第五章-材料的磁學(xué)性能--100908

1、,第5章 材料的磁學(xué)性能,5.1 基本磁學(xué)性能,,目 錄,5.2 抗磁性和順磁性,5.3 鐵磁性與反鐵磁性,5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性,5.5 磁性材料及其應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo)及基本要求,掌握磁性基本表征參數(shù)，各類磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用，磁性材料在交變磁場(chǎng)中的磁化過程及宏觀磁性。熟悉磁性材料的動(dòng)態(tài)特性，磁性材料的種類及軟磁材料、硬磁材料、磁信息材料的特征。了解軟磁材料、硬磁材料及磁信息材料的應(yīng)用及發(fā)展。,教學(xué)

2、重點(diǎn)和難點(diǎn),（1）磁學(xué)基本物理量（2）磁性材料的種類（3）磁化曲線和磁滯回線（4）軟磁、硬磁、磁信息材料的特征,思考題,1、名詞解釋： 磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、矯頑力、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、飽和磁化強(qiáng)度、磁化率、磁滯損耗、磁疇、趨膚效應(yīng)。2、軟磁材料、硬磁材料及磁信息材料各有何特性？,磁學(xué)現(xiàn)象的兩個(gè)基本命題：磁及磁現(xiàn)象的根源是電流，或者說是電荷 的運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷表現(xiàn)作用力；載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)要做功。所有的

3、物質(zhì)都是磁性體。,磁學(xué)初步認(rèn)識(shí)：,5.1 基本磁學(xué)性能,存在著磁力作用的特殊物質(zhì),,磁場(chǎng)強(qiáng)度H：指空間某處磁場(chǎng)的大小，用H表示，它的單位是安/米（A/m）。磁化強(qiáng)度M：指材料內(nèi)部單位體積在某一方向的磁矩矢量和，用M表示，單位是安/米（A/m）。 M = ∑?原子/V磁感應(yīng)強(qiáng)度B： 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是： B=μ0(

4、H+M)μ0是一個(gè)系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度，單位是特（T），在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度B。,5.1.1 磁學(xué)基本量,磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個(gè)物理量。任何一個(gè)封閉的電流都具有磁矩。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積（I?ΔS）。磁矩是表征磁性物體磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈強(qiáng)，即物體在磁場(chǎng)中所受的力也大。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁場(chǎng)無關(guān)。磁矩的概

5、念可用于說明原子、分子等微觀世界產(chǎn)生磁性的原因。電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電子軌道磁矩；電子本身自旋，產(chǎn)生電子自旋磁矩。這兩種微觀磁矩是物質(zhì)具有磁性的根源。,磁矩:,I,任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)H外，由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一個(gè)附加的磁場(chǎng)M。磁化率χ ： χ = M/H物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度，與磁化場(chǎng)的強(qiáng)度有關(guān)。（體積）磁化率為無因次量，表示單位體積內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，反映了物質(zhì)被磁化的難易

6、程度。 磁導(dǎo)率μ ： μ=B/H是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和H的比值。磁導(dǎo)率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者說是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度。,,在電磁學(xué)中, 與 的關(guān)系通常由實(shí)驗(yàn)來決定，即可通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定物質(zhì)的摩爾磁化率。 實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)非鐵磁（強(qiáng)磁）物質(zhì)，在 T 與 不太高也不太低時(shí)磁化強(qiáng)度M，磁化率X與磁場(chǎng)強(qiáng)度H滿足線性關(guān)系。

7、 = Xm 抗磁體: Xm＜0 , Xm在 [10-5，10-4] 順磁體: Xm＞0 , Xm在 [10-7，10-5],,,,,對(duì)于一般磁介質(zhì)，無外加磁場(chǎng)時(shí)，其內(nèi)部各磁矩取向不一，宏觀無磁性。磁化：在外磁場(chǎng)作用下，各磁矩有規(guī)則地取向，使磁介質(zhì)宏觀顯示磁性。有自發(fā)磁化和技術(shù)磁化。居里

8、溫度Tc ：對(duì)于所有的磁性材料來說，并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。,物質(zhì)磁性:,物質(zhì)放入磁場(chǎng)中會(huì)表現(xiàn)出不同的磁學(xué)特性，稱為物質(zhì)的磁性。,反磁性:輕微排斥,順磁性:輕微吸引,完全抗磁性:強(qiáng)烈排斥,鐵磁性:強(qiáng)烈吸引,5.1.2 磁性材料的分類,宏觀磁體由許多具有固有磁

9、矩的原子組成。當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外顯示的磁性最強(qiáng)。當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外不顯示磁性。,① 按化學(xué)組成分類金屬磁性材料、非金屬(鐵氧體)磁性材料② 按磁化率大小分類順磁性、抗磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性③ 按功能分類　　軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料,（1）抗磁體，χ為甚小的負(fù)數(shù)（-10-6），在磁場(chǎng)中受微弱的斥力，如金、銀 。

10、（2）順磁體，χ為正數(shù)（10-3~10-6）在磁場(chǎng)中受微弱的引力，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼。（3）鐵磁體，χ為很大的正數(shù)，在較弱磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度，如鐵、鈷、鎳。（4）亞鐵磁體，χ處于鐵磁體與順磁體之間，即通常所說的磁鐵礦、鐵氧體等。（5）反鐵磁體， χ為小正數(shù)，高于某一溫度時(shí)其行為與順磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場(chǎng)的取向有關(guān).,按磁化率大小分類,,,,,,,,鐵磁性材料,亞鐵磁性材料,順磁性材料,反鐵磁性材料,

11、抗磁性材料,H,M,五種磁體的磁化曲線示意圖,反鐵磁性,反磁性,順磁性,鐵磁性,亞鐵磁性,強(qiáng)磁性,弱磁性,設(shè)為氣體介質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃，1atm） 據(jù)克拉伯龍方程： 由以上兩點(diǎn)估計(jì)，即可確定 與 的關(guān)系： M——H圖像 (1) M——H圖像 (2),,,,,M——H圖像 (5)

