熱騷動(dòng)處于混亂狀態(tài)，對(duì)外不顯示宏觀磁性在磁場作用下在磁場方向產(chǎn)生磁化強(qiáng)度，但磁化強(qiáng)度很小；磁化率為正值，約為10-3~10-6

T順磁性0TOTO順磁性

順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩耒源于未滿的電子殼層(例如過渡族元素的3d殼層)。在順磁性物質(zhì)中，磁性原子或離子分開的很遠(yuǎn)，以致它們之間沒有明顯的相互作用，因而在沒有外磁場時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的作用，原子磁矩是無規(guī)混亂取向。當(dāng)有外磁場作用時(shí)，原子磁矩有沿磁場方向取向的趨勢(shì)，從而呈現(xiàn)出正的磁化率，其數(shù)量級(jí)為=10-510-2。順磁性順磁物質(zhì)的磁化率隨溫度的變化(T)有兩種類型:第一類遵從居里定律：=C/TC稱為居里常數(shù)第二類遵從居里-外斯定律：=C/(T-p)p稱為順磁居里溫度T(K)1/1/p使磁場急劇增加的物質(zhì)，稱為鐵磁性物質(zhì)。物質(zhì)中原子有磁矩；原子磁矩之間有相互作用。原子磁矩方向平行排列，導(dǎo)致自發(fā)磁化。外磁場作用下，快速趨向磁場方向，在磁場方向有很大的磁化強(qiáng)度。磁化率是很大的正數(shù)，且于外磁場呈非線性關(guān)系變化。實(shí)例：3d金屬Fe，Co，Ni，4f金屬鋱、鉺、銩、鈥、等以及很多合金與化合物MT1/Tc鐵磁性P0Tc居里點(diǎn)P順磁居里點(diǎn)鐵磁性材料的原子磁矩在磁疇內(nèi)平行排列圖4-17鐵磁性材料內(nèi)原子磁矩排列（a）溫度T大于居里溫度Tc；（b）溫度T小于居里溫度Tc亞鐵磁體有些象鐵磁體，但值沒有鐵磁體那樣大-鐵氧體內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)卻與反鐵磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亞鐵磁性具有宏觀磁性（未抵消的反鐵磁性結(jié)構(gòu)的鐵磁性）。MTTc1/c亜鐵磁性0c補(bǔ)償點(diǎn)Tc居里點(diǎn)O亞鐵磁性材料中的A,B次晶格1948年法國物理學(xué)家奈耳（Neel）發(fā)現(xiàn)亞鐵磁和反鐵磁物質(zhì)，才明確了人類知道最早的Fe3O4是亞鐵磁物質(zhì)在亞鐵磁性材料中磁性離子A,B構(gòu)成兩個(gè)相互貫穿的次晶格A,B（簡稱A,B位）A次晶格上的原子磁矩如圖中箭頭方向所示相互平行排列，B次晶格上的原子磁矩也相互平行排列，但是他們的磁矩方向和A次晶格上的原子磁矩方向相反，大小不同這使得它們的磁矩在克服熱運(yùn)動(dòng)的影響后，處于部分抵消的有序排列狀態(tài)，導(dǎo)致有自發(fā)磁化。亞鐵磁性物質(zhì)由磁矩大小不同的兩種離子（或原子）組成，屬絕緣體常見的亞鐵磁性物質(zhì)大部分是金屬的氧化物，是非金屬磁性材料。目前發(fā)現(xiàn)的亞鐵磁體一般有磁鐵礦（Fe3O4）、鐵氧體（ferrite）等。鐵氧體指的是Fe2O3與2價(jià)金屬氧化物所組成的復(fù)雜氧化物，其分子式為MeOFe2O3，這里Me為鐵、鎳、鋅、鈷、鎂等2價(jià)金屬離子即在T＝TN（奈爾溫度）時(shí)，χaf

最大。反鐵磁體的是小的正數(shù)，在溫度低于某一溫度時(shí)，他的磁化率同磁場的取向有關(guān)；高于這個(gè)溫度，行為象順磁體NT0反鐵磁性N耐耳點(diǎn)只有在很強(qiáng)的外磁場作用下才能顯示出微弱的磁性。實(shí)例：過渡族元素的鹽類及化合物，如MnO，CrO,CoO等反鐵磁晶體可以看做是兩個(gè)亞點(diǎn)陣組成，每個(gè)亞點(diǎn)陣中相鄰電子因?yàn)槭艿截?fù)的交換作用而自旋呈反平行排列，此時(shí)磁矩雖處于有序狀態(tài)，這樣在反鐵磁體中兩個(gè)亞點(diǎn)陣磁矩的方向相反而大小相等，因此反鐵磁體總的凈磁矩在不受外場作用時(shí)仍為零值得注意的是，抗磁、順磁性、反鐵磁物質(zhì)的磁化率均可以近似的認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。鐵磁體和亞鐵磁體的磁化率則是磁場H的函數(shù)鐵磁體磁化率曲線表明，在不強(qiáng)的磁場H下，鐵磁體就會(huì)被激烈的磁化，并易于達(dá)到飽和?？勾拧㈨槾?、反鐵磁屬于弱磁性；鐵磁與亞鐵磁屬于強(qiáng)磁性鐵磁性材料、亞鐵磁性材料和反鐵磁性材料的原子磁矩的特點(diǎn)是在磁疇內(nèi)平行或反平行排列，因此又統(tǒng)稱它們?yōu)榇庞行虿牧辖饘俚蔫F磁性物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件：

