《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 第九章第九章 材料的磁學(xué)性能材料的磁學(xué)性能 磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)或改磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)或改變能量狀態(tài)的功能，被廣泛使用于計(jì)算變能量狀態(tài)的功能，被廣泛使用于計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化、影像、儀器儀表、機(jī)、通訊、自動(dòng)化、影像、儀器儀表、航空航天、生物等技術(shù)領(lǐng)域，航空航天、生物等技術(shù)領(lǐng)域，是重要的是重要的功能材料功能材料。Department of Chemistry and Material and Engineering1.原子是由原子核與原子核外的電子組成的。Department of Chemistry and Material and Engineering通電圓形線圈感應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)Department of Chemistry and Material and Engineering電子自旋角動(dòng)量單原子的磁矩原子的磁矩普通分子的磁矩普通分子的磁矩鐵原子的磁矩原子的磁矩磁磁鐵分子的磁矩分子的磁矩凈磁磁矩矩Department of Chemistry and Material and Engineering 材料磁性的本源是材料內(nèi)部電子的循軌和自旋材料磁性的本源是材料內(nèi)部電子的循軌和自旋運(yùn)動(dòng)。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，物質(zhì)的磁性就是由電子的這些運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，由物理學(xué)可知，任一封閉電流都具有磁矩由物理學(xué)可知，任一封閉電流都具有磁矩。其方。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積閉環(huán)形的面積的乘積IS。運(yùn)動(dòng)電子的磁矩，一般是軌道磁矩和自旋磁矩運(yùn)動(dòng)電子的磁矩，一般是軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和的矢量和。原子核也有磁矩，不過它的磁矩很小，約為電原子核也有磁矩，不過它的磁矩很小，約為電子磁矩的子磁矩的1/2 000，一般忽略不計(jì)。，一般忽略不計(jì)。Department of Chemistry and Material and Engineering原子核外電子的排布規(guī)律 核外電子結(jié)構(gòu)用四個(gè)量子數(shù)n，l，ml，ms表征(多電子體系)。電子軌道大小由主量子數(shù) n 決定，n=1,2,3,4,的軌道群，又稱為 K,L,M,N,的電子殼層 軌道的形狀由角動(dòng)量 l 決定，l=0,1,2,3,n-1，又稱為s,p,d,f,g,電子。當(dāng)施加一個(gè)磁場(chǎng)在一個(gè)原子上時(shí)，平行于磁場(chǎng)的角動(dòng)量也是量子化的。l 在磁場(chǎng)方向上的分量由磁量子數(shù)ml決定，ml=l,l-1,l-2,0,-(l-1),-l，共有(2 l+1)個(gè)值。電子自旋量子數(shù) 由 ms決定KLMZeDepartment of Chemistry and Material and EngineeringCompany L主量子數(shù)主量子數(shù)n代表主殼層，軌道量子數(shù)代表主殼層，軌道量子數(shù)l代表次殼層，代表次殼層，能量相同的電子可以視為分布在同一殼層上能量相同的電子可以視為分布在同一殼層上。磁性功能材料磁性功能材料-磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)電子軌道磁矩 電子繞軌道運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流i，i=-e/t，形成的磁矩為iS。原子中各電子軌道的磁矩方向是空間量子化的，最小單位為玻爾磁子B，B=9.2710-24Am2.電子循軌運(yùn)動(dòng)的磁矩大小和軌道角動(dòng)量大小相關(guān)，是角量子數(shù)l的函數(shù)。由量子力學(xué)知，角量子數(shù)為l的軌道電子的磁矩為 其中l(wèi)0，1，2n-1 Company LDepartment of Chemistry and Material and Engineering 在填充滿電子原子殼層中，各電子的軌道運(yùn)動(dòng)分別占了所有可能的方向，形成一個(gè)球體，因此合成的總角動(dòng)量等于零，原子的總磁矩為零。所以計(jì)算原子的軌道磁矩時(shí)，只考慮未填滿的那些殼層中的電子-這些殼層稱為磁性電子殼層。當(dāng)某未滿殼層中包含多個(gè)電子時(shí)，該支殼層的電子按角動(dòng)量耦合原則耦合成一個(gè)總角動(dòng)量。原子磁矩是和這個(gè)總角動(dòng)量相聯(lián)系的。如如Fe的原子序數(shù)的原子序數(shù)26 理論證明，當(dāng)原子中的電子層均被排滿時(shí)，理論證明，當(dāng)原子中的電子層均被排滿時(shí)，原子沒有磁矩。只有原子中存在著未被排滿的原子沒有磁矩。只有原子中存在著未被排滿的電子層時(shí)，電子層時(shí)，由于未被排滿的電子層電子磁矩之由于未被排滿的電子層電子磁矩之和不為零和不為零，原子才具有磁矩，原子才具有磁矩，這種磁矩稱為原這種磁矩稱為原子的固有磁矩子的固有磁矩。當(dāng)原子結(jié)合成分子時(shí)，它們的外層電子磁當(dāng)原子結(jié)合成分子時(shí)，它們的外層電子磁矩要發(fā)生變化，所以分子磁矩并不是單個(gè)原子矩要發(fā)生變化，所以分子磁矩并不是單個(gè)原子磁矩的總和。磁矩的總和。二、材料的磁化二、材料的磁化 鐵使磁場(chǎng)強(qiáng)烈地增強(qiáng)，銅則使磁場(chǎng)減鐵使磁場(chǎng)強(qiáng)烈地增強(qiáng)，銅則使磁場(chǎng)減弱，而鋁雖使磁場(chǎng)增強(qiáng)，但很微弱。就是弱，而鋁雖使磁場(chǎng)增強(qiáng)，但很微弱。就是說，說，物質(zhì)在磁場(chǎng)中由于受磁場(chǎng)的作用都呈物質(zhì)在磁場(chǎng)中由于受磁場(chǎng)的作用都呈現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化。凡。凡是是能被磁場(chǎng)磁化的物質(zhì)稱為磁質(zhì)或磁介質(zhì)能被磁場(chǎng)磁化的物質(zhì)稱為磁質(zhì)或磁介質(zhì)，實(shí)際上包括空氣在內(nèi)所有的物質(zhì)都能被磁實(shí)際上包括空氣在內(nèi)所有的物質(zhì)都能被磁化，因此從廣義上講都屬磁介質(zhì)?；虼藦膹V義上講都屬磁介質(zhì)。Department of Chemistry and Material and Engineering材料的磁性材料的磁性n磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度也是描述磁質(zhì)被磁化后其磁性強(qiáng)磁化強(qiáng)度也是描述磁質(zhì)被磁化后其磁性強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。弱的一個(gè)物理量。