第三章;磁学性能(材料的磁化特征及其基本参数)

3.1.磁学概论磁偶极子：类似于电偶极子，在磁性材料中由南极和北极组成一个磁偶极子磁矩：Pm=IS静磁能：U = −PB对于通电的密绕螺线管，若螺线管高为l、线圈匝数为N、通过的电流为I，则螺线管内所产生的磁场强度H为：H=NI/lB=μH (μ为磁导率) μr=μ/μ0（相对磁导率）μ0=4π×107-H/mB=μ0（H+M） M为磁化强度（A/m）与H单位相同M=∑Pm/VM=χHμr=1+χχ为磁化率（无量纲）物质的磁性本源是电荷的运动原子磁性包括：电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子核磁矩磁矩的最基本单位是玻尔磁子μB，μB=9.27×1024-A·m2物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起“交换”作用：处于不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生的特殊相互作用，参与这种相互作用的电子已不再局限于原来的原子，而是“公有化”了。

原子间好象在交换电子，故称为“交换”作用当原子间距Rab与未被填满的电子壳层半径r比Rab/r>3时，交换能H为正值，就呈现出铁磁性当Rab/r<3时，交换能H为负值，为反铁磁性根据物质磁化率，可以把物质的磁性大致分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性抗磁性：磁化方向与外加磁场方向相反，即当磁化率χ或磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。

抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零，即不存在永久磁矩顺磁性：在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，材料显示极弱的磁性。

磁化强度M与外磁场方向一致，M为正，而且M严格地与外磁场H成正比χ = C /T C为居里常数，磁化率很小铁磁性：无论是否施加外磁场，都具有永久磁矩，且在无外加磁场或较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度反铁磁性：由于“交换”作用为负值，电子自旋磁矩反向平行排列。

在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的，在不同子晶格中，电子磁矩反向排列。

二、材料的磁学性能内容：材料磁性的本质、抗磁性、顺磁性及铁磁性）：（一）基本磁学性能材料所在空间的磁场强度是外加磁场强度H和材料磁化强度M之和：H总= H + M = H (1+χ)。

磁化率：χ，表示材料在磁场中磁化的难易程度。

Μ=χΗ。

根据磁化率的符号和大小，可将材料的磁性分为铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性和抗磁性。