(1)物質(zhì)中的原子有磁矩；

(2)原子磁矩之間有相互作用。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以上是順磁性；居里溫度以下原子磁矩間的相互作用能大于熱振動(dòng)能，顯現(xiàn)鐵磁性相互總用是什么？外斯分子場理論，1907年——有效磁場導(dǎo)致近鄰自選平行排列-自發(fā)磁化低溫M-H偏離嚴(yán)重？？？布洛赫自旋波理論：——自旋波又稱為磁激子(magnon),它是固體中一種重要的元激發(fā)，是由局域自旋之間存在交換作用而引起的自旋玻璃態(tài)磁特性↑↑↓自旋玻璃態(tài)出現(xiàn)在磁稀釋的合金中，在那里磁性原子的自旋被振蕩的RKKY交換相互作用無規(guī)地凍結(jié)。從實(shí)驗(yàn)上，覌察到在弱磁場下，磁化率的溫度依賴性曲線上出現(xiàn)一個(gè)尖銳的最大值。而且在磁場冷卻情況下，磁化率的尖銳極大值不再出現(xiàn)。在凍結(jié)溫度Tf以下，零場冷卻時(shí)自旋被無規(guī)凍結(jié)，加場冷卻時(shí)自旋在磁場方向被凍結(jié)。TM0混磁性零場冷卻磁場冷卻0TTfH=0H≠0自旋玻璃Tf凍結(jié)溫度自旋玻璃態(tài)出現(xiàn)在磁稀釋的合金中，在弱磁場下，磁化率的溫度依賴性曲線上出現(xiàn)一個(gè)尖銳的最大值。而且在磁場冷卻情況下，磁化率的尖銳極大值不再出現(xiàn)。在凍結(jié)溫度Tf以下，零場冷卻時(shí)自旋被無規(guī)凍結(jié)，加場冷卻時(shí)自旋在磁場方向被凍結(jié)。當(dāng)材料在沒有磁場作用下冷卻時(shí)，磁化強(qiáng)度在低溫急劇的下降；如果在磁場下冷卻，磁化強(qiáng)度在低溫處的下降消失自旋玻璃態(tài)磁特性

(1)(T)在Tf

處表現(xiàn)出尖銳的極大值的峯，并且與磁場強(qiáng)度和交流磁化率的測(cè)試頻率有關(guān)。H0變得更尖銳。

(2)Tf

以上的溫度加磁場慢慢冷卻(磁場冷卻)測(cè)定的(T)與零場升溫測(cè)定的(T)顯著不同，尖峯消失。

(3)Tf

隨磁性原子濃度增加而升高。

(4)隨磁性原子濃度繼續(xù)增加，體系變?yōu)榛齑判?，低溫表現(xiàn)出自旋玻璃態(tài)，隨溫度升高到Tf

以上，不再是順磁性，而表現(xiàn)出鐵磁性(反鐵磁性)。

(5)磁性比熱CM(T)和電阻在Tf

處沒有看見異常。

(6)中子衍射實(shí)驗(yàn)在Tf

以下沒有看到磁性的布拉格反射。但是可以覌測(cè)到磁性散射。

(7)穆斯堡爾譜的譜寬隨溫度變化明顯。混磁性

在非磁性基體中，慘雜磁性原子的濃度大于自旋玻璃的濃度，各種交換相互作用混合的自旋系統(tǒng)。其典型的特征是，當(dāng)材料在沒有磁場作用下冷卻時(shí)，磁化強(qiáng)度在低溫急劇的下降；如果在磁場下冷卻，磁化強(qiáng)度在低溫處的下降消失。其原因是由反鐵磁相互作用引起的磁化強(qiáng)度團(tuán)簇的反轉(zhuǎn)ABCDSASBSCSD在面心立方反鐵磁體中四個(gè)次晶格上的自旋矢量自旋玻璃

在磁場下冷卻,磁化強(qiáng)度低溫下的下降消失，但是磁滯回線沿H軸的負(fù)方向有一個(gè)位移。這個(gè)現(xiàn)象是由鐵磁性自旋與相對(duì)于晶格為固定的反鐵磁自旋間相互作用引起的。例如：在面心立方晶格內(nèi)反鐵磁自旋排列不是很固定，可以自由改變其自旋方向而不改變其交換能，也就是說局域自旋排列容易被擾動(dòng)，導(dǎo)致混磁性。50PPm不均勻鐵磁性或反鐵磁性自旋玻璃態(tài)近藤效應(yīng)混磁性標(biāo)度區(qū)域自旋玻璃、鐵磁性和反鐵磁性共存0.5at%10at%RKKY相互作用xce傳導(dǎo)電子隨著磁性雜質(zhì)含量的增加自旋狀態(tài)的變化《以自旋玻璃為中心》在非磁性基體中摻入磁性原子，隨濃度的逐漸增加，出現(xiàn)各種磁性現(xiàn)象。超順磁性鐵磁性顆粒比單疇臨界尺寸更小時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)粒子影響很大，在一定溫度下，粒子的行為類似于順磁性，如果不加外磁場，它們將很快的失去剩磁狀態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象稱為超順磁性。超順磁性粒子的磁化曲線必須無磁滯現(xiàn)象其中C為居里常數(shù)，因此不同溫度下的磁化曲線如果以H/T為橫坐標(biāo)，則各曲線應(yīng)相重合。鐵磁和亞鐵磁物質(zhì)的靜態(tài)磁特性