12、 M不隨H變化, 飽和,,,,材料的磁性來源于原子磁矩。原子軌道磁矩包括電子軌道磁矩、電子自旋磁矩和原子核磁矩。材料的宏觀磁性是組成材料的原子中電子的磁矩引起的。,5.2.1 原子本征磁矩,5.2 抗磁性和順磁性,環(huán)形電流產(chǎn)生磁矩,I,m,,,,（1）電子軌道磁矩,電子繞

13、原子核的軌道運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)非常小的磁場(chǎng)，形成一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)軸方向的軌道磁矩。,電子軌道磁矩在外磁場(chǎng)上的分量，滿足量子化條件,波爾磁子：電子磁矩的最小單位,電子軌道磁矩的方向垂直行電子運(yùn)動(dòng)軌跡平面。,,,（2）自旋磁矩,電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁矩,原子中電子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩構(gòu)成了原子固有磁矩（本征磁矩）。電子殼層填滿的原子的本征磁矩P=0。原子的磁矩取決于電子殼層結(jié)構(gòu)。電子殼層未被充滿的原子具有永久磁矩。,每個(gè)電子因自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)沿自旋軸

14、方向的自旋磁矩。原子中每個(gè)電子都可看作一個(gè)小磁體，具有永久的軌道磁矩和自旋磁矩。電子自旋磁矩在外磁場(chǎng)方向上的分量恰為一個(gè)玻爾磁子。,,5.2.2 抗磁性,抗磁性是電子的軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性。但不是任何物質(zhì)都是抗磁體，因?yàn)樵映水a(chǎn)生抗磁磁矩外，還有軌道磁矩和自旋磁矩產(chǎn)生的順磁磁矩?？勾判源笥陧槾判缘奈镔|(zhì)才能稱為抗磁體?？勾朋w的磁化率很小，約為10-6，且與溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等無關(guān)或變化極小。凡是電子殼

15、層被填滿了的物質(zhì)都屬抗磁體，如惰性氣體、離子型固體、共價(jià)鍵的C、Si、Ge、S、P等（通過共有電子而填滿了電子殼層）。,,產(chǎn)生抗磁矩的示意圖,當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了抗磁磁矩，總磁矩為零的原子也會(huì)顯示出磁矩來。,原子的磁矩取決于未填滿殼層電子的軌道磁矩和自旋磁矩。在無外磁場(chǎng)時(shí)，電子殼層已填滿的原子其軌道磁矩和自旋磁矩的總和為零。,,,I,左手定則,I,右手定則,附加磁矩,,物質(zhì)的抗磁性不是由電子的軌道

16、磁矩和自旋磁矩本身所產(chǎn)生的，而是由外磁場(chǎng)作用下電子循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加磁矩所造成的。Δp與外磁場(chǎng)H成正比，這說明抗磁磁化是可逆的，即當(dāng)外磁場(chǎng)去除后，抗磁磁矩即行消失。,一個(gè)電子產(chǎn)生的抗磁磁矩：,一個(gè)原子產(chǎn)生的抗磁磁矩：,每摩爾物質(zhì)產(chǎn)生的抗磁磁化率：,,,抗磁體: 物質(zhì)的原子、離子或分子中沒有自旋未成對(duì)的電子，即它的分子磁矩μm=0。它受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)的“分子電流”，相應(yīng)產(chǎn)生一種與外

17、磁場(chǎng)方向相反的感應(yīng)磁矩。這種物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)。,,不存在未成對(duì)電子（沒有永久磁矩）。惰性氣體，不含過渡元素的離子晶體，共價(jià)化合物和所有的有機(jī)化合物，某些金屬和非金屬。,磁矩的排列與磁性的關(guān)系,反磁性物質(zhì)：,,順磁物質(zhì)磁化過程示意圖,5.2.3 物質(zhì)的順磁性,順磁體的原子或離子是有磁矩的（固有磁矩），其源于原子內(nèi)未填滿的電子殼層或源于具有奇數(shù)個(gè)電子的原子。無外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱振動(dòng)的影響，其原子磁矩的取向是無序的，故總磁矩為零。當(dāng)有外磁場(chǎng)作

18、用，則原子磁矩便排向外磁場(chǎng)的方向，總磁矩便大于零而表現(xiàn)為正向磁化。,根據(jù)順磁磁化率與溫度的關(guān)系，可以把順磁體大致分為三類，即正常順磁體、磁化率與溫度無關(guān)的順磁體和存在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體。,順磁體的磁化率-溫度關(guān)系曲線示意圖,居里定律,居里-外斯定律,反鐵磁體,順磁體,居里溫度,尼爾溫度,順磁體,O2、NO、稀土金屬、鐵鈷鎳的鹽類等,堿金屬,過渡族金屬及合金或化合物,物質(zhì)的原子、離子或分子中存在自旋未成對(duì)的電子，它的電子

19、角動(dòng)量總和不等于零，分子磁矩μm≠0。這些雜亂取向的分子磁矩在受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，其方向總是趨向于與外磁場(chǎng)同方向，這種物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)。,,順磁體:,存在未成對(duì)電子 → 永久磁矩。La，Pr，MnAl，F(xiàn)eSO4·7H2O， Gd2O3 … 居里溫度 由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度(Tc)。,磁矩的排列與磁性的關(guān)系,順磁性物質(zhì)：,5.2.4 金屬的抗磁性與順磁性,金屬是由點(diǎn)陣離子和自由電子構(gòu)成的，

20、故金屬的磁性要考慮到點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上正離子及自由電子的抗磁性和順磁性。正離子的順磁性源于原子的固有磁矩； 正離子的抗磁性源于其電子的軌道運(yùn)動(dòng)。自由電子的順磁性源于電子自旋磁矩，在外磁場(chǎng)作用下，自由電子的自旋磁矩轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向； 自由電子的抗磁性源于其在外磁場(chǎng)中受洛倫茲力而做的圓周運(yùn)動(dòng)，這種圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩同外磁場(chǎng)反向。,,,5.2.5 影響金屬抗、順磁性的因素,(1) 熔化凝固：金屬熔化，χ一般減??；金銀等例外。(2) 范

