課件13第六章：技術(shù)磁化理論1

第六章：技術(shù)磁化理論磁性物理學(xué)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、理解疇壁位移、疇壁轉(zhuǎn)動(dòng)磁化機(jī)制以及各種磁化過(guò)程中受到的主力作用。2、了解描述各種磁化過(guò)程理論。3、能計(jì)算靜態(tài)磁性參數(shù)，掌握改善這些參數(shù)應(yīng)遵循的規(guī)律、途徑。4、理解計(jì)算磁化曲線(xiàn)的基本原理，能計(jì)算簡(jiǎn)單的磁化曲線(xiàn)。磁化過(guò)程：磁體在外場(chǎng)作用下，從磁中性狀態(tài)到飽和狀態(tài)的過(guò)程。

技術(shù)磁化：在緩慢變化或低頻交變磁場(chǎng)中進(jìn)行磁化。（所考慮的是磁化已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的問(wèn)題）獲得磁中性狀態(tài)的方法：交流退磁：無(wú)直流磁場(chǎng)，對(duì)磁體施加一定強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)，并將其振幅逐漸減小到零。熱致退磁：將磁體加熱到Tc

以上，然后在無(wú)H時(shí)冷卻下來(lái)。第一節(jié)磁化過(guò)程概述一、磁化曲線(xiàn)的基本特征抗磁性、順次性、反鐵磁性的磁化曲線(xiàn)均為一直線(xiàn)。鐵磁性、亞鐵磁性磁化曲線(xiàn)為復(fù)雜函數(shù)關(guān)系。磁化曲線(xiàn)可分為五個(gè)特征區(qū)域：1、起始磁化區(qū)H很小，可逆磁化過(guò)程

M＝χiH

B＝μ0μiH（μi＝1+

χi）2、Rayleigh區(qū)仍屬弱場(chǎng)范圍，其磁化曲線(xiàn)規(guī)律經(jīng)驗(yàn)公式：H起始磁化區(qū)陡峭區(qū)趨近飽和區(qū)Rayleigh區(qū)M3、陡峭區(qū)中場(chǎng)H范圍。M變化很快。是不可逆磁化過(guò)程，發(fā)生巴克豪森跳躍的急劇變化，其χ

與μ

均很大且達(dá)到最大值——又稱(chēng)最大磁導(dǎo)率區(qū)。4、趨近飽和磁化區(qū)強(qiáng)H，M變化緩慢，逐漸趨于技術(shù)磁化飽和。符合趨于飽和定律：5、順磁磁化區(qū)需極高的H，難以達(dá)到。在技術(shù)磁化中不予考慮。二、磁化過(guò)程的磁化機(jī)制1、磁化過(guò)程大致可以分為四個(gè)階段：(1)、可逆磁化階段：若H退回到零，其M也趨于零。同時(shí)存在：a、疇壁位移（金屬軟磁材料和μ

較高的鐵氧體中以此為主）。b、磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)（在μ

不高的鐵氧體中以此為主）。(2)、不可逆磁化階段主要指不可逆壁移(3)、磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)此時(shí)樣品內(nèi)壁移已基本完畢，要使M增加，只有靠磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況下，可逆與不可逆疇轉(zhuǎn)同時(shí)發(fā)生與這個(gè)階段。(4)、趨近飽和階段ΔM很小，M的增加都是由于磁疇磁矩的可逆轉(zhuǎn)動(dòng)造成的H起始磁化階段磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)階段趨近飽和階段不可逆磁化階段M2、反磁化過(guò)程磁滯回線(xiàn)鐵磁體的不可逆磁化磁滯磁滯回線(xiàn)HMOMr-HC+HCMm6-2可逆壁移磁化過(guò)程一、壁移磁化機(jī)制在有效場(chǎng)作用下，自發(fā)磁化方向接近于H方向的磁疇長(zhǎng)大，而與H方向偏離較大的近鄰磁疇相應(yīng)縮小，從而使疇壁發(fā)生位置變化。其實(shí)質(zhì)是：在H作用下，磁疇體積發(fā)生變化，相當(dāng)于疇壁位置發(fā)生了位移。1800壁位移磁化過(guò)程如圖：說(shuō)明H作用下，壁移磁化的物理本質(zhì)是疇壁內(nèi)每個(gè)磁矩向著H方向逐步地轉(zhuǎn)動(dòng)1、壁移磁化的動(dòng)力設(shè)單位面積的1800壁，在位移作用下位移Δx。2、壁移的阻力壁移過(guò)程中，由鐵磁體的內(nèi)部能量發(fā)生變化，將對(duì)壁移產(chǎn)生阻力。阻力來(lái)源于鐵磁體內(nèi)的不均勻性。①內(nèi)應(yīng)力起伏的分布：②成分的起伏分布（如雜質(zhì)、氣孔、非磁性相）壁移時(shí)，這些不均勻性引起鐵磁體內(nèi)部能量大小的起伏變化，從而產(chǎn)生阻力。二、應(yīng)力阻礙疇壁運(yùn)動(dòng)的壁移磁化（應(yīng)力理論）當(dāng)鐵磁體內(nèi)存在不均勻性的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，壁移時(shí)將會(huì)在磁體內(nèi)引起磁彈性能與疇壁能變化。即：壁移磁化處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力＝阻力。1、1800壁移磁化方程

