材料磁学性能实验报告

材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。

2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。

实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。

与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。

另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。

如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。

原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。

但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。

实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。

定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。

永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。

永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。

720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。

样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。

2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。

3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。

4.设定测试参数后，测量样品的磁化曲线和磁滞回线，从磁化曲线获得材料的饱和磁化强度Ms ，从退磁曲线获得剩磁Mr 和内禀矫顽力iHc 。

5.整理并记录数据于表格中。

1. 软磁材料软磁材料是这样一种磁性材料，加上磁场时，它们很容易被磁化；去掉磁场，又很容易退磁。

这类材料主要应用于电机、变压器等要求磁通密度（B ）随磁化场的变化而变化的场合，因此对这类材料的要求主要是高磁导率、低矫顽力、低损耗。

因为交变的磁场会产生涡流，因此要求软磁材料有尽可能高的电阻率以降低损耗。

常用的软磁材料有纯Fe 、Fe-Si 合金、坡莫合金（Fe-Ni ）、非晶和纳米晶合金以及Mn-Zn 和Ni-Zn 铁氧体等。

2. 永磁材料与软磁材料相反，对永磁材料的要求是饱和磁化去掉磁化场后，能够保留尽可能多的磁性。

因此除了要求高的饱和磁化强度Ms 外，还要求有尽可能高的矫顽力iHc 和较好的方形度，从而得到高的最大磁能积max )(BH 。

max )(BH 代表单位体积内存储的磁场能量。

永磁体常用于永磁磁路，在给定气隙中产生磁场。

当气隙的体积和永磁体的体积确定后，气隙中磁场强度的平方与max )(BH 成正比。

因此max )(BH 是衡量永磁体性能的最重要的参数。

常用的永磁材料有NdFeB 、SmCo 、永磁铁氧体，铝镍钴等。

三、画出测试样品的磁化曲线和磁滞回线，分析软磁和永磁样品磁性能的差异原因1.软磁样品与永磁样品的磁化曲线和磁滞回线图2 软磁样品的磁化曲线和磁滞回线图3 永磁样品的磁化曲线和磁滞回线2.软磁和永磁样品磁性性能的差异原因：永磁功能材料常称永磁材料，又称硬磁材料，而软磁功能材料常称软磁材料。

这里的硬和软并不是指力学性能上的硬和软，而是指磁学性能上的硬和软。

磁性硬是指磁性材料经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性(简称磁性)，其特征是矫顽力(矫顽磁场)高。

矫顽力是磁性材料经过磁化以后再经过退磁使具剩余磁性(剩余磁通密度或剩余磁化强度)降低到零的磁场强度。

而软磁材料则是加磁场既容易磁化,又容易退磁,即矫顽力很低的磁性材料。

退磁是指在加磁场(称为磁化场)使磁性材料磁化以后，再加同磁化场方向相反的磁场使其磁性降低的磁场。

永磁材料是发现和使用都最早的一类磁性材料。

我国最早发明的指南器(称为司南)便是利用天然永磁材料磁铁矿制成的。

现在的永磁材料不但种类很多，而且用途也十分广泛。

1)概述重要参量①H= 0时，Br：剩余磁感应强度Mr：剩余磁化强度Br (Mr)=0时：Hcb：磁感矫顽力Hci：内禀矫顽力②剩磁：磁化场减小到H=0时，材料仍保留有一定的磁感应强度或磁化强度值，相应的称为剩余磁感应强度和剩余磁化强度，分别用Br和Mr来表示。

(单位：特斯拉，T)③矫顽力：物理意义是表征材料在磁化以后保持磁化状态的能力用Hcb和Hci来表示。

(单位：安每米，A/m)矫顽力是区分软磁、硬磁材料的重要判据：软磁材料：Hci < 100A/m半硬磁材料：100/m< Hei < 100/0硬磁材料：Hci > 1000A/m①磁能积: 一般定义退磁曲线上任一点的B和H的乘积(BH)为磁能积，磁能积具有表征磁性材料中能量大小的物理意义，(BH)中的最大值(BH)max称为最大磁能积。

体的磁能积与其表面磁场强度的平方成正比，因此磁能积是直接表征磁体磁性强弱，即“吸引力”大小的物理参量。

2）永磁材料常用的永磁材料主要具有4种磁特性：(1)高的最大磁能积。

最大磁能积[符号为(bh)m]是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矫顽(磁)力。

矫顽力[符号为(h)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度；(3)高的剩余磁通密度(符号为br)和高的剩余磁化强度(符号为mr)。

它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；(4)高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。

当前常用的重要永磁材料主要有：(1)稀土永磁材料，这是当前最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。

我国研制和生产的钕铁硼稀土合金就是永磁材料。

(2)金属永磁材料，这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(alnico)系和铁铬钴(fecrco)系两大类永磁合金。

铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。

铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。

(3)铁氧体永磁材料，这是以fe2o3为主要组元的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如反铁磁材料(广义)。

其特点是电阻率高，特别有利于在高频和微波应用。

如钡铁氧体(bafe12o19)和锶铁氧体(srfe12o19)等都有很多应用。

除上述3类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁材料。

例如微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料(可应用于电冰箱门的封闭)、可加工永磁材料等。

3）软磁材料软磁材料的5种主要的磁特性：(1)高的磁导率。

磁导率(符号为μ)是对磁场灵敏度的量度；(2)低的矫顽力hc显示磁性材料既容易受外加磁场磁化，又容易受外加磁场或其他因素退磁，而且磁损耗也低；(3)高的饱和磁通密度bs和高的饱和磁化强度ms。

这样较容易得到高的磁导率μ和低的矫顽力hc，也可以提高磁能密度；(4)低的磁损耗和电损耗。

这就要求低的矫顽力hc和高的电阻率；(5)高的稳定性，这就要求上述的软磁特性对于温度和震动等环境因素有高的稳定性。

当前常用的重要的软磁材料主要有：(1)铁-硅(fe-si)系软磁材料，常称硅钢片，是电机工业广泛使用磁性材料。

这一磁性材料系统的非取向fe-si合金(i)、单取向fe-si合金(ⅱ)、双取向fe-si合金(ⅲ)、特殊处理fe-si合金(ⅳ)和非晶fe-si-b材料(v)的磁和电损耗p降低随年代的进展。

(2)铁-镍(fe-ni)系软磁合金是磁导率μ和矫顽力hc低的性能良好的软磁材料，有着广泛的应用。

(3)铁氧体软磁材料，其突出优点是电阻率极高，可以在高频率和超高频率使用，在通信和多种电子学器件中有着重要的应用。

(4)非晶软磁材料和纳米晶软磁材料，是在20世纪后期发展起来的新软磁材料。

非晶软磁材料的特点是制造工艺较简单，化学成分变化范围较宽、磁性均匀和良好的各向同性(因无晶粒结构)。

将适当成分的非晶软磁材料通过适当的热处理后，可以使非晶状态转变为晶粒直径为纳米量级的结晶态软磁材料，也可以得到良好的软磁材料。

(5)其他软磁材料。

选择适当的化学成分和适当的制造工艺，可以得到具有特定软磁等性能的软磁材料。

例如，具有高能和磁化强度的铁-钴(fe-co)系软磁合金，具有较高电阻率的铁-铝(fe-al)系软磁合金，具有磁晶各向异性和磁致伸缩都趋近于零的铁-硅-铝(fe-si-al)等。