21、性形變：抗磁性減弱，硬化加工使銅變?yōu)轫槾判?，退火恢?fù)抗磁性。(3) 晶粒細(xì)化：抗磁性減弱。(4) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：磁性突變。白錫→灰錫，順→抗；Mn，α→ β→ γ，順磁性增加。,溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)抗磁性影響不大，但當(dāng)金屬電子軌道變化和原子密度變化時(shí)，有影響。,Cu,Ag,Au為抗磁性金屬;Pd為強(qiáng)順磁性金屬,,,,,,外斯假說：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的分子場(chǎng)，在分子場(chǎng)的作用下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)磁化至飽和（自發(fā)磁化）。鐵

22、磁體自發(fā)磁化成若干個(gè)磁疇，磁疇的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，因而大塊鐵磁體對(duì)外不顯示磁性。磁化是把物質(zhì)本身的磁性顯示出來，而不是由外界向物質(zhì)提供磁性的過程。鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的根源是原子中的電子自旋磁矩。,5.3.1 鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化,5.3 鐵磁性與反鐵磁性,,5.3.2 反鐵磁性和亞鐵磁性,原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊和交換。當(dāng)鄰近原子的交換積分大于0時(shí)，原子磁矩取同向平行排列能量最低，自發(fā)磁化強(qiáng)度不為0，

23、即具有鐵磁性。鄰近原子的交換積分小于0時(shí)，原子磁矩取反向平行排列能量最低。若相鄰原子磁矩相等，原子磁矩相互抵消，自發(fā)磁化強(qiáng)度為0，即具有反鐵磁性。尼爾點(diǎn)TN：反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘臏囟取Ｔ谀釥桙c(diǎn)時(shí)，具有熱膨脹、電阻、比熱、彈性等反?，F(xiàn)象。亞鐵磁性物質(zhì)由磁矩大小不同的兩種離子或原子組成，相同磁性的離子磁矩同向平行排列，而不同磁性的離子磁矩是反向平行排列，二者不能抵消，具有宏觀磁性。如鐵氧體。,,三種物質(zhì)磁化率—溫度的關(guān)系曲線：,,,

24、鐵磁體:,物質(zhì)被磁化的強(qiáng)度隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而劇烈增強(qiáng)，而且在外磁場(chǎng)消失后其磁性并不消失。,鐵磁體在低于一定溫度Tc時(shí)，內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱為磁疇，磁疇具有磁有序結(jié)構(gòu)，同一磁疇內(nèi)分子磁矩同向。無外磁場(chǎng)時(shí)不同磁疇的取向作無規(guī)則分布，宏觀上不顯示磁性；在外磁場(chǎng)作用下磁疇轉(zhuǎn)向，宏觀體積內(nèi)的總磁矩不為零，內(nèi)部可產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向一致的、比外磁場(chǎng)要強(qiáng)得多的附加磁場(chǎng)。外磁場(chǎng)撤去后仍保留部分磁化強(qiáng)度。鐵磁體還具有磁滯現(xiàn)象。鐵磁體屬?gòu)?qiáng)磁

25、物質(zhì)，是應(yīng)用最廣的磁介質(zhì)。,具有極高的磁化率，磁化易達(dá)到飽和的物質(zhì)。如Fe，Co， Ni， Gd等金屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。,磁矩的排列與磁性的關(guān)系,鐵磁性物質(zhì)：,反鐵磁體內(nèi)由于原子之間的相互作用使之與鐵磁體一樣具有磁有序結(jié)構(gòu)，相鄰自旋磁矩作反平行排列，大小恰好相抵消，因而不具有固有的自發(fā)磁化磁矩，此種性質(zhì)稱為反鐵磁性。反鐵磁體具有較大的順磁磁化率，在一定溫度TN處存在磁化率的峰值，溫度大于TN時(shí)反鐵磁性消失而成為順磁體，臨界溫度T

26、N稱為奈耳溫度。在奈耳溫度TN處，反鐵磁體的熱脹系數(shù)和比熱容等均發(fā)生突變。許多金屬如鐵、鈷、鎳、錳等的氧化物是反鐵磁體。,,反鐵磁體:,FeO，F(xiàn)eF3，NiF3，NiO，MnO，各種錳鹽以及部分鐵氧體ZnFe2O4等，它們相鄰原子的磁矩反向平行，而且彼此的強(qiáng)度相等，沒有磁性。,磁矩的排列與磁性的關(guān)系,反鐵磁性物質(zhì)：,亞鐵磁性與反鐵磁性具有相同的物理本質(zhì)，只是亞鐵磁體中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不盡的自發(fā)磁矩，類似于鐵磁

27、體。溫度高于某一數(shù)值Tc時(shí)，亞鐵磁體變?yōu)轫槾朋w，Tc稱居里溫度。鐵氧體大都是亞鐵磁體。,,亞鐵磁體:,亞鐵磁性物質(zhì),磁矩的排列與磁性的關(guān)系,如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，是一些復(fù)雜的金屬化合物，比鐵磁體更常見。它們相鄰原子的磁矩反向平行，但彼此的強(qiáng)度不相等，具有高磁化率和居里溫度。,5.3.3 磁疇,磁疇已被實(shí)驗(yàn)觀察所證實(shí)。從對(duì)磁疇組織的觀察中，可以看到有的磁疇大而長(zhǎng)，稱為主疇，其自發(fā)磁化方向必定沿晶體的易磁化方向；小而短的磁

28、疇叫副疇，其磁化方向就不一定是晶體的易磁化方向。,磁疇壁的種類,相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，可分為兩種，一種為180°磁疇壁，另一種稱為90°磁疇。 技術(shù)磁化過程，就是外加磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過程，也就是外加磁場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向的過程。它與自發(fā)磁化有本質(zhì)的不同。,,技術(shù)磁化是通過兩種形式進(jìn)行的，一是磁疇壁的遷移，一是磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁化曲線和磁滯回線是技術(shù)磁化的結(jié)果。,磁性物質(zhì)因磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不會(huì)無限制