稱為磁化率或磁化系數(shù)，量綱為稱為磁化率或磁化系數(shù)，量綱為1 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 當(dāng)磁介質(zhì)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為當(dāng)磁介質(zhì)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的外加磁場(chǎng)中的外加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，會(huì)使它所在空間的磁場(chǎng)發(fā)生變化，被磁化時(shí)，會(huì)使它所在空間的磁場(chǎng)發(fā)生變化，即產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)即產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)H。這時(shí)，其所處的總。這時(shí)，其所處的總磁場(chǎng)強(qiáng)度為兩部分的矢量和，即磁場(chǎng)強(qiáng)度為兩部分的矢量和，即 通常，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，材料中固有磁通常，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，材料中固有磁矩的矢量總和為零，宏觀上材料不呈現(xiàn)出磁矩的矢量總和為零，宏觀上材料不呈現(xiàn)出磁性。但當(dāng)材料被磁化后，便會(huì)表現(xiàn)出一定的性。但當(dāng)材料被磁化后，便會(huì)表現(xiàn)出一定的磁性。實(shí)際上，磁性。實(shí)際上，物體的磁化并未改變?cè)庸涛矬w的磁化并未改變?cè)庸逃写啪氐拇笮?，而是改變了它們的取向。有磁矩的大小，而是改變了它們的取向。H總總=H+H 當(dāng)一個(gè)物體在外加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，當(dāng)一個(gè)物體在外加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，物體所在空間的總磁場(chǎng)強(qiáng)度是外加磁場(chǎng)強(qiáng)物體所在空間的總磁場(chǎng)強(qiáng)度是外加磁場(chǎng)強(qiáng)度度H和材料磁化強(qiáng)度和材料磁化強(qiáng)度M之和之和，前面所述的附，前面所述的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度加磁場(chǎng)強(qiáng)度H實(shí)際就等于磁化強(qiáng)度實(shí)際就等于磁化強(qiáng)度M，磁，磁化強(qiáng)度不僅與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，還與物化強(qiáng)度不僅與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，還與物質(zhì)本身的磁化特性有關(guān)，即質(zhì)本身的磁化特性有關(guān)，即 為磁化率，量綱為為磁化率，量綱為1，其值可正、可，其值可正、可負(fù)，它表征物質(zhì)本身的磁化特性。負(fù)，它表征物質(zhì)本身的磁化特性。M=H 式中式中:r為相對(duì)磁導(dǎo)率為相對(duì)磁導(dǎo)率，為磁導(dǎo)率或?yàn)榇艑?dǎo)率或?qū)Т畔禂?shù)，單位與導(dǎo)磁系數(shù)，單位與 0 相同，它反應(yīng)了磁相同，它反應(yīng)了磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場(chǎng)隨外磁場(chǎng)H變化的速率變化的速率。B=0(1+)H=0rH=H垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線稱為垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度，用用B表示，單位表示，單位T（特斯拉）（特斯拉）Department of Chemistry and Material and Engineeringn電子的磁矩電子的磁矩p電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成 p物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起是主要由自旋磁矩引起 p孤立原子的磁矩決定于原子的結(jié)構(gòu)孤立原子的磁矩決定于原子的結(jié)構(gòu) p某些元素具有各層都充滿電子的原子結(jié)構(gòu)，某些元素具有各層都充滿電子的原子結(jié)構(gòu)，其電子磁矩相互抵消，因而不顯磁性其電子磁矩相互抵消，因而不顯磁性材料磁性的本質(zhì)材料磁性的本質(zhì)Department of Chemistry and Material and Engineering磁性的分類磁性的分類n 抗磁性抗磁性n 順磁性順磁性n 鐵磁性鐵磁性n 反鐵磁性反鐵磁性第二節(jié)第二節(jié) 抗磁性與順磁性抗磁性與順磁性 根據(jù)材料被磁化后對(duì)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的根據(jù)材料被磁化后對(duì)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的影響，可以把材料分為影響，可以把材料分為3類：使磁場(chǎng)減類：使磁場(chǎng)減弱的物質(zhì)稱為弱的物質(zhì)稱為抗磁性抗磁性材料；使磁場(chǎng)略有材料；使磁場(chǎng)略有增強(qiáng)的為增強(qiáng)的為順磁性順磁性材料；使磁場(chǎng)強(qiáng)烈增加材料；使磁場(chǎng)強(qiáng)烈增加的為的為鐵磁性鐵磁性材料。材料。一、材料抗磁性與順磁性的物理本質(zhì)一、材料抗磁性與順磁性的物理本質(zhì) 材料被磁化后，磁化強(qiáng)度材料被磁化后，磁化強(qiáng)度M=H (：磁化率：磁化率)磁化矢量與外加磁場(chǎng)方向相反磁化矢量與外加磁場(chǎng)方向相反的稱為抗磁性，的稱為抗磁性，0；材料被磁化后，磁；材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場(chǎng)方向相同的稱為順磁性化矢量與外加磁場(chǎng)方向相同的稱為順磁性0。通常，把測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁化強(qiáng)通常，把測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁化強(qiáng)度與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線稱為磁化曲度與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線稱為磁化曲線。當(dāng)去除外磁場(chǎng)之后，仍恢復(fù)到未磁化線。當(dāng)去除外磁場(chǎng)之后，仍恢復(fù)到未磁化前的狀態(tài)，即存在磁化可逆性。前的狀態(tài)，即存在磁化可逆性。材料的抗磁性來源于電子循軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受外材料的抗磁性來源于電子循軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受外加磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的抗磁矩。加磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的抗磁矩。