材料的磁學(xué)性能

材料物理性能B西安科技大學(xué)材料學(xué)院材料的磁學(xué)性能第三章主要內(nèi)容材料的磁性概述物質(zhì)的磁性材料的抗磁性和順磁性理論材料的鐵磁性理論磁疇的形成和磁滯回線鐵氧體結(jié)構(gòu)及磁性磁性材料的物理效應(yīng)磁學(xué)材料及應(yīng)用本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)：磁場(chǎng)強(qiáng)度H；磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁導(dǎo)率的定義及意義；磁化強(qiáng)度M；磁性的起源；玻爾磁子、凈磁矩；物質(zhì)的各類磁性及其特點(diǎn)；鐵磁性理論；磁滯回線；居里溫度；磁性材料的分類。本章難點(diǎn)：磁性的起源；鐵磁性理論。磁性材料是一簇新興的基礎(chǔ)功能材料。雖然早在3000多年前我國(guó)就已發(fā)現(xiàn)磁石相互吸引和磁石吸鐵的現(xiàn)象,并在世界上最先發(fā)明用磁石作為指示方向和校正時(shí)間的應(yīng)用,在《韓非子》和東漢王充著的《論衡》兩書中所提到的“司南”就是指此,但畢竟只是單一地應(yīng)用了天然的磁性材料。人類注意于磁性材料的性能特點(diǎn)、制造、應(yīng)用等的研究、開發(fā)的發(fā)展歷史尚不到100年時(shí)間。經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展,磁性材料已經(jīng)形成了一個(gè)龐大的家族,按材料的磁特性來(lái)劃分,有軟磁、永磁、旋磁、記憶磁、壓磁等;按材料構(gòu)成來(lái)劃分,有合金磁性材料,鐵氧體磁性材料。引言公元前4世紀(jì)，中國(guó)發(fā)明了司南。后來(lái)，出現(xiàn)了指南車。公元前3世紀(jì)，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，<<韓非子>>中這樣記載：“先王立司南以端朝夕”。<<鬼谷子>>中記載：“鄭人取玉，必載司南，為其不惑也”。公元1世紀(jì)，東漢，王充在<<論衡>>中寫道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。公元11世紀(jì)，北宋，沈括在<<夢(mèng)溪筆談>>中提到了指南針的制造方法：“方家以磁石磨針鋒，則能指南......水浮多蕩搖，指抓及碗唇上皆可為之，運(yùn)轉(zhuǎn)尤速，但堅(jiān)滑易墜，不若縷懸之最善?！蓖瑫r(shí)，他還發(fā)現(xiàn)了磁偏角，即：地球的磁極和地理的南北極不完全重合。磁性材料發(fā)展簡(jiǎn)歷公元17世紀(jì)，英國(guó)的吉爾伯特發(fā)表了世界上第一部磁學(xué)專著<<論磁石>>。公元18世紀(jì)，瑞典科學(xué)家在磁學(xué)著作中對(duì)磁性材料的磁化作了大膽的描繪。公元19世紀(jì)，近代物理學(xué)大發(fā)展，電流的磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)等相繼被發(fā)現(xiàn)和研究，同時(shí)磁性材料的理論出現(xiàn)，涌現(xiàn)出了象法拉第、安培、韋伯、高斯、奧斯特、麥克絲韋、赫茲等大批現(xiàn)代電磁學(xué)大師。20世紀(jì)初，法國(guó)的外斯提出了著名的磁性物質(zhì)的分子場(chǎng)假說(shuō)，奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)。磁性材料發(fā)展簡(jiǎn)歷一、基本概念1、磁場(chǎng)強(qiáng)度H如果磁場(chǎng)是由長(zhǎng)度為l，電流為I的圓柱狀線圈（N匝）產(chǎn)生的，則H的單位為A/m第一節(jié)材料的磁性2、磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表示材料在外磁場(chǎng)H的作用下在材料內(nèi)部的磁通量密度。B的單位:T或Wb/m2在真空中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中μ0為真空磁導(dǎo)率，它是一個(gè)普適常數(shù)其值:4π×10-7單位:H（亨利）/m。式中的μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，是材料的特性常數(shù)。μ的單位為H/m。在磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系為3、磁導(dǎo)率2）.有四種表示方法：絕對(duì)磁導(dǎo)率μ相對(duì)磁導(dǎo)率μr=μ/μ0起始磁導(dǎo)率μi復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率μ在給定激磁條件下的磁導(dǎo)率復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的表示方法（串聯(lián)等效電路）3）.在工程中磁導(dǎo)率分為：有效磁導(dǎo)率、永久磁導(dǎo)率、表觀磁導(dǎo)率、振幅磁導(dǎo)率、可逆磁導(dǎo)率、切變磁導(dǎo)率、脈沖磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率等1）磁導(dǎo)率的物理意義：表示材料在單位磁場(chǎng)強(qiáng)度的外磁場(chǎng)作用下，材料內(nèi)部的磁通量密度。是材料的特征常數(shù)。4）.相對(duì)磁導(dǎo)率μr定義：材料的磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0之比。μr為無(wú)量綱的參數(shù)磁化率χ與相對(duì)磁導(dǎo)率之間的關(guān)系表