磁化曲線

表示磁場強(qiáng)度H與所感生的B或M之間的關(guān)系鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線（M-H或B-H）是非線性的O點(diǎn)：H＝0、B＝0、M＝0磁中性或原始退磁狀態(tài)OA段：近似線性，起始磁化階段AB段：較陡峭，表明急劇磁化H<Hm時(shí)，二曲線基本重合。H>Hm后，M逐漸趨于一定值MS（飽和磁化強(qiáng)度），而B則仍不斷增大(原因?)由B－H（M－H）曲線可求出μ或

χ磁滯回線從飽和磁化狀態(tài)開始，再使磁化場減小，B或M不再沿原始曲線返回。當(dāng)H＝0時(shí)，仍有一定的剩磁Br或Mr。Ms稱為飽和磁化強(qiáng)度磁化曲線上任何點(diǎn)B和相應(yīng)的H的比值稱為磁導(dǎo)率在磁化曲線起始部分的的斜率，稱為起始磁導(dǎo)率，用i或a表示。技術(shù)上規(guī)定在0.1～0.001Oe磁場的磁導(dǎo)率為起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率：是磁化曲線拐點(diǎn)K處的斜率

將一個(gè)鐵磁體試樣磁化至飽和，然后慢慢地減少H，則M也將減小，這個(gè)過程叫做退磁。但M并不按照磁化曲線反方向進(jìn)行，而是按照另一條曲線改變，見上圖中的BC段。當(dāng)H減小導(dǎo)零時(shí)，M=Mr（Mr為剩余磁化強(qiáng)度）。如果要使M=0，則必須加上一個(gè)反向磁場Hc，稱為矯頑力。從磁滯回線上可以看到，退磁過程中M的變化落后與H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象

BHC：使B＝0的Hc。MHC：M＝0時(shí)的Hc（內(nèi)稟矯頑力）一般|BHC|<|MHC|當(dāng)反向磁場H繼續(xù)增加時(shí)，最后又可以打到反向飽和，如再沿著正方向增加H，則又得到另一半曲線。從圖中可以看出，當(dāng)H從+Hm變到-Hm再變到+Hm，試樣的磁化曲線形成一個(gè)封閉曲線，稱為磁滯回線磁滯回線所包圍的面積表征磁化一周時(shí)所消耗的功，稱為磁滯損耗Q

Hc是表征材料在磁化后保持磁化狀態(tài)的能力。通常以Hc劃分軟磁、永磁、半永磁材料：磁滯回線的第二象限為退磁曲線（依據(jù)此考察硬磁材料性能）,(BH)為磁能積，表征永磁材料中能量大小。(BH)max

是永磁的重要特性參數(shù)之一。在磁性物質(zhì)中，自發(fā)磁化主要來源于自旋間的交換作用，這種交換作用本質(zhì)上是各向同性的，如果沒有附加的相互作用存在，在晶體中，自發(fā)磁化強(qiáng)度可以指向任意方向而不改變體系的內(nèi)能。實(shí)際上在磁性材料中，自發(fā)磁化強(qiáng)度總是處于一個(gè)或幾個(gè)特定方向，該方向稱為易軸。當(dāng)施加外場時(shí)，磁化強(qiáng)度才能從易軸方向轉(zhuǎn)出，此現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。磁晶各向異性能磁晶各向異性能晶體的磁性是和晶體的取向有關(guān)的，沿晶體的某些方向磁化時(shí)所需要的磁場，比沿另外一些方向磁化所需要的磁場要小的多，這些晶體學(xué)方向稱為易磁化方向鐵、鎳、鈷單晶沿不同晶向的磁化曲線對(duì)于任何方向磁化的鐵磁體都具有一項(xiàng)能量，它使磁化強(qiáng)度指向該特定的晶體學(xué)方向晶體磁化時(shí)所增加的自由能F等于磁場所做的功（磁化功），可表示為

增加的能量即為磁化曲線與M坐標(biāo)軸間所包圍的面積，由于晶體的這一部分自由能是與磁化方向有關(guān)的，我們稱為磁各向異性能或磁晶能

磁致伸縮鐵磁體在磁場中磁化，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮設(shè)鐵磁體原來的尺寸為l0，放在磁場中磁化時(shí)，其尺寸變?yōu)閘，長度的相對(duì)變化為：稱為線磁致伸縮系數(shù)，一般在10-6～10-3之間磁致伸縮磁致伸縮引起的形變比較小，但它在控制磁疇結(jié)構(gòu)和技術(shù)磁化過程中，仍是一個(gè)很重要的因素。應(yīng)變l/l

隨外磁場增加而變化，最終達(dá)到飽和。產(chǎn)生這種行為的原因是材料中磁疇在外場作用下的變化過程。每個(gè)磁疇內(nèi)的晶格沿磁疇的磁化強(qiáng)度方向自發(fā)的形變e。且應(yīng)變軸隨著磁疇磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致樣品整體上的形變。e為磁化飽和時(shí)的形變，