任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性。任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性。1.抗磁性抗磁性http:/ 化學(xué)與材料工程系化學(xué)與材料工程系Department of Chemistry and Material and Engineering1.抗磁性抗磁性v (1)電子軌道磁矩大小為電子軌道磁矩大小為(2)電子抗磁矩電子抗磁矩與外加磁場(chǎng)的方向相反與外加磁場(chǎng)的方向相反(3)原子抗磁矩原子抗磁矩 任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性 向心力：F=mr22.順磁性順磁性 材料的順磁性主要來源于原子材料的順磁性主要來源于原子(離子離子)的固有的固有磁矩；磁矩；在沒有一外加磁場(chǎng)時(shí)，原子的固有磁矩呈在沒有一外加磁場(chǎng)時(shí)，原子的固有磁矩呈無(wú)序狀態(tài)分布，在宏觀上并不呈現(xiàn)出磁性。無(wú)序狀態(tài)分布，在宏觀上并不呈現(xiàn)出磁性。當(dāng)施當(dāng)施加一定的外加磁場(chǎng)時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)相互作用，加一定的外加磁場(chǎng)時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)相互作用，磁矩具有較高的靜磁能。所謂靜磁能是指原子磁磁矩具有較高的靜磁能。所謂靜磁能是指原子磁矩與外加磁場(chǎng)的相互作用能。矩與外加磁場(chǎng)的相互作用能。為了降低靜磁能，磁矩必將改變與磁場(chǎng)之間為了降低靜磁能，磁矩必將改變與磁場(chǎng)之間的夾角，于是便產(chǎn)生了磁化。隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)，的夾角，于是便產(chǎn)生了磁化。隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)，磁矩與磁場(chǎng)的夾角減小，磁化不斷增強(qiáng)。磁矩與磁場(chǎng)的夾角減小，磁化不斷增強(qiáng)。在常溫下，要使原子磁矩轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方在常溫下，要使原子磁矩轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向，除了要克服磁矩間相互作用所產(chǎn)生的向，除了要克服磁矩間相互作用所產(chǎn)生的無(wú)序傾向之外，還必須克服原子熱運(yùn)動(dòng)所無(wú)序傾向之外，還必須克服原子熱運(yùn)動(dòng)所造成的嚴(yán)重干擾，故通常順磁磁化進(jìn)行得造成的嚴(yán)重干擾，故通常順磁磁化進(jìn)行得十分困難。室溫下的磁化率約為十分困難。室溫下的磁化率約為10-6數(shù)量數(shù)量級(jí)。級(jí)。二、影響材料抗磁性與順磁性的因素二、影響材料抗磁性與順磁性的因素 （）自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性（）自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性 （）惰性氣體是典型的抗磁性物質(zhì)（）惰性氣體是典型的抗磁性物質(zhì) （）絕大多數(shù)非金屬是抗磁性物質(zhì)，只有氧和石墨是（）絕大多數(shù)非金屬是抗磁性物質(zhì)，只有氧和石墨是順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì) （）金屬只有當(dāng)內(nèi)層電子末被填滿自旋磁矩未被抵（）金屬只有當(dāng)內(nèi)層電子末被填滿自旋磁矩未被抵消時(shí)，才可能產(chǎn)生較強(qiáng)的順磁性消時(shí)，才可能產(chǎn)生較強(qiáng)的順磁性 金屬金屬u u、AgAg、AuAu、CdCd、HgHg等，是抗磁性的等，是抗磁性的堿金屬都是順磁性的堿土金屬堿金屬都是順磁性的堿土金屬(除除BeBe外外)也都是順磁性也都是順磁性的的3 3價(jià)金屬也是順磁性的價(jià)金屬也是順磁性的稀土金屬順磁性較強(qiáng)，磁化率較大稀土金屬順磁性較強(qiáng)，磁化率較大 TiTi、r r、n n等過渡族元素，有強(qiáng)烈的順磁性等過渡族元素，有強(qiáng)烈的順磁性1.原子結(jié)構(gòu)的影響原子結(jié)構(gòu)的影響http:/ 化學(xué)與材料工程系化學(xué)與材料工程系Department of Chemistry and Material and Engineering 在磁場(chǎng)作用下電子的循軌運(yùn)動(dòng)要產(chǎn)生抗磁在磁場(chǎng)作用下電子的循軌運(yùn)動(dòng)要產(chǎn)生抗磁矩，而離子的固有磁矩則產(chǎn)生順磁矩。矩，而離子的固有磁矩則產(chǎn)生順磁矩。自由電自由電子在磁場(chǎng)的作用下所產(chǎn)生的抗磁矩遠(yuǎn)小于順磁子在磁場(chǎng)的作用下所產(chǎn)生的抗磁矩遠(yuǎn)小于順磁矩，故矩，故自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性。材料都是由原子和電子所構(gòu)成的，其內(nèi)部材料都是由原子和電子所構(gòu)成的，其內(nèi)部既存在著產(chǎn)生抗磁性的因素，又存在著產(chǎn)生順既存在著產(chǎn)生抗磁性的因素，又存在著產(chǎn)生順磁性的因素，屬于哪種磁性材料，取決于哪種磁性的因素，屬于哪種磁性材料，取決于哪種因素占主導(dǎo)地位。因素占主導(dǎo)地位。惰性氣體的原子磁矩為零，在外磁場(chǎng)惰性氣體的原子磁矩為零，在外磁場(chǎng)作用下只能產(chǎn)生抗磁矩，是典型的抗磁性作用下只能產(chǎn)生抗磁矩，是典型的抗磁性物質(zhì)。物質(zhì)。其他大多數(shù)非金屬元素形成分子時(shí)，其他大多數(shù)非金屬元素形成分子時(shí)，由于共價(jià)鍵的作用，使外層電子被填滿，由于共價(jià)鍵的作用，使外層電子被填滿，它們的分子就不具有固有磁矩。因此，它們的分子就不具有固有磁矩。因此，絕絕大多數(shù)非金屬都是抗磁性物質(zhì)，大多數(shù)非金屬都是抗磁性物質(zhì)，只有氧和只有氧和石墨是順磁性物質(zhì)。石墨是順磁性物質(zhì)。1.原子結(jié)構(gòu)的影響原子結(jié)構(gòu)的影響 對(duì)對(duì)于于金金屬屬，在在磁磁場(chǎng)場(chǎng)的的作作用用下下電電子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生生了了抗抗磁磁矩矩。與與此此同同時(shí)時(shí)，還還有有離離子子和和自自由由電電子子產(chǎn)產(chǎn)生生順順磁磁矩矩。其其中中自自由由電電子子所所引引起起的的順順磁磁性性是是比比較較小小的的，故故只只有有當(dāng)當(dāng)內(nèi)內(nèi)層層電電子子未未被被填填滿滿，自自旋旋磁磁矩矩未未被被抵抵消消時(shí)，才可能產(chǎn)生較強(qiáng)的順磁性。時(shí)，才可能產(chǎn)生較強(qiáng)的順磁性。金金屬屬Cu,Ag,Au,Cd,Hg等等，它它們們的的離離子子所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的抗抗磁磁性性大大于于自自由由電電子子的的順順磁磁性性，因因此此是是抗抗磁磁性的。性的。1.原子結(jié)構(gòu)的影響原子結(jié)構(gòu)的影響 所所有有的的堿堿金金屬屬都都是是順順磁磁性性的的。