29、增加的，當(dāng)外磁場(chǎng)(或激勵(lì)磁場(chǎng)的電流)增大到一定程度時(shí)，全部磁疇都會(huì)轉(zhuǎn)向與外場(chǎng)方向一致。這時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到飽和值。,（1）磁化曲線——磁飽和性,H,,,B,,B0,,,B,BJ,O,,磁化曲線,B0 是真空情況下的磁感應(yīng)強(qiáng)度,BJ 是磁化產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度,B 是介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度。,5.3.4 磁化曲線和磁滯回線,退磁狀態(tài),,對(duì)于鐵磁性材料，B與H不成正比，因?yàn)椴牧系拇呕^程與磁疇磁矩改變方向有關(guān)。,技術(shù)磁化,,,磁鐵磁性材料的μ不

30、是常數(shù)，而是隨H變化。對(duì)在弱磁場(chǎng)下工作的軟磁材料，如信號(hào)變壓器、電感器的鐵芯等，希望具有較大的μi （起始磁導(dǎo)率） ，這樣可在較小的H下產(chǎn)生較大的B，在弱磁場(chǎng)區(qū)μ－H曲線存在的極大值μm （最大磁導(dǎo)率）。對(duì)在強(qiáng)磁場(chǎng)下工作的軟磁材料，如電力變壓器、功率變壓器等則要求有較大的μm。,1）當(dāng)無外施磁場(chǎng)（退磁狀態(tài)），具有不同磁化方向的磁疇的磁矩大體可以互相抵消，樣品對(duì)外不顯磁性。2）在外磁場(chǎng)強(qiáng)度不太大時(shí)，疇壁發(fā)生移動(dòng)，使與外磁場(chǎng)方向一致的

31、磁疇范圍擴(kuò)大，其他方向的相應(yīng)縮小，直到磁矩都向外磁場(chǎng)H方向排列，處于飽和狀態(tài)，此時(shí)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度用BS。3）H再增加，B增加極其緩慢，磁化強(qiáng)度的微小提高主要是由于外磁場(chǎng)克服了部分熱騷動(dòng)能量，使磁疇內(nèi)部各電子自旋方向逐漸都和外磁場(chǎng)方向一致造成的。,（2）磁滯回線-——磁滯性,磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性。如圖為磁性物質(zhì)的滯回曲線。,要使剩磁消失，通常需進(jìn)行反向磁化。將 B=0時(shí)的 H 值稱為 矯頑磁力 Hc，（見圖中3和

32、6所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。）,在鐵心線圈通有交變電流時(shí)，鐵心將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。在電流變化一次時(shí)，B隨H而變化的關(guān)系如圖所示。,從圖中可以看出，當(dāng)H減少為零時(shí)，B 并未回到零值，出現(xiàn)剩磁Br。,BS,Br,HC,鐵磁體磁化到技術(shù)飽和以后，使它的磁化強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場(chǎng)稱為矯頑力。,特征參數(shù)：（1）BS;（2）Br;（3）Hc 決定于材料的組成（化學(xué)組成和相組成），而且還受顯微組織的粗細(xì)、形態(tài)和分布等因素的強(qiáng)烈影響，即與材料的制造工藝密切相關(guān)

33、。,(1)軟磁材料,其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心),(2)永磁材料,其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵),(3)矩磁材料,其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件),根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，物質(zhì)可分成三類：,磁性材料的動(dòng)態(tài)特性：磁性材料在交變磁場(chǎng)，甚至脈沖磁場(chǎng)作用下的性能。與靜態(tài)磁化不同，除考慮B與H有關(guān)系外，還要考慮磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)所需的時(shí)間。,5.4.1 交流磁化過程與交流回線,5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性,交

34、流磁化：H周期性對(duì)稱變化，B也周期性對(duì)稱變化，變化一周期構(gòu)成交流磁滯回線。交流磁化處于非平衡狀態(tài)，磁滯回線表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)特性，其形狀介于直流磁滯回線和橢圓間。,磁化場(chǎng)振幅不變時(shí)，提高頻率，則回線將逐漸變?yōu)闄E圓形。在交流磁化過程中，不同的交流幅值磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm可有不同的交流回線，各交流回線頂點(diǎn)的軌跡，稱為交流磁化曲線。極限交流回線：確定材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs，交流剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Bra，交流飽和矯頑力Hcs。,幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度,,幅值磁場(chǎng)強(qiáng)度

35、,,瑞利磁滯回線：當(dāng)外磁場(chǎng)的振幅不大時(shí)，得到的在原點(diǎn)附近具有正負(fù)對(duì)稱變化的磁滯回線。磁滯損耗：磁滯回線所包圍的面積。瑞利常數(shù)η：磁化過程中能量不可逆部分的大小。,5.4.2 磁滯損耗和趨膚效應(yīng),渦流：當(dāng)鐵磁材料進(jìn)行交變磁化時(shí)，鐵磁導(dǎo)體內(nèi)的磁通量也將發(fā)生相應(yīng)變化，將在鐵磁導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生垂直于磁通量的環(huán)形感應(yīng)電流。渦流損耗：渦流產(chǎn)生的損耗。渦流大小與材料的電阻率成反比。均勻磁化時(shí)，單位體積內(nèi)的損耗為：非均勻磁化時(shí)，單位體

36、積內(nèi)的損耗為：,趨膚效應(yīng)：磁場(chǎng)只存在于鐵磁體表層（渦流屏蔽效應(yīng)）。磁性材料的磁疇壁處還會(huì)出現(xiàn)微觀的渦電流。渦電流的流動(dòng)產(chǎn)生與外磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通方向相反的磁通，越到材料內(nèi)部，這種反向作用越強(qiáng)，致使磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度沿樣品界面嚴(yán)重不均勻。因此，鐵磁體內(nèi)的實(shí)際磁場(chǎng)總是要滯后于外磁場(chǎng)（渦流對(duì)磁化的滯后效應(yīng)）。若交變磁場(chǎng)的頻率很高，而鐵磁導(dǎo)體的電阻率又較小，則可能出現(xiàn)材料內(nèi)部無磁場(chǎng)。金屬軟磁材料要軋成薄帶使用即減少渦流作用。,5.4.3