覌察方向(測(cè)試方向)與磁化強(qiáng)度方向之間的夾角磁彈性能物體在磁化時(shí)要伸長（或收縮），如果受到限制，不能伸長（或縮短），則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力（或拉應(yīng)力）。這樣，物體內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，稱為磁彈性能。作業(yè)：比較jm與μm、J與M的區(qū)別與聯(lián)系。何謂退出場（Hd）？退磁因子N與哪些因素有關(guān)？鐵磁體技術(shù)磁化曲線的分析技術(shù)磁化，是指在外磁場作用下，鐵磁體從完全退磁狀態(tài)發(fā)生變化的內(nèi)部過程和宏觀效果說明鐵磁材料性能的一些規(guī)律，了解材料生產(chǎn)過程采取某些措施的原因，并有利于進(jìn)一步探索提高材料性能的途徑

技術(shù)磁化理論

技術(shù)磁化過程，就是外加磁場對(duì)磁疇的作用過程，也就是外加磁場把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場方向(或近似外磁場方向)的過程。它與自發(fā)磁化有本質(zhì)的不同。技術(shù)磁化是通過兩種形式進(jìn)行的：一是磁疇壁的遷移，一是磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁化過程中有時(shí)只有其中一種方式起作用，有時(shí)是兩種方式同時(shí)作用。磁化曲線和磁滯回線是技術(shù)磁化的結(jié)果。

磁疇

外斯假說認(rèn)為自發(fā)磁化是以小區(qū)域磁疇存在的。各個(gè)磁疇的磁化方向是不同的，所以大塊磁鐵對(duì)外不顯示磁性。磁疇已為實(shí)驗(yàn)觀察所證實(shí)。從對(duì)磁疇組織的觀察中，可以看到有的磁疇大而長，稱為主疇，其自發(fā)磁化方向必定沿晶體的易磁化方向；小而短的磁疇叫副疇，其磁化方向就不一定是晶體的易磁化方向，

相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，可分為兩種：一種為180o磁疇壁，另一種稱為90o磁疇壁。

磁疇壁是一個(gè)過渡區(qū)，有一定厚度。磁疇的磁化方向在疇壁處不能突然轉(zhuǎn)一個(gè)很大角度，而是經(jīng)過疇壁的一定厚度逐步轉(zhuǎn)過去的，即在這過渡區(qū)中原子磁矩是逐步改變方向的。磁疇壁具有交換能、磁晶各向異性能及磁彈性能。

磁疇的形狀、尺寸、疇壁的類型與厚度總稱為磁疇結(jié)構(gòu)。同一磁性材料，如果磁疇結(jié)構(gòu)不同，則其磁化行為也不同。因此說磁疇結(jié)構(gòu)類型的不同是鐵磁性物質(zhì)磁性干差萬別的原因之一。

疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量高，壁的厚薄和面積的大小都使它具有一定的能量。

磁疇結(jié)構(gòu)受到交換能、各向異性能、磁彈性能、磁疇壁能、退磁能的影響。可以從能量的觀點(diǎn)來研究磁疇的形成過程：交換能力圖使整個(gè)晶體自發(fā)磁化至飽和，磁化方向沿著晶體易磁化方向，這樣就使交換能和磁晶各向異性能都達(dá)到最小值，但必然在其端面處產(chǎn)生磁極；有磁極存在就必然產(chǎn)生退磁場，從而增加了退磁場能。退磁場將要破壞已形成的自發(fā)磁化，兩個(gè)矛盾相互作用使大磁疇分割為小磁疇，如圖6.15(b)、(c)、(d)所示。減少退磁能是分疇的基本動(dòng)力。分疇后退磁能雖然減少，卻增加了疇壁能，因此不能無限制地分疇。隨磁疇數(shù)目的增加。退磁能減少，疇壁能增加，當(dāng)達(dá)到疇壁能與退磁能之和為最小值時(shí)，分疇就停止了，從而達(dá)到一種平衡狀態(tài)的疇結(jié)構(gòu)。

實(shí)際使用的鐵磁物質(zhì)大多數(shù)是多晶體。多晶體的晶界、第二相、晶體缺陷、夾雜、應(yīng)力、成分的不均勻性等對(duì)疇結(jié)構(gòu)有顯著的影響，因而實(shí)際晶體的疇結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的。在多晶體中，每一個(gè)晶粒都可能包括許多磁疇。在一個(gè)磁疇內(nèi)磁化強(qiáng)度一般都沿晶體的易磁化方向。鐵磁物質(zhì)的基本技術(shù)磁化曲線可以大體分為三個(gè)階段疇壁的遷移（A）巴克豪森跳躍（B）磁距轉(zhuǎn)動(dòng)（CD）技術(shù)磁化的三個(gè)階段