磁感应强度Β：通过磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线数。

Β = μΗ，μ：磁导率。

Β = μ0Η总=μ0 (1+χ) H。

μ0 (1+χ) =μ。

相对磁导率: μr= μ/μ0 = 1 + χ（一）基本磁学性能磁偶极子：强度相等、极性相反且其距离无限接近的一对“磁荷”。

p m = ml 。

磁极化强度：单位体积内磁偶极矩矢量和。

J=∑p m /∆V, J = μ0M对磁偶极子外加一夹角为θ的恒磁场，磁偶极子受到的作用力矩为Τ = pm ×H 。

当θ为0时，力矩为0，磁偶极子处于稳定状态。

在磁场作用下，磁偶极子将转向与磁场平行的方向，该过程中磁场对磁矩所做的功为：E = ∫Td θ= p m H cos θ。

静磁能：原子磁矩与外加磁场的相互作用能。

（二）抗磁性与顺磁性材料分类：抗磁性、顺磁性与铁磁性抗磁性：材料受外磁场H 作用后，感生出和H 相反的磁化强度，使磁场减弱。

磁化率χ＜0，抗磁性的磁化率约10-4–10-6，且和温度、磁场无关。

材料的抗磁性来源于将材料放入外磁场中时，外磁场对电子轨道运动产生洛仑兹力，附加磁矩方向与外磁场方向相反。

抗磁矩为外磁场对电子轨道运动的作用结果，任何材料在磁场作用下都产生抗磁性。

抗磁磁化率绝对值很小，只有在材料的原子、离子或分子固有磁矩为0时，才能观察出抗磁性。

Cu, Au, Ag 及大多数有机材料在室温下是抗磁性材料，超导态的超导体也是抗磁性材料。

形成抗磁矩的示意图（二）抗磁性与顺磁性 顺磁性：材料在外磁场中感生出和H 相同方向的磁化强度，使磁场略有增强。

第三章材料磁学性能摘要：本章将论述材料磁性产生的机理；材料底顺磁性，抗磁性；材料磁学性能系数及其相互关系；铁磁性及物理本质；技术磁化。

具体内容安排如下：第一节磁性及物理本质掌握电子自旋磁矩、电子轨道磁矩、原子磁矩、分子磁矩；磁化强度、磁感应强度、磁化率磁导率的基本概念及相互关系。

理解物质磁性的分类方法及磁性类型。

第二节顺磁性与抗磁性理解顺磁性和抗磁性的机理和影响因素。

第三节铁磁性及物理本质理解磁化曲线的三个阶段特点；理解磁滞回线的特征；掌握自发磁化理论－外斯假说；理解温度对磁性的影响。

第四节铁磁性内能磁性的三大特点：磁各向异性；磁滞伸缩；磁形状各向异性。

磁体具有磁各向异性能；磁弹性能；磁各向异性能。

第五节磁畴及磁畴结构理解磁畴是如何形成的、磁畴的结构以及内部的本质问题。

第六节技术磁化理解技术磁化三个阶段及其机理分析；理解杂质、气孔对磁化有何影响。

第七节影响金属及合金因素介绍了影响金属磁性的因素，重点分析温度、应力、热处理对磁性的影响。

第八节前沿课题和讨论让学生了解磁性在生活中的应用，提高学生兴趣。

包括永磁材料、磁致冷材料、磁记录材料。

（共12个学时）第一节 磁性及其物理本质一、原子的本征磁矩在磁场中放入一种物质，会使物质所占有的空间磁场发上改变，有的使空间磁性增强，（例如Fe ）：有的使空间磁性减弱（Cu ）；根据物质磁化后对磁场的影响，把物质分为三类：使磁场减弱的物质称为抗磁物质；使磁场增强的物质称为顺磁性物质；使磁场强烈增加的物质称为铁磁性物质。

㈠原子的磁性任何物质都是有于原子构成的，原子又是带正电的原子核与带负电的电子构成。

电子绕原子核作循轨运动产生磁矩。

同时在自族运动时也会产生磁矩。

① 轨道磁矩B l l mcehl μπμ==4.L 为轨道角动量，e 为单位电荷，h 为普郎克常数，m 为电子质量，c 为光速。

② 电子的自旋磁矩由于电子的自旋运动而产生的磁矩称为自旋磁矩。

B s s mcehs μπμ22.== s 为自旋角动量，B μ为波尔磁子。

第三章材料的磁学性能一，一，基本概念1. 1.磁畴：在未加磁场时铁磁金属内部已经磁化到饱和状态的小区域。

2. 2.磁导率：磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力，用μ表示，其中μ＝Ｂ／Ｈ．单位为亨利／米（Ｈ·m-1）．3. 3.自发磁化：在未加磁场时铁磁金属内部的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的现象．4. 4.磁滞损失：磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗。

5. 5.磁晶各向异性：6. 6.退磁场：非闭合回路磁体磁化后，磁体内部产生一个与磁化方向相反的磁场。

第三章材料的磁学性能随着近代科学技术的发展，金属和合金磁性材料，由于它的电阻率低、损耗大，已不能满足应用的需要，尤其是高频范围。

磁性无机材料除了有高电阻、低损耗的优点以外，还具有各种不同的磁学性能，因此它们在无线电电子学、自动控制、电子计算机、信息存储、激光调制等方面，都有广泛的应用。

磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体（ferrite）。

它的电阻率为10～106Ω·m，属于半导体范畴。

目前，铁氧体已发展成为一门独立的学科。

本章介绍磁性材料的一般磁性能，着重讨论铁氧体材料的性能与应用。

7.1磁矩和磁化强度7.1.1磁矩（1）定义在磁场的作用下，物质中形成了成对的N、S磁极，称这种现象为磁化。

与讨论电场时的电荷相对应，引入磁量的概念，并把磁量叫做磁极强度或磁荷。

将一对等量异号的磁极相距很小的距离，把这样的体系叫做磁偶极子。

在外磁场的影响下，磁偶极子沿磁场方向排列。

为达到与磁场平行，该磁矩在力矩T=Lq m Hsin (7.1)的作用下，发生旋转。

式中的系数Lq m定义为磁矩M(Wb·m)。

磁矩这一物理量是磁相互作用的基本条件，是物质中所有磁现象的根源。

磁矩的概念可用于说明原子、分子等微观世界产生磁性的原因。

（2）原子磁矩物质是原子核和电子的集合体，要理解物质的磁性起源，就要考虑原子具有的磁矩。

材料的磁学性能
材料的磁学性能是指材料在外加磁场下的磁化特性，包括磁化强度、磁导率、磁化曲线等。

磁学性能对于材料的应用具有重要的意义，尤其是在电子、通信、医疗等领域。

本文将从磁性材料的基本概念、磁性材料的分类、磁性材料的应用等方面进行介绍和分析。

磁性材料是指在外加磁场下会产生磁化现象的材料。

根据材料在外加磁场下的磁化特性，可以将磁性材料分为铁磁性材料、铁素磁性材料、铁氧体材料和软磁性材料等几类。

铁磁性材料在外加磁场下会产生明显的磁化现象，具有较高的磁导率和磁化强度，主要用于制造电机、变压器等电器设备。

铁素磁性材料具有较高的电阻率和磁导率，主要用于制造电感元件、磁芯等。

铁氧体材料具有较高的磁导率和磁化强度，主要用于制造微波器件、磁记录材料等。

软磁性材料具有较低的矫顽力和磁导率，主要用于制造变压器、电感器等。

磁性材料在电子、通信、医疗等领域具有广泛的应用。

在电子领域，磁性材料主要用于制造电感元件、变压器、磁芯等，用于电源、通信、计算机等设备中。

在通信领域，磁性材料主要用于制造微波器件、天线等，用于无线通信、卫星通信等设备中。

在医疗领域，磁性材料主要用于制造医疗设备、磁共振成像设备等，用于诊断、治疗等用途。

总之，磁性材料的磁学性能对于材料的应用具有重要的意义。

通过对磁性材料的基本概念、分类和应用的介绍和分析，可以更好地了解磁性材料的特性和用途，为相关领域的科研和生产提供参考和指导。

希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读。