37、磁后效應(yīng)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率,磁后效應(yīng)：磁性材料受到外磁場(chǎng)階躍變化時(shí)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度緩慢趨近穩(wěn)定值的現(xiàn)象。,里希特后效：雜質(zhì)原子擴(kuò)散引起的可逆后效，與溫度和頻率關(guān)系密切。非晶態(tài)合金的弛豫時(shí)間（磁后效進(jìn)行所需時(shí)間）與材料的穩(wěn)定性密切相關(guān)。約旦后效：由熱起伏引起的不可逆后效，幾乎與溫度和磁化場(chǎng)的頻率無關(guān)。,減落：永磁材料剩磁隨時(shí)間推移逐漸變小的磁后效現(xiàn)象。約旦磁后效。,磁后效系數(shù)：隨溫度升高就變大，加熱使磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定。,微分磁導(dǎo)率：磁化

38、曲線陡峭部分磁后效最嚴(yán)重,磁化強(qiáng)度變化與時(shí)間的對(duì)數(shù)成正比,,,,鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的磁性與它在靜磁場(chǎng)作用下的磁性有很大不同，區(qū)別在： （1）磁導(dǎo)率：材料在靜磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)率是一常數(shù)，但在交變磁場(chǎng)中存在磁滯效應(yīng)、渦流效應(yīng)、磁后效應(yīng)和疇壁共振等，使材料在交變磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度落后于外加磁場(chǎng)一個(gè)相位角。因而交變（動(dòng)態(tài)）磁化時(shí)的磁導(dǎo)率為一復(fù)數(shù)。 （2）各向同性的鐵磁材料在交變磁場(chǎng)（尤其是高頻場(chǎng)）中，往往處于交變磁場(chǎng)和交變電場(chǎng)的

39、同時(shí)作用下，而鐵磁材料往往又是電介質(zhì)（如鐵氧體），因而處在交變電磁場(chǎng)中的鐵磁材料常常同時(shí)顯示其鐵磁性和介電性。,實(shí)部μ’是與H同相位的，儲(chǔ)存能量的彈性磁導(dǎo)率；虛部μ”是比H落后90°，損耗磁導(dǎo)率。,總磁導(dǎo)率或幅磁導(dǎo)率：,,復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率：,,由于μ”的存在，B落后于H，引起鐵磁體在動(dòng)態(tài)磁化過程中不斷地耗能，處于均勻交變磁場(chǎng)中的單位體積鐵磁體單位時(shí)間的平均能耗為：,交變磁場(chǎng)在鐵磁體內(nèi)的儲(chǔ)能密度為：,鐵磁材料的品質(zhì)因子：,磁損耗系數(shù)（

40、損耗角正切）：,5.4.4 磁導(dǎo)率減落及磁共振損耗,磁導(dǎo)率減落：起始磁導(dǎo)率隨時(shí)間發(fā)生降落。由電子或離子擴(kuò)散后效造成。P199,溫度越高，擴(kuò)散速度越快，μi隨時(shí)間的減落越快。,減落系數(shù)：,磁共振損耗：磁損耗隨頻率變化，在某一頻率下出現(xiàn)明顯增大的損耗。,自然共振：由磁各向異性場(chǎng)形成的共振。材料中的微觀磁化強(qiáng)度繞著磁各向異性場(chǎng)進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的頻率為：當(dāng)進(jìn)動(dòng)的頻率與高頻磁場(chǎng)的頻率一致時(shí)，出現(xiàn)自然共振。,尺寸共振：當(dāng)磁性材料的尺寸為波長(zhǎng)的

41、整數(shù)倍或半整數(shù)倍時(shí)，將形成駐波發(fā)生共振損耗。共振損耗的頻率與材料的尺寸有關(guān)。,,ν：旋磁系數(shù),具有小Hc值、高μi的瘦長(zhǎng)形磁滯回線的材料，適宜作軟磁材料。具有大的Mr和Hc、低μi的短粗形磁滯回線的材料適宜作硬磁（永磁）材料。,5.5 磁性材料及其應(yīng)用,而Mr/Ms接近于1的矩形磁滯回線的材料，即矩磁材料則可作為磁記錄材料。,特點(diǎn):矯頑力低、磁導(dǎo)率高, 磁滯回線細(xì)長(zhǎng)，鐵芯損耗低，在較弱的磁場(chǎng)下容易磁化，也容易去磁。,軟磁材料磁滯回

42、線,5.5.1 軟磁材料,一、軟磁材料特征值1、磁導(dǎo)率μ一般希望μ值越高越好。但μ值高的磁性材料在很低頻率時(shí)出現(xiàn)自然共振、疇壁共振現(xiàn)象，在高頻使用時(shí)，將有很大的鐵磁共振損耗。要根據(jù)磁性材料的應(yīng)用目的選用材料起始磁導(dǎo)率μi和最大磁導(dǎo)率μm。μi值高的材料μm亦較高，μi值是軟磁材料的主要參數(shù)之一。2、品質(zhì)因數(shù)Q值Q值是損耗角正切的倒數(shù)，即Q=1/tanδ=μ’/μ” 一般用μQ或tanδ/μi來表示材料的質(zhì)量指標(biāo)或損耗指標(biāo)。

43、,3、μ值的溫度系數(shù)αμμ值的溫度（T2>T1）系數(shù)αμ可用下式表示：,4、減落DA在恒定溫度下，經(jīng)過一定的時(shí)間間隔，磁性材料的磁導(dǎo)率相對(duì)減少，其減少值表示為,5、鐵損鐵損是指磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化所消耗的功率。由磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗組成。,每磁化一周所消耗的能量正比于磁滯回線的面積，這種能量損失稱為磁滯損耗。按照電磁感應(yīng)定律，鐵磁材料在交變磁場(chǎng)中磁化，材料內(nèi)磁通量發(fā)生變化時(shí)，在磁通的周圍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因

44、鐵磁材料是導(dǎo)電物質(zhì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將在垂直于磁通方向的截面上感應(yīng)出閉合的渦流電流。由它所引起的焦耳損失稱為渦流損耗。提高電阻率可降低渦流損耗。剩余損耗是指磁滯損耗和渦流損耗外的其他損耗，包括馳豫損耗、疇壁共振損耗和自然共振損耗。6、矯頑力Hc軟磁材料在對(duì)稱周期磁化條件下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0時(shí)所相應(yīng)的磁化場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力Hc。,7、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs在磁化場(chǎng)足夠強(qiáng)的情況下，軟磁材料可能達(dá)到的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。8、剩余磁