常見材料在室溫時(shí)的磁化率材料名稱

磁化率

材料名稱

磁化率

氧化鋁

-1.81×10－5

鋅

-1.56×10－5

銅

-0.96×10－5

鋁

2.07×10－5

金

-3.44×10－5

鉻

3.13×10－4

水銀

-2.85×10－5

鈉

8.48×10－6

硅

-0.41×10－5

鈦

1.81×10－4

銀

-2.38×10－5

鋯

1.09×10－4

定義：在外磁場(chǎng)H的作用下，材料中因磁矩沿外場(chǎng)方向排列而使磁場(chǎng)強(qiáng)化的量度，其值等于單位體積材料中感應(yīng)的磁矩大小。單位為A/m，與磁場(chǎng)強(qiáng)度H單位一致。4、磁化強(qiáng)度M設(shè)體積元△V內(nèi)磁矩的矢量和為∑M，則磁化強(qiáng)度M為

電場(chǎng)中的電介質(zhì)由于電極化而影響電場(chǎng)，同樣，磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)由于磁化也能影響磁場(chǎng)，即磁性體對(duì)于外部磁場(chǎng)H的反映強(qiáng)度。

磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化強(qiáng)度M有關(guān)系式B≡0H+M=H

二、磁性的起源1、磁矩磁源于電：環(huán)形電流周圍的磁場(chǎng)，符合右螺旋法則，其磁矩定義為：m–載流線圈的磁矩I-載流線圈通過(guò)的電流S-載流線圈的面積n-載流線圈平面的法線方向上的單位矢量OrbitalSpin軌道磁矩自旋磁矩軌道磁矩電子圍繞原子核的軌道運(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)軸方向的磁矩，即軌道磁矩。自旋磁矩每個(gè)電子本身有自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)沿自旋軸方向的磁矩，即自旋磁矩。2、產(chǎn)生磁矩的原因最基本磁矩：Bohr磁子（magneton）μB原子中每個(gè)電子的自旋磁矩為：

±μB（+為自旋向上，-為自旋向下）軌道磁矩大小則為：miμB（mi為磁量子數(shù)）3、最基本磁矩

-玻爾磁子原子中每個(gè)電子都可以看作是一個(gè)小磁體，具有永久的軌道磁矩和自旋磁矩。

一個(gè)原子的凈磁矩是所有電子磁矩的相互作用的矢量和，又稱為本征磁矩或固有磁矩。

電子對(duì)的軌道磁矩相互對(duì)消，自旋磁矩也可能相互對(duì)消，所以當(dāng)原子電子層或次層完全填滿：磁矩為零如He,Ne,Ar以及某些離子材料。四、原子磁矩：為原子中各電子磁矩總和

若有未被填滿的電子殼層，其電子的自旋磁距未被完全抵消（方向相反的磁距可相互抵消），則原子就具有永久磁距。例如：鐵原子的電子層分布為1s22s22p63s23p63d64s2，在3d殼層的5個(gè)軌道中除了1個(gè)軌道填有2個(gè)自旋相反的電子外，其余4個(gè)軌道均只有1個(gè)電子，且這4個(gè)電子的自旋方向互相平行，使總的電子自旋磁距為4。諸如鋅的某些元素，具有各殼層都充滿電子的原子結(jié)構(gòu)，電子磁距互相抵消，因此不顯磁性。

原子是否具有磁距取決于電子結(jié)構(gòu)本節(jié)小結(jié)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化強(qiáng)度M等幾個(gè)概念的關(guān)系磁導(dǎo)率的概念磁性的來(lái)源：軌道磁矩與自旋磁矩玻爾磁子、凈磁矩第一節(jié)

材料的磁性概述

1.抗磁性：沒有固有原子磁矩

2.順磁性：有固有磁矩，沒有相互作用

3.鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用

4.反鐵磁性：有磁矩，直接交換相互作用

5.亞鐵磁性：有磁矩，間接交換相互作用

6.自旋玻璃和混磁性：有磁矩，RKKY相互作用

7.超順磁性：磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)每一種材料至少表現(xiàn)出其中一種磁性，這取決于材料的成分和結(jié)構(gòu)。第二節(jié)

物質(zhì)的各類磁性由于外磁場(chǎng)使電子的軌道運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化而引起的，方向與外磁場(chǎng)相反的一種磁性。它是一種很弱的、非永久性的磁性，只有在外磁場(chǎng)存在時(shí)才能維持。原子的本征磁矩為零，外磁場(chǎng)作用使電子的軌道運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化而引起的。一、抗磁性1、定義：二、特征：所感應(yīng)的磁矩很小，方向與外磁場(chǎng)相反，即磁化強(qiáng)度M為很小的負(fù)值。相對(duì)磁導(dǎo)率μr

