(材料物理课件）Chap7.2技术知识磁化.pptVIP

2.技术磁化 2.1 磁性材料中的基本现象 磁晶各向异性、磁致伸缩 2.2 磁畴结构 磁畴的成因、畴壁结构、磁畴结构 2.3 技术磁化 磁化机制、可逆磁畴位移磁化过程、不可逆磁畴位移磁化过程、可逆磁畴转动磁化过程、不可逆磁畴转动磁化过程 2.4 动态磁化 动态磁化过程、动态磁化参数、磁损耗 ;2.1 磁性材料中的基本现象 2.1.1 磁晶各向异性;1. 磁晶各向异性能;;;磁致伸缩机理;;;;在没有外场和外应力的情况下，铁磁体的总自由能是由退磁场能（Ed)、交换能（Eex)和磁晶各向异性能（EK)构成。 铁磁体内产生磁畴是由于自发磁化平衡分布要满足能量最低原理的必然结果。当铁磁晶体沿易磁化轴方向磁化达到饱和时，交换能和磁晶各向异性能可以同时达到最小值，也就是说交换能和磁晶各向异性能不会导致磁畴的产生。由于退磁场能较大，它的存在导致铁磁体的总能量增加，使自发磁化状态不稳定。为了降低表面退磁场能。只有改变自发磁化的分布状态。于是出现许多自发磁化区域，这样的每个区域成为磁畴。退磁场能在铁磁体内要达到最小是形成磁畴的主要原因。;;;;;;式中，?为磁壁厚。;;; 湼耳畴壁：对于二维薄膜样品，但膜厚足够小时，布洛赫壁的形成对能量降低是不利的，因为布洛赫畴壁中的磁矩在薄膜表面产生磁极，从而增加了退磁能。下图表示涅耳壁，在这种畴壁内，磁距的方向不是在壁平面内逐渐旋转，而是平行于薄膜表面，逐渐旋转过去。;2.2.2.4 磁畴结构 均匀铁磁体的磁畴结构 （1）开放型磁畴结构 这种结构会使磁体表面形成自由磁极，具有退磁场能。由畴壁能和退磁场能构成的总能量取极小值决定磁体稳定下的磁畴结构。 （2）闭合型磁畴结构 在铁和镍这样易磁化轴多于1的立方晶体中，可以产生磁化强度平行晶体表面的磁畴来避免自由磁极的产生。 ;;;;;; Neel 1944年就指出：晶体中存在的空洞和非磁性杂质会引起很大的退磁场，为了减小退磁场，在空洞附近会产生局部的磁畴结构，称Neel次畴。;;2.2.2.5 磁畴结构的覌察;2、磁光方法;3、洛仑兹( Lorentz )电子显微术;4、磁力显微镜MFM;表面形貌图;;磁性粒子的退磁场能可以粗略地估计为单畴颗??退磁场能的d/2r倍。对于球形颗粒，退磁场因子N=1/3，则粒子的退磁场能为：;在临界半径时，d=2rc,; 以上简单计算了球形粒子的单畴临界半径，但对磁畴和畴壁都使用了大块材料的计算结果，显然这种推广并不完全合理，比如，计算出的临界尺寸竟超过了大块材料中估算出来的畴壁厚度！后来发展了微磁学理论初步解决了临界尺寸的计算问题：;;;;;;;2.3.2.1 内应力模型 在该模型中，主要考虑内应力的起伏分布对磁体内部能量变化的影响，忽略杂质的影响。一般金属软磁材料和软磁铁氧体适合采用这种模型。;;;磁体内存在沿畴壁移动方向的内应力分布：;由磁化方程可得：;2.3.2.2 含杂模型 在该模型中，忽略内应力的影响，主要考虑由于存在的杂质而引起的磁体内能量的变化，从而对畴壁的移动形成阻力。畴壁位移时，畴壁能密度变化很小，主要是畴壁面积变化引起的畴壁能的变化。即：;以畴壁位移决定的磁化率为：;;2.3.3 不可逆畴壁位移磁化过程 在施加较低的外磁场情况下，磁性材料发生可逆畴壁位移而被磁化，即撤消外场后，材料能按照原来的磁化路径回到起始磁化状态。但在较强的外磁场情况下，如果撤消外场后，不能按照磁化路径回到起始磁化状态，即为不可逆磁化过程。产生的主要原因为：磁体内存在内应力和杂质以及晶界等结构起伏变化。;;;;;在外磁场作用下，磁体内存在外磁场能FH、磁晶各向异性能Fk、磁应力能F? 、和退磁场能Fd。 磁畴转动过程中，总的自由能为：F=FH+Fk+F?+Fd 磁畴转动平衡时，满足能量最小值原理，即：;;;上述两种模型是在一定程度对实际畴转过程的简化，实际磁性材料内部往往同时存在磁晶各向异性能和磁弹性能，它们同时对畴转构成阻力。所以可以发现畴壁转动过程中影响起始磁导率的因素有： （1）材料的饱和磁化强度Ms，Ms越大，起始磁导率越高； （2）材料的磁晶各向异性常数Ku1和磁致伸缩系数?s，KU1和?s越小，起始磁导率越高； （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，起始磁导率也越高。;;;;;;假定交变磁场H呈正弦周期性变化，则相应的磁感应强度B也呈正弦周期性变化，但在时间上B要落后一个相位角?。它们的数学表达式为：H=Hmsin?t，B=Bmsin(?t-?) B落后H变化的现象，称为磁化的时间效应。它表现为以下几个现象： （1）磁滞现象 静态磁化由于不可逆磁化而存在磁滞现象，但磁化不随时间变化。交变磁场中的磁化是个动态过程，有时间效应。