第十四讲 技术磁化课件.pptVIP

第三章 材料的磁学性能 顾修全 本章内容 基本磁学性能 铁磁性 铁磁体的技术磁化 铁磁材料的测量与应用 磁性材料的研究热点 第三节 铁磁体的技术磁化 铁磁体内相互作用能 磁畴 技术磁化与磁滞回线 影响铁磁性的因素 1.铁磁材料的相互作用能 1) 交换能 2）磁晶各向异性 磁晶各向异性能 3) 外磁场能 4）退磁场 退磁场能 4）磁致伸缩 磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，形状和尺寸都发生变化的现象。 原因：当原子磁矩有序排列时，电子间的相互作用导致原子间距的自发调整引起的。 磁滞伸缩的内在机理 自发形变（自发磁滞伸缩） 场致形变（磁致伸缩） 形状效应 磁弹性能 5）应力能 第三节 铁磁体的技术磁化 铁磁体内相互作用能 磁畴 技术磁化与磁滞回线 影响铁磁性的因素 2. 磁畴 磁畴壁的厚度 磁畴的形成是能量最小原则的必然结果，即形成磁畴是为了降低系统的能量。 磁畴结构受交换能、磁晶能、磁弹性能、畴壁能和退磁能的影响，平衡状态时的磁畴结构，应使这些能量之和为最小值。 不均匀物质中的磁畴 磁泡 第三节 铁磁体的技术磁化 铁磁体内相互作用能 磁畴 技术磁化与磁滞回线 影响铁磁性的因素 2）技术磁化的两种机制 畴壁的迁移磁化（壁移磁化） 磁畴的旋转磁化（畴转磁化） 第三节 铁磁体的技术磁化 铁磁体内相互作用能 磁畴 技术磁化与磁滞回线 影响铁磁性的因素 4. 影响铁磁性的因素 温度 形变和晶粒度 成分、组织及相结构 表示材料铁磁性的参数 组织敏感性参数 组织不敏感性参数 1）温度的影响 2）形变和晶粒度的影响 3）成分、组织及相结构的影响 形成固溶体 形成化合物 形成多相合金 形成固溶体 形成多相合金 小结 磁畴结构 技术磁化过程 影响铁磁性的因素 尼耳畴壁 磁矩垂直于膜面将会产生很大的退磁场，因此在畴壁中磁矩的过渡在膜面内进行，磁矩没有垂直于膜面的分量。 W 0 N0 N ECr EK 磁畴壁越厚，则壁的交换能ECr 越低；但磁畴壁厚度的增加 也将会导致磁晶能EK 增加，使壁倾向变薄。 畴壁能的最小值所对应的壁厚N0为平衡状态时壁的厚度。 畴壁能=磁交换能+磁晶能 当铁磁晶体形成磁畴时，虽然降低了退磁场能，但增加了畴壁能。对大块晶粒来说，后者比前者要小很多，因此分畴在能量上是有利的。 为了最大限度地减小退磁能，磁畴必须形成三角畴的封闭结构，即呈封闭磁路，这样可使退磁能等于零。 磁畴的起因与结构 磁畴结构类型的不同是铁磁质磁性千差万别的原因之一。 以铁磁单晶体为例： 单晶体的磁畴结构示意图 降低退磁能 减小畴壁能 减小磁弹性能 多晶体中的磁畴示意图 多晶体中的每一个晶粒 都可能包含许多磁畴， 整个材料内部磁通保持 连续，形成闭合回路。 就整体上来说，材料对 外显示各向同性。 若晶粒尺寸逐渐减小，体系的自由能中畴壁能的比重增长，以至当其与因分畴而减小的退磁场能相比拟或超过它时，整个晶粒不分畴在能量上将更有利，这就是单畴颗粒。单畴颗粒的临界尺寸由晶粒自由能的极小值确定。通过计算得到的铁、钴、镍单畴颗粒的临界尺寸的数量级为10－2埃。 磁单畴颗粒 研究意义：制备低磁导率、高矫顽力的永磁材料。 例如，采用粉末冶金法提高材料的矫顽力。 3. 技术磁化和磁滞回线 技术磁化的本质：外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向（和）或近似外磁场方向的过程。 使铁磁材料的宏观磁性表现出来。 技术磁化过程的描述：磁化曲线与磁滞回线。 1）铁磁材料的基本磁化曲线 磁化的三个阶段 在第 I 阶段，外磁场H 较小，磁感应强度B 和磁化强度M 随H 增大缓慢上升，B 与H 基本上是线性关系，磁化是可逆的。称为起始磁化阶段。 在这一阶段，与外磁场方向成锐角的磁畴能量低，磁畴扩大；而与外磁场成钝角的磁畴缩小。磁畴大小的变化通过磁畴壁的迁移实现。 在第 II 阶段：随H 增大，B 和H 都迅速增大，μ 增加很快，并出现最大值。这个阶段是不可逆的，去掉外磁场还保留部分磁化。 在第 III 阶段：随H 进一步增大，B 和M 逐渐变缓，μ 变小，并趋向于μ 0。当磁场强度达到Hs 时达到磁饱和，这 时随着H 增大，M 不变。称为饱和磁化阶段。 在第二阶段磁畴壁随磁畴的增大而快速移动，称磁畴壁跳跃（巴克豪生跳跃）。与磁场夹角比较大的难磁化磁畴转向夹角较小的易磁化方向。当磁场增大到很大时，所有自旋磁矩通过磁畴壁的跳动来实现，转动到与磁畴成最小夹角的易磁化方向。 在这一阶段发生磁畴转动。磁畴由易磁化方向转动到与外磁场一致的方向。这时去除外磁场，磁畴由与外磁场一致的方向转动到易磁化方向。 Ms H θ Ms H 易轴方向 θ0 θ 壁移磁化 转动磁化 磁