45、感應(yīng)強(qiáng)度Br軟磁材料經(jīng)一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)磁化后，再將磁場(chǎng)強(qiáng)度減至零，此時(shí)材料內(nèi)所剩的磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常簡(jiǎn)稱為剩磁Br。Br不僅與材料本身有關(guān)，而且與材料的磁化過程有關(guān)。9、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率μ在交變電磁場(chǎng)中，磁導(dǎo)率μ既要反映導(dǎo)磁能力的大小，還要表現(xiàn)出B和H間存在的相位差。復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率μ=μ’-jμ”,復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的模稱為總磁導(dǎo)率或振幅磁導(dǎo)率。μ’為彈性磁導(dǎo)率，代表了磁性材料中儲(chǔ)存能量的磁導(dǎo)率；把μ”稱為粘性磁導(dǎo)率（或損耗磁導(dǎo)

46、率），它與磁性材料磁化一周的損耗有關(guān)。磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度落后的相位角的正切稱為損耗角正切，即tanδ=μ”/μ’tanδ的倒數(shù)稱為軟磁材料的品質(zhì)因數(shù)。綜上所述，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部μ’與鐵磁材料在交變磁場(chǎng)中儲(chǔ)能密度有關(guān)，而虛部μ”卻與材料在單位時(shí)間內(nèi)損耗的能量有關(guān)。,二、軟磁材料種類主要軟磁材料有Mn-Zn、Li-Zn鐵氧體、Ni-Zn、NiCuZn 鐵氧體、MnFe2O4 、 NiFe2O4按磁特性分類:高磁感材料、高

47、導(dǎo)磁材料、高矩形比材料、恒導(dǎo)磁材料、溫度補(bǔ)償材料等.按材料成分分類:電工純鐵、Fe-Si合金、Ni-Fe合金、Fe-A1合金(包括Fe-Si-Al合金)和Fe-Co合金等.按晶形分類:晶態(tài)、非晶態(tài)及納米晶軟磁材料等。,常用的軟磁材料有純鐵、硅鋼片、鐵鎳合金、軟磁鐵氧體等。1、電工用純鐵：一種含碳量低、含鐵量99.95%以上的軟鋼。2、硅鐵合金：在純鐵中加入0.38%~4.5%硅，使之形成固溶體，可以提高材料電阻率，減少渦流損

48、耗，這種材料稱為硅鐵合金。3、鎳鐵合金：主要是含鎳量為30%~90%的鎳鐵合金，通常稱坡莫合金。4、軟磁鐵氧體：鐵氧體材料中的一種，是一種容易磁化和退磁的鐵氧體。常用的軟磁鐵氧體有鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體。,（1）電工純鐵,電工純鐵是普遍應(yīng)用的軟磁材料。主要應(yīng)用于直流電機(jī)和電磁鐵鐵芯、極頭、繼電器鐵芯、永久磁路中導(dǎo)磁體和磁屏蔽、間隙工作電機(jī)和小型電機(jī)等。 作為磁性材料大量應(yīng)用的純鐵是工業(yè)純鐵,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.02-0.04

49、％，而雜質(zhì)的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.2％-0.5％。工業(yè)純鐵電阻率低，主要應(yīng)用于直流磁化。 獲得高性能的電工純鐵，主要通過兩種途徑，一是去除雜質(zhì)，二是控制晶粒取向。,（2）鐵鎳合金和鐵鋁合金,a）鐵鎳合金 鐵鎳合金主要是含鎳量為30％-90％的鐵鎳合金，通常稱坡莫合金。鐵鎳合金由Fe、Ni、Mo、Cr、Cu等元素組成。 鐵鎳合金有很高的起始磁導(dǎo)率μi和最大磁導(dǎo)率μm，電阻率在50μΩ?cm左右，Bs較低；隨著組分的不同

50、、鐵鎳合金可能分為鐵鎳二元合金，鐵鎳三元或多元合金等。二元合金中如果添加Mo、Cr、Cu、V一類元素，可以減慢從無序相到有序相轉(zhuǎn)變的過程；如果添加Mn、Si、Ge等元素，則可使合金的長(zhǎng)程有序度幾乎保持不變。,b）鐵鋁合金,成本低，應(yīng)用范圍廣(電訊工業(yè)儀表、計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)等?？芍谱餍」β孰娏ψ儔浩鳌⑽㈦姍C(jī)、繼電器、互感器、磁調(diào)制器等)。含鋁量在16％以下時(shí)，便可以熱軋成板材或帶材；含鋁量在5-6％以上時(shí)，合金冷軋較困難。鐵鋁合金特點(diǎn)：

51、(1)電阻率高；(2)高的硬度和耐磨性；(3)比重小，可減輕鐵芯自重；(4)對(duì)應(yīng)力不敏感(例外)；(5)時(shí)效，材料使用時(shí)，隨時(shí)間及環(huán)境溫度的變化，磁性能發(fā)生變化；(6)溫度穩(wěn)定性，可采用低溫退火后淬火處理，也可在50-150℃下保溫10-20h(人工時(shí)效)來改善其溫度穩(wěn)定性。,非晶態(tài)磁性合金指的是內(nèi)部原子呈無長(zhǎng)程有序排布并具有優(yōu)異磁特性的合金。在非晶態(tài)合金材料中，不存在磁晶各向異性問題。 非晶態(tài)磁性合金的關(guān)鍵技術(shù)是制備工藝。把液態(tài)金

52、屬做到固體狀態(tài)即可.非晶態(tài)磁性合金有如下特性：①磁導(dǎo)率和矯頑力與鐵鎳合金基本相同。②電阻率比一般軟磁合金材料大（130μΩ·cm）。③磁致伸縮特性好。④具有良好的抗腐蝕性，機(jī)械抗拉強(qiáng)度和韌性。⑤容易得到比鐵鎳合金還要薄的薄膜。,（3）非晶態(tài)合金,磁導(dǎo)率高，電阻大，損耗小，代替硅鋼片制作變壓器鐵芯前景十分可觀。 存在問題：（1）溫度對(duì)磁的不穩(wěn)定性影響比較大，尤其當(dāng)開始出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)，矯頑力增加．鐵損