堿堿土土金金屬屬(除除Be外外)也也都都是是順順磁磁性性的的，以以上上兩兩族族金金屬屬元元素素在在離離子子狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)都都與與惰惰性性氣氣體體相相似似，具具有有相相當(dāng)當(dāng)?shù)牡目箍勾糯糯糯啪鼐?，但但由由于于電電子子產(chǎn)產(chǎn)生生的的順順磁磁性性占占主主導(dǎo)導(dǎo)地地位位，故故表表現(xiàn)現(xiàn)為為順順磁磁性性。稀稀土土金金屬屬順順磁磁性性較較強(qiáng)強(qiáng)，磁磁化化率率較較大大，主主要要是是因因?yàn)闉檫@這些些元元素素的的原原子子4f層層和和5d層層沒沒有有填填滿滿，存存在在著著未未能能全全部抵消的自旋磁矩。部抵消的自旋磁矩。1.原子結(jié)構(gòu)的影響原子結(jié)構(gòu)的影響 Ti,V,Cr,Mn等等過過渡渡族族元元素素，它它們們的的3d層層未未被被填填滿滿，自自旋旋磁磁矩矩未未被被抵抵消消，因因而而產(chǎn)產(chǎn)生生了了強(qiáng)強(qiáng)烈烈的的順順磁磁性性，甚甚至至它們的合金有些就屬于鐵磁性的了。它們的合金有些就屬于鐵磁性的了。1.原子結(jié)構(gòu)的影響原子結(jié)構(gòu)的影響 溫溫度度對(duì)對(duì)抗抗磁磁性性一一般般沒沒有有什什么么影影響響，但但當(dāng)當(dāng)金金屬屬熔熔化化、凝凝固固，同同素素異異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變，以以及及形形成成化化合合物物時(shí)時(shí)，由由于于電電子子軌軌道道的的變變化化和和單單位位體體積積內(nèi)內(nèi)原原子子數(shù)數(shù)量量的的變變化化，使使抗抗磁磁磁磁化化率發(fā)生變化。率發(fā)生變化。對(duì)對(duì)鐵鐵磁磁性性物物質(zhì)質(zhì)來來說說居居里里點(diǎn)點(diǎn)居居里里溫溫度度)以以上上是是順順磁磁性性的的，居居里里點(diǎn)點(diǎn)以以下下是是鐵鐵磁磁性性的。的。2.溫度的影響溫度的影響 當(dāng)當(dāng)材材料料發(fā)發(fā)生生同同素素異異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變時(shí)時(shí)，由由于于晶晶格格類類型型及及原原子子間間距距發(fā)發(fā)生生了了變變化化，會(huì)會(huì)影影響響電電子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)狀狀態(tài)態(tài)而而導(dǎo)導(dǎo)致致磁磁化化率率的的變變化化。當(dāng)當(dāng)材材料料發(fā)發(fā)生生其其他他相相變變時(shí)時(shí)，也也會(huì)會(huì)影影響響磁磁化化率率，影影響響的規(guī)律比較復(fù)雜。的規(guī)律比較復(fù)雜。3.相變及組織轉(zhuǎn)變的影響相變及組織轉(zhuǎn)變的影響 加工硬化對(duì)金屬的抗磁性影響也很明加工硬化對(duì)金屬的抗磁性影響也很明顯、加工硬化使金屬的原子間距增大而密顯、加工硬化使金屬的原子間距增大而密度減小，從而使材料的抗磁性減弱。例如，度減小，從而使材料的抗磁性減弱。例如，當(dāng)高度加工硬化時(shí)，銅可以由抗磁變?yōu)轫槷?dāng)高度加工硬化時(shí)，銅可以由抗磁變?yōu)轫槾?。退火與加工硬化的作用相反，能使銅磁。退火與加工硬化的作用相反，能使銅的抗磁性重新得到恢復(fù)。的抗磁性重新得到恢復(fù)。3.相變及組織轉(zhuǎn)變的影響相變及組織轉(zhuǎn)變的影響 合金由不同元素和形式組成時(shí)對(duì)磁性合金由不同元素和形式組成時(shí)對(duì)磁性會(huì)有很大的影響，形成固溶體合金時(shí)磁化會(huì)有很大的影響，形成固溶體合金時(shí)磁化率因原子之間結(jié)合的改變而有較明顯的變率因原子之間結(jié)合的改變而有較明顯的變化。化。通常，通常，由弱磁化率的兩種金屬組成固由弱磁化率的兩種金屬組成固溶體時(shí)，其磁化率和成分按接近于直線的溶體時(shí)，其磁化率和成分按接近于直線的平滑曲線變化平滑曲線變化，如，如Al-Cu合金的合金的固溶體。固溶體。4.合金成分與組織的影響合金成分與組織的影響 合金形成中間相合金形成中間相(金屬化金屬化合物合物)時(shí)，其磁化率將發(fā)生突時(shí)，其磁化率將發(fā)生突變。如變。如Cu-Zn合金形成中間合金形成中間相相Cu3Zn5(電子化合物電子化合物-相相)時(shí)，具有很高的抗磁磁化率，時(shí)，具有很高的抗磁磁化率，這是由于這是由于-相的結(jié)構(gòu)中自由相的結(jié)構(gòu)中自由電子數(shù)減少了，幾乎無(wú)固有電子數(shù)減少了，幾乎無(wú)固有原子磁矩，所以是抗磁性的。原子磁矩，所以是抗磁性的。4.合金成分與組織的影響合金成分與組織的影響 當(dāng)形成兩相合金時(shí)，當(dāng)形成兩相合金時(shí)，在兩相區(qū)范圍內(nèi)，其磁化在兩相區(qū)范圍內(nèi)，其磁化率隨成分的變化呈直線關(guān)率隨成分的變化呈直線關(guān)系。系。根據(jù)這些關(guān)系，結(jié)合根據(jù)這些關(guān)系，結(jié)合相圖可對(duì)應(yīng)畫出磁化率隨相圖可對(duì)應(yīng)畫出磁化率隨成分的變化規(guī)律，如右圖成分的變化規(guī)律，如右圖所示：所示：4.合金成分與組織的影響合金成分與組織的影響三、抗磁與順磁磁化率的測(cè)量及應(yīng)用三、抗磁與順磁磁化率的測(cè)量及應(yīng)用 由于抗磁與順磁磁化率都很小，所由于抗磁與順磁磁化率都很小，所以要用較靈敏的測(cè)量方法，通常采用磁以要用較靈敏的測(cè)量方法，通常采用磁稱法進(jìn)行測(cè)量，磁稱也稱為磁天平。稱法進(jìn)行測(cè)量，磁稱也稱為磁天平。1.用磁稱法測(cè)量磁化率用磁稱法測(cè)量磁化率(1)確定合金相圖中的最大溶解度曲線確定合金相圖中的最大溶解度曲線 根根據(jù)據(jù)單單相相固固溶溶體體的的順順磁磁性性比比兩兩相相混混合合組組織織的的順順磁磁性性為為高高且且混混合合物物的的順順磁磁性性與與合合金金成成分分之之間間呈呈直直線線關(guān)關(guān)系系的的規(guī)規(guī)律律，便便可可以以定定出出合合金金在在某某一一溫溫度度下下的的最最大大溶溶解解度度及及合合金金溶解度曲線。溶解度曲線。2.抗磁與順磁分析的應(yīng)用抗磁與順磁分析的應(yīng)用2.抗磁與順磁分析的應(yīng)用抗磁與順磁分析的應(yīng)用 ae段段對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的成成分分，在在450淬淬火火后后得得到到了了過過飽飽和和固固溶溶體體。在在e點(diǎn)點(diǎn)左左側(cè)側(cè)，溶溶質(zhì)質(zhì)濃濃度度越越高高，磁磁化化率率下下降降越越多多，而而且且降降低低較較快快。e點(diǎn)點(diǎn)右右側(cè)側(cè)的的合合金金在在450淬淬火火時(shí)時(shí)，有有CuA12相相析析出出，從從而而組組成成銅銅鋁鋁固固溶溶體體與與CuA12的的兩兩相相混混合合物物，這這時(shí)時(shí)雖雖然然合合金金的的磁磁化化率率仍仍隨隨著著含含銅銅量量的的增增加加而而降降低低，但但顯顯然然降降低低得得較較慢慢，而而且且呈呈直直線線下下降降，所所以以e點(diǎn)點(diǎn)的的成成分分即即為為450時(shí)時(shí)銅銅在在鋁鋁中的最大溶解度。中的最大溶解度。（Al）+CuAl2（2）研究鋁合金的分解）研究鋁合金的分解 對(duì)對(duì)于于順順磁磁性性合合金金，可可以以通通過過磁磁化化曲曲線線的的改改變變研研究究其其分分解解的的情情況況，這這里里以以常常見的鋁銅合金為例進(jìn)行分析。見的鋁銅合金為例進(jìn)行分析。2.抗磁與順磁分析的應(yīng)用抗磁與順磁分析的應(yīng)用 淬淬火火使使鋁鋁與與銅銅形形成成了了過過飽飽和和的的固固溶溶體體。