磁性材料概论概要.ppt

磁性材料的分类 第四小组 概述 磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。 何为磁性物体？ 磁性物体有什么性质？ 何为磁性材料？ 磁性材料如何分类？ 每一种磁性材料有何性质与应用？ 磁性物体的 把物体置于外加磁场物体被磁化，这种被磁化的 物体称为磁性物体 根据磁铁的磁化率和符号划分性质： 物质的磁性 抗磁性 顺磁性 反铁磁性 铁磁性 亚铁磁性 弱磁性 强磁性 磁性材料 磁性认知的发展 十七世纪：英国，威廉.吉伯 ：《磁体》 1899年：法国，居里提出居里温度，磁性转变。 1905：法国，郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。 1921：奥地利，泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。 1928：英国，狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩，并与德国物理学家海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在，奠定了现代磁学的基础。 1936：苏联，郎道完成了巨著《理论物理学教程》，其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章。 1936-1948：法国，奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念。 1967：奥地利，斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁体(SmCo5)，从而揭开了永磁材料发展的新篇章。 1991：德国，克内勒提出了双相复合磁体交换作用的理论基础，指出了纳米晶磁体的发展前景。 磁性材料的分类 按基本性能 软磁 硬磁 旋磁 矩磁 压磁 磁化性 磁化率，表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示， 等于磁化强度M与磁场强度H之比引，即 M=cmH 某一物质的磁化率可以用质量磁化率χ来表示。 抗磁质，χ0，其值都很小。 顺磁质，χ0，室温下很小。 铁磁质，χ很大，且M与H之间有复杂的非线性关系。 抗磁性 附加磁化强度与外磁场相反 对于电子壳层被填满的物质，原子磁矩为零。在外磁场作用下，电子运动将产生一个附加的运动（由电磁感应定律而定），感生出与H反向的磁矩。 实例：惰性气体、许多有机化合物、某些金属（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金属（如：Si、P、S） 任何物质都具有抗磁的本性。 物质具有抗磁的本性并不是一定会呈现出抗磁性，而只有当物质的这种抗磁因素超过其顺磁因素时，物质才呈现抗磁性，才称为抗磁质。 随外磁场的增加，附加的抗磁磁矩增强，抗磁磁化强度增大。 顺磁性 结构特点：原子中具有未填满电子的电子层，形成原子的固有磁矩。在磁场作用下，原子磁矩转向H方向，感生出与H一致的M。 如：稀土金属和铁族元素的盐类。 顺磁质磁化强度随外磁场的增大而增大，但很难达到磁饱和，只有当温度趋近热力学零度时，才能使顺磁物质的原子磁矩沿外磁场呈完全规则取向。 居里定律 顺磁质的磁化率与绝对温度(T)成反比。 初称居里定律。后在1907年经法国物理学家韦斯进一步研究，予以精确化，命名为居里一韦斯定律， 方程：X=C/(T－Q) 铁磁物质的转变温度称为顺磁居里温度(Q)，达到此温度，失去铁磁性，呈顺磁性。 反铁磁性 在有些材料中，相邻原子或离子的磁矩呈反方向平行排列，结果总磁矩为零，叫反铁磁性。 反铁磁性物质有某些金属如Mn，Cr等，某些陶瓷如MnO，NiO等以及某些铁氧体如ZnFe2O4等 以氧化锰(MnO)为例，它是离子型陶瓷材料，由Mn2+和O2-离子组成， O2-离子没有净磁矩，因为其电子的自旋磁矩和轨道磁矩全部都对消了；Mn2＋离子有未成对3d电子贡献的净磁矩。 在MnO晶体结构中，相邻Mn2+离子的磁矩都成反向平行排列，结果磁矩相互对消，整个固体材料的总磁矩为零。 铁磁性 在较弱的磁场作用下就能产生很强的磁化强度。在外磁场除去后仍保持相当大的永久磁性，具有磁滞现象。 铁磁体在温度高于居里温度后变成顺磁体。 具有铁磁性的金属有铁、钴、镍等， 铁磁质的应用最广泛，特别是在信息的记录和存储方面（磁带、计算机存储器） 铁磁质的确定因素 决定因素：原子是否具有未成对电子，即自旋磁矩贡献的净磁矩(本征磁矩)和原子在晶格中的排列方式 铁、钴、镍等过渡元素都具有未成对的3d电子。 分别具有4、3和2的净磁矩。 铁、钴、镍金属在室温下具有自发磁化的倾向 形成相邻原子的磁矩都向一个方向排列的小区域，称为磁畴。 亚铁磁性 亚铁磁性在宏观性能上与铁磁性类似， 区别在于亚铁磁性材料的饱和磁化 强度比铁磁性的低。 成因是由于材料结构中原子磁矩不象 铁磁体中那样向一个方向排列，而是 呈反方向排列，相互抵消了一部分。 软磁材料 具有较高的磁导率和较高的饱和磁感应强度； 较小的矫顽力（矫顽力很小，即磁场的方向和大小发生变