在未加外磁場時(shí)，材料是自發(fā)磁化形成的兩個(gè)磁疇，磁疇壁通過夾雜相；——封閉磁疇當(dāng)外磁場H逐漸增加時(shí)，與外磁場方向相同(或相近)的那個(gè)磁疇的壁將有所移動(dòng)，壁移的過程就是壁內(nèi)原子磁矩依次轉(zhuǎn)向的過程，最后可能變?yōu)閹锥螆A弧線(如團(tuán)中影線所示)，但它暫時(shí)還離不開夾雜物。如果此時(shí)取消外磁場，則疇壁又會(huì)自動(dòng)遷回原位，因?yàn)樵粻顟B(tài)能量最低。這就是所謂可逆遷移階段?！牨诘倪w移A階段疇壁的遷移過程：當(dāng)外磁場繼續(xù)增強(qiáng)，一旦弧形磁疇壁的總長超過不通過夾雜物時(shí)的長度(如圖中點(diǎn)虛線)時(shí)，則疇壁就會(huì)脫離夾雜物而遷移到點(diǎn)虛線位置，從而自動(dòng)遷移到下一排夾雜物的位置，處于另一穩(wěn)態(tài)。完成這一過程后，材料的磁化強(qiáng)度將有一較大的變化，相當(dāng)于磁化曲線上的陡峭部分，磁導(dǎo)率較高。疇壁的這種遷移，不會(huì)由于磁場取消而自動(dòng)遷回原始位置，故稱不可逆遷移；巴克豪森跳躍（B）繼續(xù)增加外磁場，則促使整個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向外磁場方向。這個(gè)過程稱為疇的旋轉(zhuǎn)，即曲線第區(qū)。旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，使磁疇的磁化強(qiáng)度方向與外磁場方向平行，此時(shí)材料的宏觀磁性最大，達(dá)到了飽和。以后再增加外磁場，材料的磁化強(qiáng)度也不會(huì)再增加，因?yàn)榇女牭拇啪胤较蚨嫁D(zhuǎn)到外磁場方向上去了。——疇轉(zhuǎn)磁化階段磁性材料的動(dòng)態(tài)特性

磁性材料工作條件就是在工頻交變磁場下，這是一個(gè)交流磁化過程。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，許多磁性材料工作在高頻磁場條件下，因此研究磁性材料特別是軟磁材料在交變磁場條件下的表現(xiàn)更顯得重要。磁性材料在交變磁場，甚至脈沖磁場作用下的性能統(tǒng)稱磁性材料的動(dòng)態(tài)特性，由于大多數(shù)是在交流磁場下工作，故動(dòng)態(tài)特性早期亦稱交流磁性能。

交流磁化過程與交流回線靜態(tài)過程只關(guān)心材料在該穩(wěn)恒狀態(tài)下所表現(xiàn)出的磁感應(yīng)強(qiáng)度B對(duì)磁場強(qiáng)度H的依存關(guān)系，而不關(guān)心從一個(gè)磁化狀態(tài)到另一磁化狀態(tài)所需要的時(shí)間。交流磁化過程，由于磁場強(qiáng)度是周期對(duì)稱變化的，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨著周期性對(duì)稱的變化，變化一周構(gòu)成一曲線稱為交流磁滯回線若交流幅值磁場強(qiáng)度Hm不同，則有不同的交流回線。交流回線頂點(diǎn)的軌跡就是交流磁化曲線或簡稱Bm-Hm曲線，Bm稱為幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度。

6Al-Fe軟磁合金的磁化曲線和交流回線（0.1mm厚4KHz）當(dāng)交流幅值磁場強(qiáng)度增大到飽和磁場強(qiáng)度Hs，交流回線面積不再增加，該回線稱為極限交流回線

。可以確定材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B、交流剩余磁感Br，這種情況和靜態(tài)磁滯回線相同，由此也可以確定動(dòng)態(tài)參量最初幅值磁導(dǎo)率ai、最大幅值磁導(dǎo)率am。

交流磁化參量－交流磁化率在交變磁場中磁化時(shí)，要考慮磁化態(tài)改變所需要的時(shí)間，具體講就是應(yīng)該考慮B和H之間的相位差

。磁導(dǎo)率不僅能夠反映類似靜態(tài)磁化的那種導(dǎo)磁能力的大小，而且還要表現(xiàn)出B和H之間存在的相位差

。采用復(fù)數(shù)形式－復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率

設(shè)樣品在弱交變場磁化，且B和H具有正弦波形，并以復(fù)數(shù)形式表示，B與H存在的相位差為，則

復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率

可以將相位B進(jìn)行分解，引入與H同相位分量B1m=Bmcos，引入與H落后90分量B2m=Bmsin

總磁導(dǎo)率或振幅磁導(dǎo)率：復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的?！x為彈性磁導(dǎo)率，代表了磁性材料中儲(chǔ)存能量的磁導(dǎo)率，與鐵磁材料在交變磁場中儲(chǔ)能密度有關(guān)’