溫溫度度升升高高，淬淬火火試試樣樣中中析析出出了了富富銅銅相相，磁磁化化率率不不斷斷上上升升，而而退退火火試試樣樣組組織織不不變變，只只是是受受到到溫溫度度影影響響，使使磁磁化化率率單單調(diào)調(diào)下下降降，溫溫度度達(dá)達(dá)到到500以以后后，淬淬火火與與退退火火試試樣樣的的曲曲線線完完全全重重合合，表表示示過過飽飽和和固溶體分解完成。固溶體分解完成。第三節(jié)第三節(jié) 鐵磁性與反鐵磁性鐵磁性與反鐵磁性一、鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩一、鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩 鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)的作用下，可鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)的作用下，可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化，其磁化矢量與外加磁以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化，其磁化矢量與外加磁場(chǎng)的方向一致，場(chǎng)的方向一致，但它與順磁金屬的磁化特但它與順磁金屬的磁化特性有顯著的不同，這是由鐵磁材料的原子性有顯著的不同，這是由鐵磁材料的原子組態(tài)所決定的。組態(tài)所決定的。自然界中的鐵磁性材料都是金屬，它們的自然界中的鐵磁性材料都是金屬，它們的鐵鐵磁性來源于原子未被抵消的自旋磁矩和自發(fā)磁化磁性來源于原子未被抵消的自旋磁矩和自發(fā)磁化。我們知道，過渡族金屬的我們知道，過渡族金屬的3d層都未被電子填滿，層都未被電子填滿，因此這些金屬原子都有剩余的自旋磁矩。在因此這些金屬原子都有剩余的自旋磁矩。在3d過過渡族金屬中，鐵、鈷、鎳是鐵磁性材料。渡族金屬中，鐵、鈷、鎳是鐵磁性材料。錳、鉻等其他一些元素也有剩余的自旋錳、鉻等其他一些元素也有剩余的自旋磁矩，但它們并不是鐵磁性金屬。這就是說，磁矩，但它們并不是鐵磁性金屬。這就是說，金屬要具有鐵磁性，它的原子只有未被抵消金屬要具有鐵磁性，它的原子只有未被抵消自旋磁矩還不夠，還必須使自旋磁矩自發(fā)地自旋磁矩還不夠，還必須使自旋磁矩自發(fā)地同相排列，亦即產(chǎn)生自發(fā)磁化。同相排列，亦即產(chǎn)生自發(fā)磁化。二、自發(fā)磁化二、自發(fā)磁化 在沒有外磁場(chǎng)的情況下，材料所發(fā)生在沒有外磁場(chǎng)的情況下，材料所發(fā)生的磁化稱為自發(fā)磁化。的磁化稱為自發(fā)磁化。金屬內(nèi)部的自發(fā)磁金屬內(nèi)部的自發(fā)磁化是由于電子間的相互作用產(chǎn)生的。當(dāng)兩化是由于電子間的相互作用產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)原子相接近時(shí)，它們的個(gè)原子相接近時(shí)，它們的3d3d層和層和4s4s層的電層的電子可以相互交換位置，迫使相鄰原子自旋子可以相互交換位置，迫使相鄰原子自旋磁矩產(chǎn)生有序排列。磁矩產(chǎn)生有序排列。三、磁各向異性與磁致伸縮三、磁各向異性與磁致伸縮鐵磁性物質(zhì)在磁化時(shí)具有兩個(gè)很重要的特鐵磁性物質(zhì)在磁化時(shí)具有兩個(gè)很重要的特征：征：磁各向異性和磁致伸縮效應(yīng)磁各向異性和磁致伸縮效應(yīng)。當(dāng)鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿不同方向磁化當(dāng)鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿不同方向磁化所產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度不同。磁化強(qiáng)度沿不同所產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度不同。磁化強(qiáng)度沿不同晶軸方向的不同稱為磁晶的各向異性能。晶軸方向的不同稱為磁晶的各向異性能。鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿磁化方向發(fā)生長(zhǎng)度鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿磁化方向發(fā)生長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。的伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮系數(shù)磁致伸縮系數(shù) 表示沿磁化方向上的尺寸伸長(zhǎng)，稱為正表示沿磁化方向上的尺寸伸長(zhǎng)，稱為正磁致伸縮，如鐵屬這種情況；磁致伸縮，如鐵屬這種情況；表示沿磁化方向的尺寸縮短，如鎳屬這表示沿磁化方向的尺寸縮短，如鎳屬這種情況。種情況。當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值Ms時(shí)，時(shí)，=s。s稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，對(duì)于一定的材料，稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，對(duì)于一定的材料，s是一個(gè)常數(shù)。是一個(gè)常數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)實(shí)驗(yàn)表明，對(duì) 的材料進(jìn)行磁化時(shí)，若的材料進(jìn)行磁化時(shí)，若沿磁場(chǎng)方向加以拉應(yīng)力，則有利于磁化，而沿磁場(chǎng)方向加以拉應(yīng)力，則有利于磁化，而加壓應(yīng)力則阻礙其磁化；對(duì)加壓應(yīng)力則阻礙其磁化；對(duì) 的材料，則的材料，則情況相反。這就是應(yīng)力的各向異性。情況相反。這就是應(yīng)力的各向異性。也是一個(gè)具有各向異性的物理量，如也是一個(gè)具有各向異性的物理量，如單晶鐵和單晶鎳沿不同晶向磁化時(shí)，其單晶鐵和單晶鎳沿不同晶向磁化時(shí)，其值值不同。不同。四、磁疇結(jié)構(gòu)四、磁疇結(jié)構(gòu) 在鐵磁性物質(zhì)中，存在著許多微小自發(fā)磁在鐵磁性物質(zhì)中，存在著許多微小自發(fā)磁化區(qū)域，稱為化區(qū)域，稱為“磁疇磁疇”。這種磁疇已被實(shí)驗(yàn)觀。這種磁疇已被實(shí)驗(yàn)觀察所證實(shí)。磁疇的尺寸大小和其形狀結(jié)構(gòu)受著察所證實(shí)。磁疇的尺寸大小和其形狀結(jié)構(gòu)受著多種能量因素制約的結(jié)果。多種能量因素制約的結(jié)果。相鄰磁疇彼此之間不可能直接呈反向平行相鄰磁疇彼此之間不可能直接呈反向平行排列，在兩相反磁疇之間形成磁疇壁，疇壁內(nèi)排列，在兩相反磁疇之間形成磁疇壁，疇壁內(nèi)自旋磁矩的方向從一個(gè)磁疇逐漸過渡到另一個(gè)自旋磁矩的方向從一個(gè)磁疇逐漸過渡到另一個(gè)磁疇。磁疇。在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，通常磁疇呈細(xì)小扁平的在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，通常磁疇呈細(xì)小扁平的薄片狀或細(xì)長(zhǎng)的棱柱狀，大小約為薄片狀或細(xì)長(zhǎng)的棱柱狀，大小約為10-6mm3，磁化矢量指向易磁化方向。在多晶體中，一個(gè)磁化矢量指向易磁化方向。在多晶體中，一個(gè)晶粒內(nèi)可有數(shù)個(gè)磁疇，在磁場(chǎng)的作用下磁疇的晶粒內(nèi)可有數(shù)個(gè)磁疇，在磁場(chǎng)的作用下磁疇的大小和方向都可能發(fā)生變化。