磁性材料-第一章.ppt

*对一种磁性材料，磁化过程以一种或几种机制为主，不一定包括全部的四种机制。 软磁材料：畴壁位移磁化为主 单畴颗粒材料：仅存在单纯畴转磁化过程 1.5.2 可逆畴壁位移磁化过程 *在H作用下，i畴能量最低，k畴能量最高，根据能量最小原理的要求，i畴体积增大，k畴体积减小，相当于畴壁移动了一段距离。 *实际上，在一定的外场下，畴壁位移的距离是有限的。 原因：材料内部存在着阻碍畴壁运动的阻力，阻力主要来源于铁磁体内部的不均匀性，主要是铁磁体内部存在有内应力的起伏分布和组分的不均匀分布，如杂质、气孔和非磁性相等。 *单位体积铁磁体内的总能量为： *畴壁位移磁化过程中，必须满足自由能最小原理： *畴壁位移磁化过程中的一般磁化方程式： *物理意义：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低与铁磁体内能的增加相等。 *磁化过程中的平衡条件： 动力(磁场作用力)＝阻力(铁磁体内部的不均匀性) *根据阻力的不同来源，分为两种理论模型： 内应力模型和含杂模型 一、内应力模型 *主要考虑内应力的起伏分布对铁磁体内部能量变化的影响，忽略杂质的影响。一般的金属软磁材料和高磁导率软磁铁氧体适合采用这种模型。 180o畴壁的起始磁化率: 90o畴壁的起始磁化率: l?磁畴的宽度；??充实系数，晶体中实际存在的180o畴壁占据自由能极小位置的分数；??畴壁的厚度； ?S?饱和磁致伸缩系数；???应力的变化 二、含杂模型 *忽略内应力的影响，主要考虑由于存在的杂质而引起的铁磁体内能量的变化。如果铁磁晶体内包含许多非磁性或弱磁性的杂质、气孔等，而内应力的变化不大，则可以采用含杂模型。 180o畴壁为例: d?杂质直径；??杂质的体积浓度 *小结：畴壁位移磁化过程中影响起始磁导率的因素有 (1) 材料的MS，MS越大，?i越高； (2) 材料的K1和?S，K1和?S越小，?i越高； (3) 材料的内应力?，材料内部的晶体结构越完整均匀，产生的内应力越小，?i越高； (4) 材料内的杂质浓度?，?越低，畴壁位移磁化过程决定的?i越高。 1.5.3 不可逆畴壁位移磁化过程 *同可逆畴壁位移磁化过程一样，铁磁体内存在应力和杂质以及晶界等结构起伏变化是产生不可逆畴壁位移的根本原因。 180o畴壁的不可逆畴壁位移模型 180o畴壁位移磁化方程 ?w：畴壁能密度 H=0时，停留在O点，畴壁处于平衡状态，因 H0时，畴壁开始移动，磁场能下降，畴壁能增加，二者平衡 oa一段：为可逆畴壁位移磁化阶段 ae一段：为不可逆畴壁位移磁化阶段 *以存在应力起伏分布的180o畴壁为例: *?ir比?i大很多，提高?ir的途径类似?i 1.5.4 可逆磁畴转动磁化过程 *磁畴转动过程中总的自由能 *畴转磁化过程中的平衡方程式 *物理意义：畴转过程中，当铁磁体内磁位能降低的数值与磁晶各向异性能、磁应力能和退磁场能增加的数值相等时，畴转磁化处于平衡状态。 一、由磁晶各向异性控制的可逆畴转磁化 *畴转磁化方程 *以单轴六角晶系为例得 二、由应力控制的可逆畴转磁化 *畴转磁化方程 *求得 *实际中材料内部往往同时存在磁晶各向异性能和磁弹性能，这些因素都会对磁畴转动构成阻力。 *可逆磁畴转动磁化过程中影响起始磁导率的因素有： (1) 材料的MS ， MS越大， ?i越高； (2) 材料的K1和?S，K1和?S越小，?i越高； (3) 材料的内应力?，材料内部的晶体结构越完整均匀，产生的内应力越小，?i越高； 1.5.5 不可逆磁畴转动磁化过程 *实现不可逆畴转一般需要较强的磁场，因此通常铁磁体内的不可逆磁化主要是由畴壁位移引起的。对于单畴颗粒来说，只能是不可逆畴转。 *导致可逆畴转和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。 *下图为具有单轴各向异性的铁磁体的可逆与不可逆畴转磁化过程。 *从能量角度 *以单轴各向异性晶体为例，畴转磁化方程为 *如果畴转磁化过程处于稳定平衡状态，则必须满足条件 *如果处于非稳定平衡状态，则有 *由稳定平衡状态转为不稳定状态的分界点是 *不可逆畴转的磁化率 * * 第一章 磁学基础知识 1.1 磁化率和磁导率 对置于外磁场中的磁体有：M = χH χ称为磁体的磁化率 B = μ0(H+M) = μ0(H+ χH ) = μ0(1+ χ)H 定义： μ = 1+ χ ? 相对磁导率 ? μ = B/ μ0H *表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度的一个磁学量。 在不同的磁化条件下，磁导率有不同的表达形式 (1)起始磁导率μi