Fσ對(duì)1800壁移不構(gòu)成阻力，阻力主要來(lái)自于應(yīng)力起伏引起的疇壁能密度改變。2、900壁移磁化方程設(shè)內(nèi)應(yīng)力起伏引起的Fσ影響大于Eω，阻力主要來(lái)自于磁彈性能的增加。三、含雜理論雜質(zhì)的作用：雜質(zhì)的穿孔作用：疇壁位移經(jīng)過(guò)雜質(zhì)處時(shí)，疇壁面積變化引起疇壁能的變化，從而對(duì)壁移形成阻力。退磁場(chǎng)作用：壁移時(shí)，雜質(zhì)周?chē)舜艌?chǎng)能發(fā)生變化，會(huì)形成對(duì)壁移的阻力。實(shí)際材料中，若雜質(zhì)尺寸很小且Ms低，則雜質(zhì)對(duì)壁移形成的阻力作用主要為穿孔作用引起的疇壁能變化，故可略去退磁場(chǎng)作用。即：壁移磁化過(guò)程中磁位能的降低等于雜質(zhì)穿孔導(dǎo)致的疇壁能的增加。第三節(jié)可逆疇壁位移的起始磁化率精確計(jì)算χi

非常復(fù)雜，只能在某種程度上作出假定的模型下計(jì)算的。但計(jì)算結(jié)果能反映磁化過(guò)程中的物理本質(zhì)，且與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符，并能為改善磁材性能指出明確方向。

計(jì)算方法是：先從疇壁位移平衡條件δF=0建立磁化方程，再分別得到?H/?x與?MH/?x，最后由：來(lái)計(jì)算χi。而單位面積疇壁移動(dòng)x時(shí)，H方向磁化強(qiáng)度增加為：一、應(yīng)力模型決定的χi

1、180o疇壁位移∴磁化過(guò)程中產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度為：∴由H→0和ΔH→0相當(dāng)于磁中性狀態(tài)γω=極小值。⑵、求S//設(shè)疇寬D=l，單位體積內(nèi)有1/l個(gè)疇與疇壁，S//=(1×1)×1/l=1/l∵σ(x)的每個(gè)極小值處并不都有180o壁2、90o壁移（采用相同處理）二、含雜理論決定的χi計(jì)算過(guò)程：先寫(xiě)出含雜理論的χi表達(dá)式，再假設(shè)一個(gè)具體的雜質(zhì)分布模型來(lái)計(jì)算?，F(xiàn)在考慮求疇壁面積S//：設(shè)雜質(zhì)分布為簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣，點(diǎn)陣常數(shù)為a，雜質(zhì)為直徑為d的球粒。則H=0時(shí)，疇壁總面積最小，在雜質(zhì)中心處Ew最小。H≠0時(shí)，疇壁離開(kāi)中心處，總面積增加，Ew增加。若雜質(zhì)點(diǎn)陣中一個(gè)單胞內(nèi)壁移x，被雜質(zhì)穿孔后的疇壁面積為：對(duì)于180o壁，由于并非所有雜質(zhì)處都有疇壁?？梢?jiàn)：材料內(nèi)部存在雜質(zhì)、氣泡或內(nèi)應(yīng)力，均會(huì)影響到疇壁能的大小變化，導(dǎo)致對(duì)壁移產(chǎn)生阻力。由于鐵氧體中的不均勻變化比金屬磁性材料嚴(yán)重，故鐵氧體的μi

一般較金屬材料