大小和方向都可能發(fā)生變化。Department of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and Engineering五、磁化曲線與磁滯回線五、磁化曲線與磁滯回線1磁化曲線磁化曲線 第一部分，在微弱第一部分，在微弱的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度度B和磁化強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度M均隨均隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增大緩的增大緩慢地上升；磁化強(qiáng)度慢地上升；磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)強(qiáng)度與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間近之間近似呈直線關(guān)系，似呈直線關(guān)系，并且并且磁化是可逆的磁化是可逆的。鐵磁合金的磁化曲線鐵磁合金的磁化曲線第二部分，隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度第二部分，隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度H繼續(xù)增大，磁感應(yīng)繼續(xù)增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B和磁化強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度M急劇增高，磁導(dǎo)率急劇增高，磁導(dǎo)率增長(zhǎng)得增長(zhǎng)得非?？欤⑶页霈F(xiàn)極大值非?？?，并且出現(xiàn)極大值m，這個(gè)階段的磁化這個(gè)階段的磁化是不可逆的，即去掉磁場(chǎng)仍保持部分磁化。是不可逆的，即去掉磁場(chǎng)仍保持部分磁化。第三部分，隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度第三部分，隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度H再進(jìn)一步增大，再進(jìn)一步增大，B和和M增大的趨勢(shì)逐漸變緩，磁化進(jìn)行得越來越增大的趨勢(shì)逐漸變緩，磁化進(jìn)行得越來越困難，磁導(dǎo)率減小，并趨向于困難，磁導(dǎo)率減小，并趨向于0，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到達(dá)到Hs時(shí)，磁化強(qiáng)度便達(dá)到飽和值，即外磁場(chǎng)時(shí)，磁化強(qiáng)度便達(dá)到飽和值，即外磁場(chǎng)強(qiáng)度再繼續(xù)增大時(shí)，磁化強(qiáng)度不再變化。強(qiáng)度再繼續(xù)增大時(shí)，磁化強(qiáng)度不再變化。2 2 磁滯回線磁滯回線 磁化到飽和磁化狀態(tài)后磁化到飽和磁化狀態(tài)后當(dāng)當(dāng)H H0 0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B B并不等于零，而是保留一并不等于零，而是保留一定大小的數(shù)值定大小的數(shù)值B Br r，鐵磁金鐵磁金屬的剩磁現(xiàn)象。屬的剩磁現(xiàn)象。要使要使B B值繼續(xù)減小，必值繼續(xù)減小，必須加一個(gè)反向磁場(chǎng)須加一個(gè)反向磁場(chǎng)-H-H，當(dāng)，當(dāng)H H等于一定值等于一定值H Hc c時(shí)，時(shí)，B=0B=0。H Hc c為去掉剩磁的臨界外磁場(chǎng)，為去掉剩磁的臨界外磁場(chǎng)，稱為稱為矯頑力矯頑力。反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大，反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大，B B將沿著將沿著dede曲線變化為曲線變化為-B-Bs s 從從-B-Bs s改為正向磁場(chǎng)，隨改為正向磁場(chǎng)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，B B沿沿efgbefgb曲線變化為曲線變化為+B+Bs s(1)磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，是鐵磁材是鐵磁材料的重要特性之一。料的重要特性之一。磁滯效磁滯效應(yīng)的存在，磁化一周得到一個(gè)應(yīng)的存在，磁化一周得到一個(gè)閉合回線，稱為磁滯回線。閉合回線，稱為磁滯回線。(2)磁滯損耗磁滯損耗 磁滯回線所包圍的面積相當(dāng)磁滯回線所包圍的面積相當(dāng)于磁化一周所產(chǎn)生的能量損耗。于磁化一周所產(chǎn)生的能量損耗。（3）退磁曲線）退磁曲線 磁滯回線中，第二象限部磁滯回線中，第二象限部分也稱為退磁曲線分也稱為退磁曲線 最大磁能最大磁能積積(BH)m、隆起度、隆起度(凸凸出系數(shù)出系數(shù))=(BH)m/BrHc、回復(fù)、回復(fù)系數(shù)系數(shù) tan=B/H。圖圖9-14 9-14 退磁曲線上的有關(guān)物理量退磁曲線上的有關(guān)物理量 軟磁材料的磁滯回線瘦小，具有高導(dǎo)磁軟磁材料的磁滯回線瘦小，具有高導(dǎo)磁與低與低Hc等特性。硬磁材料的磁滯回線肥大，等特性。硬磁材料的磁滯回線肥大，具有高的具有高的Hc、Br與與(BH)m等特性。等特性。軟磁材料通常用作電磁鐵或變壓器鐵軟磁材料通常用作電磁鐵或變壓器鐵心等，要求材料具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁心等，要求材料具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁化強(qiáng)度和低剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、低矯頑力等化強(qiáng)度和低剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、低矯頑力等特性。常用材料有工業(yè)純鐵，硅鋼及鐵鎳、特性。常用材料有工業(yè)純鐵，硅鋼及鐵鎳、鐵鈷合金，磁性陶瓷材料等。鐵鈷合金，磁性陶瓷材料等。硬磁材料又稱永磁材料，是指材料被外硬磁材料又稱永磁材料，是指材料被外磁場(chǎng)磁化后，去掉外磁場(chǎng)后仍保持較強(qiáng)剩磁磁場(chǎng)磁化后，去掉外磁場(chǎng)后仍保持較強(qiáng)剩磁的磁性材料。對(duì)這類材料，希望其具有的磁性材料。對(duì)這類材料，希望其具有高的高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力和矯頑力Hc及較大的最大及較大的最大磁能積磁能積(BH)m，特別是高的，特別是高的(BH)m使材料在使使材料在使用中可保持穩(wěn)定的磁性。用中可保持穩(wěn)定的磁性。常用材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、稀土常用材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、稀土-鈷以鈷以及稀土及稀土-鐵類合金等。鐵類合金等。80年代以來發(fā)展起來的年代以來發(fā)展起來的Nd-Fe-B系合金，是目前系合金，是目前(BH)m值最大的永磁值最大的永磁材料。材料。