53、及磁導(dǎo)率也隨之變化；（2）非晶態(tài)軟磁合金的高磁導(dǎo)率性能只停留在鐵鎳合金水平上；（3）非晶軟磁合金作為電力設(shè)備鐵芯使用時(shí)，不能制出很寬的薄板，批量生產(chǎn)成本高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼低。,非晶態(tài)磁性合金的問題是溫度對(duì)磁的不穩(wěn)定性影響比較大。非晶態(tài)磁性合金主要有過渡金屬和類金屬合金、稀土元素與過渡金屬合金、過渡金屬與過渡金屬合金三類。非晶態(tài)磁性合金的一個(gè)很重要特征值是飽和磁致伸縮系數(shù)λs。λs指的是磁場(chǎng)強(qiáng)度加到一定數(shù)值后，即當(dāng)H=Hs，磁化

54、強(qiáng)度達(dá)到飽和值Ms時(shí)，材料不再繼續(xù)伸長(zhǎng)或縮短，此時(shí)的伸縮比Δl/l，即λs。一般來說，λs越小，非晶態(tài)合金的磁性能越好。非晶態(tài)磁性合金的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外都有較大進(jìn)展。,,三、軟磁材料的應(yīng)用: 主要應(yīng)用于制造發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子；變壓器、電感器、電抗器、繼電器和鎮(zhèn)流器的鐵芯；計(jì)算機(jī)磁芯；磁記錄的磁頭與磁介質(zhì)；磁屏蔽；電磁鐵的鐵芯、極頭與極靴；磁路的導(dǎo)磁體等。它是電機(jī)工程、無線電、通訊、計(jì)算機(jī)、家用電器和高新技術(shù)領(lǐng)域的重要功能

55、材料。,永磁材料——材料被外磁場(chǎng)磁化以后，去掉外磁場(chǎng)仍然保持著較強(qiáng)剩磁的材料。即具有強(qiáng)的抗退磁能力和高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)磁性材料。表征硬磁材料性能的主要參數(shù)是剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度B r、矯頑力Hc和最大磁能積(BH)max．三者愈高，硬磁材料性能越好。由此引起這類材料具有大的磁滯損耗。硬(機(jī)械強(qiáng)度)磁材料主要用于制造永久磁鐵。,5.5.2 硬磁材料,磁化后不易退磁，而能長(zhǎng)期保留磁性的鐵氧體材料稱為硬磁材料，因而也稱永磁材料或恒磁材料。磁

56、滯回線包圍面積大，(Hc≥400A/m) 矯頑力大。,,硬磁材料磁滯回線,圖 硬磁材料和軟磁材料的磁滯回線形狀,更為確切的方法是用磁滯回線形狀區(qū)分硬磁材料和軟磁材料,一、硬磁材料特征值永久磁鐵受到的退磁場(chǎng)作用與外加磁場(chǎng)的方向相反。因此，永磁體的工作點(diǎn)將從剩磁Br點(diǎn)移到磁滯回線第二象限，即退磁曲線的某一點(diǎn)上，如圖6－4所示，永久磁鐵的實(shí)際工作點(diǎn)用D表示。,圖 永磁材料的磁化曲線和退磁曲線,硬磁材料性能好壞，應(yīng)該由退磁曲線上的有關(guān)物理量

57、來衡量，其特征值如下。 1、剩磁Br和表觀剩磁BD磁性材料被磁化到相應(yīng)最大磁化場(chǎng)Hs后，再使該磁化場(chǎng)為零時(shí)所剩留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，用Br表示，單位T。在工作狀態(tài)下，永久磁鐵的工作點(diǎn)在退磁場(chǎng)作用下將從Br點(diǎn)移到D點(diǎn)，這時(shí)永磁體所具有的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為表觀剩磁BD。2、矯頑力Hc永磁材料的矯頑力Hc有兩種定義：一個(gè)是使磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0所需的磁場(chǎng)值，用BHc或Hc表示；一個(gè)是使磁化強(qiáng)度M=0所需的磁場(chǎng)值，常用

58、MHc表示。,3、最大磁能積(BH)max和凸出系數(shù)γ最大磁能積在數(shù)值上等于退磁曲線上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積中的最大值。當(dāng)硬磁材料的工作點(diǎn)位于退磁曲線上具有(BH)max的那一點(diǎn)時(shí)，為了提供相同的磁能所需要的材料體積將最小。材料(BH)max的越大，永磁體性能越好。 另外，退磁曲線的形狀與磁能積大小有密切關(guān)系。退磁曲線的凸出程度和磁能積有關(guān)。如果有兩種不同的材料，雖然Br和Hc值都相同，但由于它們的退磁曲線形狀不同，它

59、們的(BH)max也不同。退磁曲線凸出程度越大，則磁能積就越大。退磁曲線的凸出程度可用凸出系數(shù)表示γ ：γ=(BH)max/Br·Hc,圖6－5 永磁體的Br在外磁場(chǎng)作用下的變化（回復(fù)曲線）,4、回復(fù)磁導(dǎo)率μrev圖6－5所示，如果一塊永磁材料去掉磁化場(chǎng)之后，剩磁Br在縱坐標(biāo)軸上A點(diǎn)位置上，當(dāng)受外界各種因素影響時(shí)，永磁體的剩磁沿著退磁曲線降到某一位置M。這些影響相當(dāng)于退磁場(chǎng)的作用，當(dāng)這些退磁場(chǎng)除去之后，磁性不再回復(fù)到A

60、位置，而是到一個(gè)新的位置M’。,如果循環(huán)地改變?cè)贛－M’之間的退磁場(chǎng)，永磁體特性將按照回復(fù)曲線來改變。這時(shí)得到一個(gè)狹窄的局部磁滯回線。因?yàn)榛鼐€的面積很小，通?？捎没貜?fù)曲線來代替，并用仰角α的正切表示它的特性，被稱為回復(fù)磁導(dǎo)率μrev，以下式來表示：μrev=ΔB/ΔH=tanα 5、穩(wěn)定性η硬磁材料的穩(wěn)定性是指它的有關(guān)磁性能在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中或者受到溫度、外磁場(chǎng)、沖擊、振動(dòng)等外界因素影響時(shí)保持不變的能力。用變化率η來表示：,二、硬

