金屬功能材料-5-磁性材料

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1、第五節(jié)磁性材料電子繞原子核運(yùn)動(dòng)示意圖H一、簡(jiǎn)介磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。磁性現(xiàn)象是與各種形式的電荷運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的，由于物質(zhì)內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)和自旋會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)，因而產(chǎn)生磁性。即：磁性本質(zhì)是帶電粒子具有各向異性的運(yùn)動(dòng)的過程中造成的周圍物質(zhì)場(chǎng)和力場(chǎng)產(chǎn)生不均勻性，從而對(duì)其它物質(zhì)產(chǎn)生作用的結(jié)果。磁性的本源是材料內(nèi)部電子的循軌和自旋運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)的磁性就是由電子的這些運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。一切物質(zhì)都具有磁性。但磁性材料通常是指那些在實(shí)際工程意義上具有較強(qiáng)磁性的材料。磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、改變能量狀態(tài)的功能，電子工業(yè)的重要基礎(chǔ)功能材料，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子器件、通訊、汽車

2、和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，磁性材料的需求將空前廣闊。當(dāng)前我國磁性材料的發(fā)展居世界之首，已經(jīng)成為世界上永磁材料生產(chǎn)量最大的國家。物質(zhì)的磁性：按磁化率大小分類:1、抗磁性→抗磁性材料2、順磁性→順磁性材料3、鐵磁性→鐵磁性材料4、反鐵磁性→反鐵磁性材料5、亞鐵磁性→亞鐵磁性材料五種磁化曲線①鐵磁性物質(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?m=10-2~106磁場(chǎng)磁性的起源②亞鐵磁性物質(zhì)磁矩的排列與磁性的關(guān)系亞鐵磁性?m=10-2~106磁場(chǎng)如鐵氧

3、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。③順磁性物質(zhì)存在未成對(duì)電子→永久磁矩。La，Pr，MnAl，F(xiàn)eSO4·7H2O，Gd2O3…；在居里溫度以上的鐵磁性金屬Fe，Co，Ni等。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(Tc)。順磁性?m=10-6~10-5磁場(chǎng)磁矩的排列與磁性的關(guān)系④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?m=-1

4、0-5~-10-6磁場(chǎng)⑤反鐵磁性物質(zhì)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。反鐵磁性?m=10-2~10-5磁場(chǎng)磁矩的排列與磁性的關(guān)系1.基本概念“磁”來源于電。一個(gè)環(huán)形電流在其運(yùn)動(dòng)中心產(chǎn)生的磁矩P，見（1）式（1）式（1）中I為電流強(qiáng)度，s為環(huán)形回路所包圍的面積。原子內(nèi)的電子做循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)，這必然產(chǎn)生磁矩，產(chǎn)生的磁矩分別稱為軌道磁矩P1和自旋磁矩Ps。原子核雖然也產(chǎn)生磁矩，但它的值比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，一般情況下可忽略不計(jì)。因此，原子磁矩的產(chǎn)生是

5、電子的循軌運(yùn)動(dòng)、電子自旋這二者組合的結(jié)果。（1）磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）：空間某處磁場(chǎng)的大小，單位：安/米；（2）磁化強(qiáng)度（M）：宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩，單位：安/米。物質(zhì)的磁性來源于內(nèi)部的磁矩，只有當(dāng)內(nèi)部磁矩同向有序排列時(shí)才對(duì)外顯示強(qiáng)磁性。M=∑?原子/V（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）：物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部原子磁矩的有序排列還將產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)。在磁性材料內(nèi)部外加磁場(chǎng)與附加磁場(chǎng)的總和，稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，又稱為磁通密度，單位：特斯拉（T）。（2）式（2）中μ0是一個(gè)系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。（4）磁導(dǎo)率（μ）：是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和H的比值。代表了磁性材料被磁

6、化的容易程度，或者說是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度；（3）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。（5）磁化率（χ）：磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值。（4）（6）磁滯回線在外加磁場(chǎng)的作用下磁體會(huì)被磁化，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場(chǎng)H的變化是非線性的，當(dāng)H減少為零時(shí)，B并未回到零值，出現(xiàn)剩磁Br。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。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；Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，Bs稱為最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度）。BsBrHcBHO磁性物質(zhì)的磁滯曲線

7、圖2.磁性材料的分類根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，分成三類：(1)軟磁材料矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)(2)硬磁材料矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)(3)矩磁材料剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)HBHBHB按材料的化學(xué)組成：金屬磁性材料，非金屬(陶瓷鐵氧體)磁性材料。按使用形態(tài)分：塊體磁性材料，粉末磁性材料，薄膜型磁性材料。按功能分：軟磁性材料，硬磁性材料，半硬磁性材料；矩磁材料，旋磁材料，壓磁材料，磁記錄材料；泡磁材料，磁光材料…磁性合金磁性材料是指利用其較強(qiáng)的磁性在一定空間中建立磁場(chǎng)或改變磁場(chǎng)分布狀態(tài)的一類功能材料。磁性材料

8、有金屬磁性材料和鐵氧體陶瓷材料兩類，金屬磁性材料以合金為主，一般稱