’稱為損耗磁導(dǎo)率，它與磁性材料磁化一周的損耗有關(guān)，與材料在單位時(shí)間內(nèi)損耗的能量相關(guān)磁性測(cè)量磁性材料的磁性包括直流磁性和交流磁性直流磁性通常歸結(jié)為測(cè)量直流磁場下得到的基本磁化曲線、磁滯回線以及由這兩類曲線所定義的各種磁參數(shù)，如飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩磁Mr或Br、矯頑力Hc，磁導(dǎo)率等。交流磁性主要是測(cè)量磁性材料在交變磁場中的性能，即在各工作磁通密度B下，從低頻到高頻的磁導(dǎo)率和損耗。磁參量的劃分與特性金屬的磁學(xué)參量可以劃分為組織不敏感參量：與原子結(jié)構(gòu)、合金成分、相結(jié)構(gòu)及組成相的數(shù)量有關(guān)而與組成相的晶粒尺寸、分布情況及組織形態(tài)無關(guān)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁致伸縮系數(shù)居里溫度組織敏感參量：與組成相的晶粒尺寸、分布情況及組織形態(tài)密切相關(guān)矯頑力磁導(dǎo)率剩磁磁性與物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不僅取決于原子結(jié)構(gòu)、還與原子鍵合、晶體結(jié)構(gòu)鐵磁性的影響因素溫度加工硬化和晶粒細(xì)化磁場退火合金化溫度飽和磁化強(qiáng)度Ms隨溫度升高而下降，低溫時(shí)下降較為緩慢，當(dāng)溫度接近Tc時(shí)，Ms急劇下降，在Tc溫度降為0原因：原子熱運(yùn)動(dòng)使原子磁距產(chǎn)生無序傾向造成溫度2Bs,Q,Hc均隨溫度的升高而下降，當(dāng)溫度到達(dá)居里點(diǎn)降為零

亞鐵磁性是由不同相，但磁矩方向相反的磁結(jié)構(gòu)構(gòu)成，故形成亞鐵磁性。每個(gè)磁結(jié)構(gòu)因磁性來源不同，故當(dāng)溫度增加時(shí)，每種磁結(jié)構(gòu)對(duì)溫度反應(yīng)不會(huì)完全相同。在某一溫度下，亞鐵磁性材料的磁化強(qiáng)度M＝0，該溫度被稱為補(bǔ)償溫度Tcomp(亦稱補(bǔ)償點(diǎn))。——這種效應(yīng)在磁光記錄中得到了應(yīng)用。

加工硬化引起晶體點(diǎn)陣扭曲、晶粒破碎，內(nèi)應(yīng)力增加，所以會(huì)引起與組織有關(guān)的磁性改變。加工硬化和晶粒細(xì)化加工硬化和晶粒細(xì)化范性變形使磁導(dǎo)率顯著下降，且形變量越大，下降越多隨形變量的增大，矯頑力增大原因：范性變形使晶體中產(chǎn)生大量的缺陷和內(nèi)應(yīng)力，對(duì)磁疇起到定扎作用加工硬化和晶粒細(xì)化導(dǎo)致再結(jié)晶的退火總是提高磁導(dǎo)率，降低矯頑力和磁滯損耗，使這些性能恢復(fù)到接近加工硬化以前的數(shù)值。原因：在再結(jié)晶溫度退火時(shí)，材料的組織進(jìn)行了恢復(fù)過程加工硬化和晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化對(duì)磁性的影響與加工硬化相同晶粒越細(xì)，磁導(dǎo)率越低，矯頑力和磁滯損耗越大晶界對(duì)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)的阻礙作用

合金元素含量的影響馬氏體的飽和磁化強(qiáng)度同含碳量關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式：合金化不同金屬組成合金時(shí)，隨成分變化形成不同的組織，改變合金磁性鐵磁金屬中融入順磁或抗磁金屬形成置換固溶體時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度總是要降低，且隨溶質(zhì)原子濃度的增加而下降鐵磁體中存在非鐵磁組元時(shí)，居里溫度幾乎總是降低例外：Fe-V,Fe-W，隨V,W含量增加，居里溫度先增后減合金化間隙固溶體中，矯頑力隨溶質(zhì)的增加而增加，且在低濃度時(shí)變化更為顯著有序化有序化時(shí)Ms增加，可能與兩方面原因有關(guān)：同類原子間距增大？結(jié)合的性質(zhì)發(fā)生了變化？（殼層電子交換作用的變化）

合金中析出第二相以及它的形狀、大小、分相對(duì)于組織敏感的各磁性能影響極為顯著。？改善鐵磁材料磁導(dǎo)率的方法卸除材料中的雜質(zhì)培育大尺寸的晶粒造成再結(jié)晶織構(gòu)，即使再結(jié)晶時(shí)晶體的易軸沿外磁場方向排列起來退火時(shí)再一定方向施加磁場，并在冷卻過程中使磁場從居里點(diǎn)保持到材料只有很低范性的低溫——磁場退火磁場退火磁場退火，將導(dǎo)致材料磁導(dǎo)率降低原因：材料從高溫冷卻過程中，通過居里點(diǎn)時(shí)形成磁疇，當(dāng)材料從順磁體變成鐵磁體時(shí)，各磁疇經(jīng)受磁致伸縮產(chǎn)生形變。由于每個(gè)晶體中都有幾個(gè)易軸，則在居里點(diǎn)下形成磁疇時(shí)將沿不同方向產(chǎn)生形變。這時(shí)在隨后的磁化過程中冷卻時(shí)經(jīng)過居里點(diǎn)產(chǎn)生的各向雜亂變形將妨礙磁化的新變形，于是產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力將妨礙磁致伸縮，從而妨礙磁化，降低磁導(dǎo)率。抗磁與順磁材料磁化率的測(cè)量抗磁和順磁材料的磁化率測(cè)量通常采用磁秤法磁秤的結(jié)構(gòu)由一個(gè)分析天平，一個(gè)能夠產(chǎn)生不均勻磁場的強(qiáng)電磁鐵3和電加荷系統(tǒng)4所構(gòu)成的。電磁鐵的極頭具有一定坡度，用以造成一個(gè)不等距的間隙。由此在間隙中產(chǎn)生一個(gè)不均勻磁場，間隙中沿著X方向上的磁場強(qiáng)度H可用試驗(yàn)方法獲得，它的分布如圖（b）所示試樣2放置在磁極的間隙中，由于磁場是不均勻的，但試樣被磁化之后將沿著X方向受到一個(gè)作用力F，如為順磁則F向下，抗磁則F向上。F大小取決于磁性的強(qiáng)弱，它與磁化率有如下關(guān)系：