六、反鐵磁性六、反鐵磁性 與鐵磁性金屬相反，與鐵磁性金屬相反，Mn,Cr等金屬的相等金屬的相鄰原子間的自旋趨于反向平行排列，原子磁鄰原子間的自旋趨于反向平行排列，原子磁矩相互抵消，不能形成自發(fā)磁化區(qū)域，這類矩相互抵消，不能形成自發(fā)磁化區(qū)域，這類物質(zhì)稱為反鐵磁性物質(zhì)。物質(zhì)稱為反鐵磁性物質(zhì)。反鐵磁性物質(zhì)無(wú)論反鐵磁性物質(zhì)無(wú)論在什么溫度下，其宏觀表現(xiàn)都是順磁性的，在什么溫度下，其宏觀表現(xiàn)都是順磁性的，磁化系數(shù)磁化系數(shù)x相當(dāng)于強(qiáng)順磁性物質(zhì)的數(shù)量級(jí)。相當(dāng)于強(qiáng)順磁性物質(zhì)的數(shù)量級(jí)。X取最大值的溫度稱為奈耳溫度，用取最大值的溫度稱為奈耳溫度，用Tn表表示，實(shí)際上示，實(shí)際上Tn表征了相鄰原子自旋反向排列表征了相鄰原子自旋反向排列被完全破壞的溫度，超過此溫度，反鐵磁性被完全破壞的溫度，超過此溫度，反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕琓n也稱為反鐵磁居里點(diǎn)。外也稱為反鐵磁居里點(diǎn)。外磁場(chǎng)同樣會(huì)破壞原子間自旋的反方向排列，磁場(chǎng)同樣會(huì)破壞原子間自旋的反方向排列，并使原子磁矩傾向于外磁場(chǎng)方向，所以在奈并使原子磁矩傾向于外磁場(chǎng)方向，所以在奈耳點(diǎn)以下，反鐵磁材料也表現(xiàn)出順磁性。耳點(diǎn)以下，反鐵磁材料也表現(xiàn)出順磁性。七、鐵磁材料的技術(shù)磁化七、鐵磁材料的技術(shù)磁化 鐵磁材料在外加磁場(chǎng)的作用下所產(chǎn)生的鐵磁材料在外加磁場(chǎng)的作用下所產(chǎn)生的磁化稱為技術(shù)磁化。實(shí)際上，前面所提到的磁化稱為技術(shù)磁化。實(shí)際上，前面所提到的磁化曲線就是技術(shù)磁化曲線。磁化曲線就是技術(shù)磁化曲線。磁化曲線可以分為磁化曲線可以分為3 3個(gè)階段，這對(duì)應(yīng)著個(gè)階段，這對(duì)應(yīng)著3 3種不同的磁化過程：弱磁場(chǎng)中為起始磁化階種不同的磁化過程：弱磁場(chǎng)中為起始磁化階段；中等磁場(chǎng)中為不可逆磁化階段；較強(qiáng)磁段；中等磁場(chǎng)中為不可逆磁化階段；較強(qiáng)磁場(chǎng)中為磁化緩慢增加階段。場(chǎng)中為磁化緩慢增加階段。Department of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and Engineering八、影響鐵磁性參數(shù)的因素八、影響鐵磁性參數(shù)的因素 鐵磁性的基本參數(shù)可以分為組織不敏感鐵磁性的基本參數(shù)可以分為組織不敏感和組織敏感兩類參數(shù)。凡是與自發(fā)磁化過程和組織敏感兩類參數(shù)。凡是與自發(fā)磁化過程有關(guān)的參數(shù)屬于前者。這些參數(shù)主要取決于有關(guān)的參數(shù)屬于前者。這些參數(shù)主要取決于金屬與合金的成分、原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、金屬與合金的成分、原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、組成相的性質(zhì)與相對(duì)量。凡是與技術(shù)磁化過組成相的性質(zhì)與相對(duì)量。凡是與技術(shù)磁化過程有關(guān)的參數(shù)都屬于后者。程有關(guān)的參數(shù)都屬于后者。具有實(shí)用價(jià)值的鐵磁性純金屬有鐵、具有實(shí)用價(jià)值的鐵磁性純金屬有鐵、鈷、鎳鈷、鎳3種，其鐵磁性的主要影響因素有種，其鐵磁性的主要影響因素有溫度、形變、晶粒大小、合金化及處理狀溫度、形變、晶粒大小、合金化及處理狀態(tài)等。態(tài)等。溫度升高使鐵磁性的飽和磁化強(qiáng)度溫度升高使鐵磁性的飽和磁化強(qiáng)度Ms下降，當(dāng)溫度達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，下降，當(dāng)溫度達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，Ms降至降至零，使鐵磁材料的鐵磁性消失而變?yōu)轫槾帕悖硅F磁材料的鐵磁性消失而變?yōu)轫槾判浴ｏ@然，這是由于溫度升高使原子無(wú)規(guī)性。顯然，這是由于溫度升高使原子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)加劇，破壞了自旋磁矩同向排則的熱運(yùn)動(dòng)加劇，破壞了自旋磁矩同向排列的結(jié)果。列的結(jié)果。1.溫度溫度 冷塑性變形會(huì)使金屬中點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)冷塑性變形會(huì)使金屬中點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)密度增高，造成點(diǎn)陣畸變加大和內(nèi)應(yīng)力升密度增高，造成點(diǎn)陣畸變加大和內(nèi)應(yīng)力升高，既使疇壁移動(dòng)阻力加大，也使磁疇的高，既使疇壁移動(dòng)阻力加大，也使磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)困難，因而造成磁化和退磁過程困難，轉(zhuǎn)動(dòng)困難，因而造成磁化和退磁過程困難，矯頑力增加。矯頑力增加。2.形變和晶粒度形變和晶粒度 晶粒大小和冷塑性變形的影響相似。晶粒大小和冷塑性變形的影響相似。因?yàn)榫Ы绮粌H本身原子排列不規(guī)則，而且因?yàn)榫Ы绮粌H本身原子排列不規(guī)則，而且在晶界附近位錯(cuò)密度也較高，造成點(diǎn)陣畸在晶界附近位錯(cuò)密度也較高，造成點(diǎn)陣畸變和應(yīng)力場(chǎng)，這將阻礙疇壁的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。變和應(yīng)力場(chǎng)，這將阻礙疇壁的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。所以晶粒越細(xì)，晶界影響區(qū)越大，從而使所以晶粒越細(xì)，晶界影響區(qū)越大，從而使磁導(dǎo)率越低，矯頑力越高。磁導(dǎo)率越低，矯頑力越高。2.形變和晶粒度形變和晶粒度 鐵磁性金屬溶入抗磁性元素或弱順磁鐵磁性金屬溶入抗磁性元素或弱順磁性元素時(shí)，固溶體的飽和磁化強(qiáng)度隨溶質(zhì)性元素時(shí)，固溶體的飽和磁化強(qiáng)度隨溶質(zhì)組元含量的增加而降低。鐵磁性金屬溶入組元含量的增加而降低。鐵磁性金屬溶入強(qiáng)順磁性元素時(shí)，如溶質(zhì)組元含量較低時(shí)強(qiáng)順磁性元素時(shí)，如溶質(zhì)組元含量較低時(shí)使使Ms增加，而含量高時(shí)則使增加，而含量高時(shí)則使Ms降低。降低。鐵磁性金屬間形成固溶體時(shí)，其飽和鐵磁性金屬間形成固溶體時(shí)，其飽和磁化強(qiáng)度通常隨成分單調(diào)連續(xù)變化。磁化強(qiáng)度通常隨成分單調(diào)連續(xù)變化。3.形成固溶體及多相合金形成固溶體及多相合金 對(duì)于鐵磁金屬中溶入碳、氮、氧等元對(duì)于鐵磁金屬中溶入碳、氮、氧等元素而形成間隙固溶體時(shí)，由于點(diǎn)陣畸變?cè)焖囟纬砷g隙固溶體時(shí)，由于點(diǎn)陣畸變?cè)斐蓱?yīng)力場(chǎng)，隨著溶質(zhì)原子濃度的增加，成應(yīng)力場(chǎng)，隨著溶質(zhì)原子濃度的增加，Hc增加，而增加，而、Br降低。降低。