土木专业建筑学磁性材料一随堂讲义.ppt

* * * * * * 2013年3月7日，第二周，第三节。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ⑴ 交换能： 交换能属于近邻原子间的静电相互作用能。它比其它各项磁自由能大102-104数量级。 它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。其他各项磁自由能不改变其自发磁化的本质，而仅改变其磁畴结构。 在3d金属如Fe，Co，Ni，中，当3d电子云重叠时，相邻的3d电子存在交换作用。交换能Eex与两个电子自旋磁矩的取向有关，表达为 σ是以普朗克常数为单位的电子自旋角动量。Φ为相邻原子3d电子自旋磁矩的夹角，A为交换积分常数。在平衡状态，相邻原子3d电子自旋磁矩的夹角遵循能量最小原理。 为什么铁磁性材料中会出现磁畴呢？ ⑵ 静磁能：强磁性物质的磁化强度与外磁场的相互作用能称为静磁能 M—磁化强度；H—外磁场；θ—M 和H 的夹角 （3）磁晶的各向异性能EK 从晶体的易磁化方向转到难磁化方向所需做的功叫磁晶各向异性能EK 对于不同的晶体结构有不同的表达式。 立方晶体： （4）磁弹性能Eσ 当铁磁体内存在内应力或有外应力作用时，磁致伸缩与应力发生相互作用，与此相关的能量称为磁弹性能。 （5） 退磁场能 退磁场 在开路状态下，一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在它的两端将产生一个磁场。该磁场的方向与磁体的M方向相反，并使磁体产生退磁倾向，叫做退磁场Hd。 退磁场能：物质的磁化强度和其自身的退磁场的相互作用能称为退磁场能。 N称为退磁因子，与铁磁体的形状有关 沿长轴磁化的细长样品，N≈0， 短粗的样品，N则很大 宏观磁体内磁畴？？ 交换能 磁晶各向异性能 退磁场能 第一节 铁磁学基础 1.1 物质的磁性 1.2 磁化过程与技术磁参量 （一）磁畴结构 （二）磁畴移动与磁化过程，反磁化过程 （三）铁磁体中的磁自由能 （四）磁性材料的技术磁参量 （五）磁性材料的稳定性 1.3 磁性材料分类 (四）磁性材料的技术磁参量 技术磁参量 MS: 饱和磁化强度 Tc：居里温度 Hc：矫顽力 Mr：剩磁 主要取决于材料的化学成分 对材料结构（如晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷、掺杂物等）敏感，可以通过适当的工艺改变 外禀磁参量: Hc、Mr，磁导率，磁损耗磁能积等 内禀磁参量: MS、Tc 饱和磁化强度MS 有两个铁磁相时 居里温度Tc: 铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度 粘性磁导率 粘性磁导率 静态磁导率：直流磁场中测得的磁导率 起始磁导率：磁化曲线起始点的斜率（技术上规定） 最大磁导率：B-H曲线上B与H比值的最大值。靠近临界场，与材料内掺杂物，内应力等有关，是组织敏感参量 动态磁导率：在交流磁场中测得的磁导率 弹性磁导率，与磁性材料存贮的能量成正比。 磁导率： B-H曲线上任何一点的B与H的比值都 称为磁导率。 决定功能器件的灵敏度 剩磁： 铁磁体磁化到技术饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的Mr或者Br统称为剩磁。Mr称为剩余磁化强度，Br称为剩余磁感应强度 矫顽力： 铁磁体磁化到技术饱和后，使它的磁化强度或者磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。 磁损耗： 软磁材料在磁化和反磁化过程中所损失的能量。由涡流损耗We，磁滞损耗Wh和剩余损耗Wr三部分组成，通常以每公斤材料损耗的功率表示，即 W=We+Wh+Wr 涡流损耗We：在交变磁化条件下，材料垂直于磁场的平面内产生的涡流引起发热产生的损耗。循环磁化一周的涡流损耗与材料的电阻率、厚度D、磁感变化幅度Bm关系如下: 磁滞损耗Wh：在循环磁化条件下，材料每循环磁化一周所消耗的能量，它也以热的形式表现出来，其大小与磁滞回线的面积呈正比。 剩余损耗Wr ：从总损耗中扣除涡流损耗和磁滞损耗所剩的部分 磁能积（BH） ：磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度。 Hg=(BmHmVm/μ0Vg)1/2 ? 式中Vm、Bm和Hm分别是磁铁的体积、磁感强度和磁场强度，Vg、Hg是气隙的体积和磁场强度。 最大磁能积（BH）max：退磁曲线上磁能积最大的一点，工程应用中通常将(BH)max称为磁能积。 第一节 铁磁学基础 1.1 物质的磁性 1.2 磁化过程与技术磁参量 （一）磁畴结构 （二）磁畴移动与磁化过程，反磁化过程 （三）铁磁体中的磁自由能 （四）磁性材料的技术磁参量 （五）磁性材料的稳定性 1.3 磁性材料分类 （五）磁性