V為試樣的體積為磁化率0為真空磁導(dǎo)率試樣置于天平的一端，而另一端則懸掛著鐵心，鐵心置于線圈中。測(cè)量時(shí)，調(diào)整線圈通過的電流使其產(chǎn)生對(duì)鐵心的吸引力與F相等時(shí)，即達(dá)到平衡狀態(tài)。通過電流值的大小即可確定出F，代入上式，便可求得磁化率

鐵磁體直流磁性測(cè)量-沖擊測(cè)量法沖擊測(cè)量法是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的經(jīng)典方法，在理論上和實(shí)踐上均較成熟，具有足夠高的準(zhǔn)確度和良好的重復(fù)性，目前國際上仍推薦作為標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法沖擊測(cè)量所用的儀器稱為沖擊磁性儀，它主要用于測(cè)量飽和磁化強(qiáng)度

沖擊磁性儀結(jié)構(gòu)由待測(cè)試樣、非鐵磁材料所制支架、電磁鐵、測(cè)量線圈、沖擊檢流計(jì)、加熱爐、銅管組成。測(cè)量時(shí)將試樣沿X方向迅速地投入磁場的間隙中或者從磁極的間隙中迅速地抽出。如試樣中存在著鐵磁相時(shí)，則測(cè)量線圈中的磁通就要發(fā)生變化。若投入試樣之前測(cè)量線圈中的磁通量為1，則

B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；S1為測(cè)量線圈的斷面積試樣投入之后，線圈中相當(dāng)于增加了一個(gè)鐵心，由于鐵磁相被磁化，磁通量將從1增加到2時(shí)，它等于

S2為試樣的斷面積0為真空磁導(dǎo)率試樣投入前后測(cè)量線圈中磁通的變化量為

試樣投入后線圈的磁通由1隨時(shí)間變化為2，由此所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為：N為線圈的匝數(shù)設(shè)測(cè)量回路中的電阻為R，則回路中的感應(yīng)電流

：在時(shí)間t內(nèi)流經(jīng)檢流計(jì)的電量為：

通過檢流計(jì)的電量Q與檢流計(jì)燈尺上光點(diǎn)最大偏移格數(shù)m成正比，故

：

Cb為沖擊檢流計(jì)的沖擊常數(shù)由此可得

：

又

：

測(cè)量線圈的匝熟N為已知，只要測(cè)出試樣的斷面積，讀出試樣投入后檢流計(jì)偏移的格數(shù)，即可求出飽和磁化強(qiáng)度Ms

熱磁儀(磁轉(zhuǎn)矩儀)-阿庫洛夫儀原理是將磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)量進(jìn)行測(cè)量的，故又稱為磁轉(zhuǎn)矩儀圖所示即為熱磁儀的原理示意圖,1是讀數(shù)標(biāo)尺，用以讀出試樣的轉(zhuǎn)角；2是帶有刻度標(biāo)記的光源；3是平衡轉(zhuǎn)矩用的彈性系統(tǒng)，4是小的平面反射鏡；5是試樣夾持桿，一般用耐熱的細(xì)陶瓷管；6是電磁極極頭；7是待測(cè)試樣，試樣固定于支桿的端部，并位于兩磁極的中間，支桿的上端和彈性系統(tǒng)相接，彈性系統(tǒng)固定于儀器架上。支桿上裝有1個(gè)反射鏡，光源發(fā)出的光束由反射鏡反射到燈尺上

在工作空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度在24104A/m（3000Oe）以上試樣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸是330mm（長度與直徑比大于或等于10）

待測(cè)試樣的起始位置和磁場之間的夾角為0，一般0<10，見圖（b）。在磁場的作用下，鐵磁性試樣將產(chǎn)生一個(gè)力矩M1

V為試樣的體積，H為磁場強(qiáng)度M為磁化強(qiáng)度為試樣與磁場之間的夾角

M1驅(qū)使試樣向磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由此導(dǎo)致彈簧產(chǎn)生變形，由變形產(chǎn)生一個(gè)反力矩M2為由M1引起試樣與磁場之間夾角的變化值C為彈簧的彈性常數(shù)在測(cè)量過程中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，M1=M2，則可以得到