鐵磁性金屬與順磁性和抗磁性金屬形鐵磁性金屬與順磁性和抗磁性金屬形成的化合物是順磁性的，而鐵磁性金屬與成的化合物是順磁性的，而鐵磁性金屬與非金屬元素形成的化合物，如非金屬元素形成的化合物，如FeSi2,Fe3O4,Fe3S,Fe3C,Fe4N等是鐵磁性的。等是鐵磁性的。3.形成固溶體及多相合金形成固溶體及多相合金 鋼是最常用的鐵磁性合金，經(jīng)不同熱鋼是最常用的鐵磁性合金，經(jīng)不同熱處理工藝所得到的組織及它們的組成相，處理工藝所得到的組織及它們的組成相，具有不同的磁性。其中，鐵素體是強(qiáng)鐵磁具有不同的磁性。其中，鐵素體是強(qiáng)鐵磁性相，性相，F(xiàn)e3C是弱鐵磁性相，合金碳化物及是弱鐵磁性相，合金碳化物及殘余奧氏體為順磁性相。在鋼的所有組織殘余奧氏體為順磁性相。在鋼的所有組織中除奧氏體組織呈順磁性外，其他組織，中除奧氏體組織呈順磁性外，其他組織，如珠光體、貝氏體和馬氏體均為強(qiáng)鐵磁性如珠光體、貝氏體和馬氏體均為強(qiáng)鐵磁性組織。組織。3.形成固溶體及多相合金形成固溶體及多相合金Department of Chemistry and Material and Engineering其他磁性材料其他磁性材料Department of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and Engineering其他磁性材料其他磁性材料磁記錄的功能磁記錄的功能是將一切能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信息是將一切能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信息(如聲音、如聲音、圖像、數(shù)據(jù)和文字等圖像、數(shù)據(jù)和文字等)，通過電磁轉(zhuǎn)換記錄和存儲(chǔ)在磁記，通過電磁轉(zhuǎn)換記錄和存儲(chǔ)在磁記錄介質(zhì)上，并且該信息可以隨時(shí)重放。錄介質(zhì)上，并且該信息可以隨時(shí)重放。根據(jù)記錄信息的形態(tài)，磁記錄可以分為模擬式磁記錄和根據(jù)記錄信息的形態(tài)，磁記錄可以分為模擬式磁記錄和數(shù)字式磁記錄兩類，從記錄和再生的質(zhì)量、變頻技術(shù)的難數(shù)字式磁記錄兩類，從記錄和再生的質(zhì)量、變頻技術(shù)的難易等角度看，磁記錄的總體趨勢(shì)是從模擬式磁記錄向著數(shù)易等角度看，磁記錄的總體趨勢(shì)是從模擬式磁記錄向著數(shù)字式磁記錄的方向發(fā)展。根據(jù)磁化強(qiáng)度與記錄介質(zhì)的取向，字式磁記錄的方向發(fā)展。根據(jù)磁化強(qiáng)度與記錄介質(zhì)的取向，數(shù)字式磁記錄又可以分為水平磁化模式和垂直磁化模式兩數(shù)字式磁記錄又可以分為水平磁化模式和垂直磁化模式兩類。從小器件、高密度存儲(chǔ)的角度來看，數(shù)字式磁記錄的類。從小器件、高密度存儲(chǔ)的角度來看，數(shù)字式磁記錄的總體趨勢(shì)是由水平磁化模式過渡到垂直磁化模式?？傮w趨勢(shì)是由水平磁化模式過渡到垂直磁化模式。Department of Chemistry and Material and Engineering其他磁性材料其他磁性材料 磁性材料的種類很多，通常是以固態(tài)形式存在。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)形式的磁性材料已經(jīng)不能滿足高技術(shù)的特殊要求(如宇航服的轉(zhuǎn)動(dòng)密封、傳感器等)。為此，科學(xué)家們研究開發(fā)了既具有磁性又具有流動(dòng)性質(zhì)的新型磁性材料磁性液體。Department of Chemistry and Material and Engineering其他磁性材料其他磁性材料1、磁致伸縮材料 工程上利用這一特性將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。常用磁致伸縮材料制成各種超聲器件，如超聲波發(fā)生器、超聲接收器、超聲探傷器、超聲鉆頭、超聲焊機(jī)等；回聲器件，如聲吶、回聲探測(cè)儀等；機(jī)械濾波器、混頻器、壓力傳感器以及超聲延遲線等。2、磁電阻材料 強(qiáng)磁性材料在受到外加磁場(chǎng)作用時(shí)引起的電阻變化，稱為磁電阻效應(yīng)。與利用其他磁效應(yīng)相比，利用磁電阻效應(yīng)制成的換能器和傳感器，其裝置簡(jiǎn)單，對(duì)速度和頻率不敏感。磁電阻材料已用于制造磁記錄磁頭、磁泡檢測(cè)器和磁膜存儲(chǔ)器的讀出器等。3、磁致冷材料 是用于致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的物質(zhì)，磁致冷首先是給磁體加磁場(chǎng)，使磁矩按磁場(chǎng)方向齊排列（磁熵變小），然后再撤去磁場(chǎng)，使磁矩的方向變?yōu)槲蓙y（磁熵變大），這時(shí)磁體從周圍吸收熱量，通過熱交換使周圍環(huán)境的溫度降低，達(dá)到致冷的目的。Department of Chemistry and Material and Engineering 一種新型磁致冷材料已被開發(fā)出來，它的優(yōu)點(diǎn)是磁熱效應(yīng)一種新型磁致冷材料已被開發(fā)出來，它的優(yōu)點(diǎn)是磁熱效應(yīng)大，使用溫度可以達(dá)到大，使用溫度可以達(dá)到290K，美國(guó)和日本在磁致冷材料、技術(shù)，美國(guó)和日本在磁致冷材料、技術(shù)和裝置的研究開發(fā)領(lǐng)域居領(lǐng)先水平。和裝置的研究開發(fā)領(lǐng)域居領(lǐng)先水平。2002年美國(guó)年美國(guó)Ames實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室的科研人員研制出世界上第一臺(tái)能在室溫下工作的磁冰箱，又的科研人員研制出世界上第一臺(tái)能在室溫下工作的磁冰箱，又與美國(guó)通用公司開發(fā)汽車磁致冷空調(diào)。與美國(guó)通用公司開發(fā)汽車磁致冷空調(diào)。我國(guó)在磁致冷材料方面的研究起步較晚，中科院物理所在我國(guó)在磁致冷材料方面的研究起步較晚，中科院物理所在 系及其加氣合金方面，四川大學(xué)在系及其加氣合金方面，四川大學(xué)在GdSiCeSn合金方面，南京合金方面，南京大學(xué)在大學(xué)在LaCaNaMnO等化合物方面都取得了好的結(jié)果，已開發(fā)等化合物方面都取得了好的結(jié)果，已開發(fā)出樣機(jī)，但總體上與美國(guó)和日本相比還有差距。出樣機(jī)，但總體上與美國(guó)和日本相比還有差距。我國(guó)科學(xué)家研制了我國(guó)科學(xué)家研制了LaFeCoSi材料，在材料，在0一一5T磁場(chǎng)下在居里磁場(chǎng)下在居里溫度溫度274K附近的磁熵變約為附近的磁熵變約為20.3J/kg.K，可惜這種材料的居，可惜這種材料的居里溫度略低于室溫，如果能提高其居里溫度，也是一種很有前里溫度略低于室溫，如果能提高其居里溫度，也是一種很有前途的室溫磁致冷材料途的室溫磁致冷材料.到到2010年，我國(guó)將禁止生產(chǎn)和使用氟里昂等氟氯碳類化合年，我國(guó)將禁止生產(chǎn)和使用氟里昂等氟氯碳類化合物，因此需加快研究開發(fā)無(wú)害的新型制冷劑或不使用制冷劑的物，因此需加快研究開發(fā)無(wú)害的新型制冷劑或不使用制冷劑的其它類制冷技術(shù)，在這方面的研究開發(fā)中，磁致冷是制冷效率其它類制冷技術(shù)，在這方面的研究開發(fā)中，磁致冷是制冷效率高，能量消耗低，無(wú)污染的制冷方法之一。高，能量消耗低，無(wú)污染的制冷方法之一。Department of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and EngineeringDepartment of Chemistry and Material and Engineering