61、磁材料的種類和應(yīng)用硬磁材料分成以下幾類：①鑄造硬磁合金；②可變形硬磁合金；③硬磁鐵氧體；④稀土硬磁合金。稀土硬磁合金包括稀土鈷和稀土鐵系金屬間化合物，為硬磁材料中性能最高的一類。最早的稀土硬磁合金是稀土鈷磁鐵。第一代永磁材料：RCo5，(BH)max為195.9~222.9kJ/m3。第二代永磁材料：R2Co17， (BH)max為297.7kJ/m3。第三代永磁材料：Nd-Fe-B合金， (BH)max 390kJ/m3。其最大

62、缺點(diǎn)是居里溫度較低、溫度穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性較差。第四代永磁材料主要有Sm2Fe17Cx、Sm2Fe17Nx、Sm-Fe-Ti等， (BH)max的理論值高達(dá)450kJ/m3。,鑄造的A1-Ni-Co和A1-Ni-Co-Ti系等合金，應(yīng)用廣泛、高磁能積、高矯頑力，質(zhì)脆而硬，通過鑄造(或粉末冶金)成形和磨削加工成磁體，其(BH)max從8-80 kJ／m3。由于六、七十年代永磁鐵氧體和稀土永磁合金的迅速發(fā)展，鋁鎳鈷合金開始被取代，產(chǎn)量自七

63、十年代以來明顯下降。但在對(duì)永磁體穩(wěn)定性要求較高的許多應(yīng)用中，鋁鎳鈷系永磁合金往往是最佳選擇。鋁鎳鈷合金被廣泛用于電機(jī)器件上，如發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，繼電器和磁電機(jī)；以及電子行業(yè)中的揚(yáng)聲器，行波管，電話耳機(jī)和受話器等。,a）鑄造硬磁合金,b）可變形硬磁合金,包括含碳（或鎢、鉻、鈷）的磁鋼，F(xiàn)e-Cr-Co系合金，F(xiàn)e-Co-V系合金，Pt-Co(Pt-Fe)系合金，Mn-Al-C系合金，Cu-Ni-Fe(或Cu-Ni-Co)系合金等。這類磁性

64、合金在淬火態(tài)具有可塑性，可以進(jìn)行各種機(jī)械加工。合金的矯頑力是通過塑性變形和時(shí)效(回火)硬化后得到的?？捎糜陔娫挋C(jī)、轉(zhuǎn)速表、揚(yáng)聲器、空間濾波器、陀螺儀、防盜標(biāo)記、微型電機(jī)和錄音機(jī)磁性零件的制備等。,c）稀土永磁材料,稀土永磁材料是稀土元素(R)與過渡族金屬Fe，Co，Cu，Zr等或非金屬元素B，C，N等組成的金屬間化合物。是一種高能積、高剩磁、高矯頑力的材科。,鐵氧體是鐵元素與氧化合形成的各種類型的化合物，屬亞鐵磁性材料中特別重要的一類

65、。實(shí)用的鐵氧體大多數(shù)是軟磁的，也有硬磁的。鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)主要有尖晶石型、磁鉛石型及石榴石型三種。鐵氧體的磁化強(qiáng)度比不上金屬磁性材料，但其高電阻率，大大降低了渦流損耗，使之在無線電、高頻、微波、脈沖等領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。鐵氧體還具有效率高、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。鐵氧體的制備、基本磁性的研究和應(yīng)用十分成熟。,d）硬磁鐵氧體,e）其他永磁材料,近年來，微晶永磁體和納米晶稀土永磁體的研制受到較大重視。 ① 微晶永磁體。其基本原

66、理是在冷卻過程中出現(xiàn)部分晶粒來不及成長(zhǎng)就被凝固在金屬液體中，或者把制成的非晶態(tài)通過控制晶化或使之出現(xiàn)新平衡相實(shí)現(xiàn)磁硬化。這樣獲得的永磁薄帶，不僅機(jī)械性能好，而且熱處理后可得到良好的磁性能。 ② 納米晶稀土永磁體。晶粒呈納米量級(jí)，納米級(jí)粉料的矯頑力比通常粉末冶金粉料高6-8倍，而且又有較好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。,MgAl2O4的晶體結(jié)構(gòu),Al16,Mg8,O32,32個(gè)氧離子構(gòu)成64個(gè)四面體間隙,即A位;和32個(gè)八面體間隙,即B位.

67、,尖晶石型晶體結(jié)構(gòu),尖晶石型結(jié)構(gòu)中多面體連接方式,A位,B位,不同永磁材料的主要用途,在磁化時(shí), 長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短變化的材料稱為壓磁材料?！　∵@種材料具有電磁能與機(jī)械能或聲能的相互轉(zhuǎn)換功能，是重要的磁功能材料之一?！　鹘y(tǒng)磁致伸縮材料、Fe，Co，Ni基合金及鐵氧體、稀土磁致伸縮材料REFe2,5.5.3 壓磁材料,壓磁效應(yīng)是力學(xué)形變和磁性狀態(tài)之間存在的機(jī)械能和磁能之間的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，其逆效應(yīng)稱之為磁致伸縮效應(yīng)。具有此種效應(yīng)的材料

68、稱為壓磁材料或磁致伸縮材料。利用壓磁材料的相關(guān)效應(yīng)可制成熱膨脹系數(shù)接近于零的不脹型材料和彈性模量變化效應(yīng)接近于零的恒彈性型材料。壓磁材料的主要特征值為：①飽和磁致伸縮系數(shù)λs。指的是磁場(chǎng)強(qiáng)度加到一定數(shù)值后，材料不再繼續(xù)伸長(zhǎng)或縮短，此時(shí)的伸縮比Δl/l，即λs。,②靈敏度常數(shù)d。指的是在恒定壓力p下單位磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁致伸縮，或在恒定磁場(chǎng)H作用下，單位應(yīng)力產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。即：,③壓磁（磁－彈性）耦合系數(shù)k。k為能夠轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的