在測(cè)量過程中，很小，故可以認(rèn)為sin=sin0，則

熱磁儀測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)的測(cè)量和自動(dòng)記錄，測(cè)量速度也較快，可以跟蹤測(cè)量轉(zhuǎn)變速度較快的過程。拋脫法測(cè)量矯頑力大螺線管1－產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場測(cè)量時(shí)，首先將又剩磁的試樣放入測(cè)量線圈中，螺線管通以電流產(chǎn)生去磁磁場，試驗(yàn)在反向磁場作用下產(chǎn)生退磁，此時(shí)將試樣迅速抽出測(cè)量線圈，放于螺線管內(nèi)距測(cè)量線圈較遠(yuǎn)的地方，或抽到螺線管外1－螺線管2－測(cè)絲線圈B－沖擊檢流計(jì)原理若試驗(yàn)經(jīng)退磁后剩磁不為零，則抽動(dòng)時(shí)，測(cè)量線圈中會(huì)有磁力線的變化，檢流計(jì)光點(diǎn)就要發(fā)生偏移若試驗(yàn)經(jīng)退磁后剩磁為零，則抽動(dòng)時(shí)，測(cè)量線圈中磁通不變化，檢流計(jì)光點(diǎn)不動(dòng)，這時(shí)的去磁磁場即為矯頑力。磁晶各向異性常數(shù)的測(cè)量方法

轉(zhuǎn)矩磁強(qiáng)計(jì)的原理是，當(dāng)樣品(片狀或球狀)置于強(qiáng)磁場中，使樣品磁化到飽和。若易磁化方向接近磁化強(qiáng)度的方向，則磁晶各向異性將使樣品旋轉(zhuǎn)，以使易軸與磁化強(qiáng)度方向平行這樣就產(chǎn)生一個(gè)作用在樣品上的轉(zhuǎn)矩。如果測(cè)量轉(zhuǎn)矩與磁場繞垂直軸轉(zhuǎn)過的角度關(guān)系，就可以得到轉(zhuǎn)矩曲線，并由此可求得磁晶各向異性常數(shù)。右圖是用來測(cè)量轉(zhuǎn)矩曲線的轉(zhuǎn)矩儀。在自動(dòng)轉(zhuǎn)矩儀研制出耒以前，是用光電方法測(cè)量。易磁化方向磁場磁晶各向異性常數(shù)的測(cè)量方法樣品吊在一根彈性金屬絲上，樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)使吊絲產(chǎn)生一個(gè)扭力矩L，k是扭力系數(shù)(達(dá)因.厘米/度)，1

為樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。如果樣品的體積為V，則平衡條件為VT=L=k1是易軸與磁化強(qiáng)度之間的夾角適當(dāng)選擇扭力系數(shù)k，使1在較小的范圍內(nèi)變化。如果磁場的轉(zhuǎn)角為(0到360度)，則=-1，由于1很小，就可簡化=。H1易軸00Is(Is//H)吊絲鐵磁體材料的交流磁性測(cè)量

—?jiǎng)討B(tài)磁化曲線測(cè)量圖為測(cè)量動(dòng)態(tài)磁化曲線的原理圖。該裝置是通過測(cè)量一個(gè)與被測(cè)磁通鏈的線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)定交變磁通的。在不同的交變磁場Hm（峰值）下測(cè)出相應(yīng)的Bm，即得交流磁化曲線。根據(jù)Bm-Hm曲線可以求出振幅磁導(dǎo)率a等動(dòng)態(tài)磁參數(shù)在被測(cè)的閉路試樣上繞有兩組線圈。采用自耦變壓器來調(diào)節(jié)磁化電流的大小由測(cè)得的磁化電流峰值Im可以算出交流磁場峰值Hm。如果磁化電流是正弦變化，磁化電流峰值Im可直接從有效值電流表A的讀書I求得。這時(shí)，磁場的峰值為W1為磁化線圈的總匝數(shù)，l為試樣的平均磁路長度

嚴(yán)格的說，為了滿足B的正弦變化，磁化電流必為非正弦。這種情況下，磁場的峰值可由磁化電流的平均值方便地求得。具體方法是在磁化電流回路中接入互感M，用平均值電壓表測(cè)量互感次級(jí)感應(yīng)電壓平均值，于是

f為磁化電流的頻率，由頻率計(jì)讀得；M為互感（H）如果測(cè)得次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰值為

W2為測(cè)量線圈的總匝數(shù)S為試樣截面積m2

由于線圈中磁通的變化是與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，但指示儀表內(nèi)阻有限，故只能測(cè)到線圈兩端的端電壓，因而存在方法誤差。電壓表的內(nèi)阻愈小，方法誤差愈大。可見指示儀表法是一種準(zhǔn)確度不高的方法，其測(cè)量誤差一般為10%左右，不能測(cè)磁損耗鐵磁體材料的交流磁性測(cè)量

—損耗的功率表測(cè)量用功率法和Epstein方圈來測(cè)量軟磁材料在交變磁化時(shí)的損耗，是世界各國規(guī)定作為檢驗(yàn)硅鋼片交流損耗的標(biāo)準(zhǔn)方法。在頻率低于1000Hz和較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度下測(cè)量硅鋼片的損耗時(shí)，其測(cè)量誤差約為3%

Epstein方圈結(jié)構(gòu)Epstein方圈結(jié)構(gòu)Epstein線圈用10Kg試料（當(dāng)材料性能均勻時(shí)可采用1Kg試料的小方圈）從大張硅鋼片上剪下50030mm2長條，分成四組插入預(yù)先繞好的四個(gè)方形截面螺線管內(nèi)，組成一個(gè)正方形