＜1，磁化率χ＜0（為負(fù)值）。在抗磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度B比真空中的小。抗磁體的磁化率χ約為-10-5數(shù)量級(jí)。所有材料都有抗磁性。因?yàn)樗苋?，只有?dāng)其它類型的磁性完全消失時(shí)才能被觀察。如Bi,Cu,Ag,Au有些固體的原子具有本征磁矩；無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，材料中的原子磁矩?zé)o序排列，材料表現(xiàn)不出宏觀磁性；受外磁場(chǎng)作用時(shí)，原子磁矩能通過(guò)旋轉(zhuǎn)而沿外場(chǎng)方向擇優(yōu)取向，表現(xiàn)出宏觀磁性，這種磁性稱為順磁性。二、順磁性一、定義：在此材料中，原子磁矩沿外磁場(chǎng)方向排列，磁場(chǎng)強(qiáng)度獲得增強(qiáng)，磁化強(qiáng)度為正值，相對(duì)磁導(dǎo)率μr

＞1，磁化率為正值。磁化率χ＞0，也很小，只有10-5～10-2?？勾朋w和順磁體對(duì)于磁性材料應(yīng)用來(lái)說(shuō)都視為無(wú)磁性。它們只有在外磁場(chǎng)存在下才被磁化，且磁化率極小。二、特征：有些磁性材料在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度。外磁場(chǎng)除去后仍保持相當(dāng)大的永久磁性，這種磁性稱為鐵磁性。過(guò)渡金屬鐵、鈷、鎳和某些稀土金屬如釓、釔、釤、銪等都具有鐵磁性。此類材料的磁化率可高達(dá)103，M>>H材料是否具有鐵磁性取決于兩個(gè)因素：(1)原子是否具有由未成對(duì)電子，即自旋磁矩貢獻(xiàn)的凈磁矩(本征磁矩)(2)原子在晶格中的排列方式三、鐵磁性鐵、鈷、鎳等過(guò)渡元素都具有未成對(duì)的3d電子。分別具有4、3和2的凈磁矩。鐵、鈷、鎳金屬在室溫下具有自發(fā)磁化的傾向（交換作用）。形成相鄰原子的磁矩都向一個(gè)方向排列的小區(qū)域，稱為磁疇。Transitionalmetal-Unfilledd-,f-OrbitalsLeadtoLargeMagneticMoments!三、鐵磁性在有些材料中，相鄰原子或離子的磁矩呈反方向平行排列，結(jié)果總磁矩為零，叫反鐵磁性。反鐵磁性物質(zhì)有某些金屬如Mn，Cr等，某些陶瓷如MnO，NiO等以及某些鐵氧體如ZnFe2O4等。以氧化錳(MnO)為例，它是離子型陶瓷材料，由Mn2+和O2-離子組成

O2-離子沒有凈磁矩，因?yàn)槠潆娮拥淖孕啪睾蛙壍来啪厝紝?duì)消了；Mn2+離子有未成對(duì)3d電子貢獻(xiàn)的凈磁矩在MnO晶體結(jié)構(gòu)中，相鄰Mn2+離子的磁矩都成反向平行排列，結(jié)果磁矩相互對(duì)消，整個(gè)固體材料的總磁矩為零四、反鐵磁性亞鐵磁性在宏觀性能上與鐵磁性類似，區(qū)別在于亞鐵磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度比鐵磁性的低。成因是由于材料結(jié)構(gòu)中原子磁矩不象鐵磁體中那樣向一個(gè)方向排列，而是呈反方向排列，相互抵消了一部分。五、亞鐵磁性以立方鐵氧體為例說(shuō)明亞鐵磁性的本質(zhì)立方鐵氧體的用化學(xué)式MFe2O4，其中的M為某種金屬元素磁鐵礦Fe3O4就是一種亞鐵磁體Fe3O4可以寫成Fe2+O2--(Fe3+)2(O2-)3其中二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的比例為1:2每個(gè)Fe2+和Fe3+都具有凈自旋磁矩，分別為4和5O2-是無(wú)磁矩的第三節(jié)抗磁性與順磁性理論一、抗磁性理論抗磁性來(lái)源：外加磁場(chǎng)所感生的軌道矩改變Larmor定理：在磁場(chǎng)中電子繞中心核的運(yùn)動(dòng)，除了其原有運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)以恒定的角速度（稱作“拉莫頻率”）繞磁場(chǎng)方向做運(yùn)動(dòng)：

附加的磁化強(qiáng)度：

抗磁性材料的磁化率：可知，抗磁性材料的磁化率隨原子中的電子數(shù)Z增加而增大，還與成正比，值始終是負(fù)值。Langevin抗磁性表達(dá)式

1905年郎之萬(wàn)在經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)上,首先給出了第一個(gè)順磁性理論,其理論要點(diǎn)如下:設(shè)順磁物質(zhì)中每個(gè)原子(或磁離子)的固有磁矩為，而且原子之間沒有相互作用；當(dāng)外磁場(chǎng)H=0,各原子磁矩受熱擾動(dòng)的影響,在平衡態(tài)時(shí)，其方向是無(wú)規(guī)分布的，所以體系的總磁矩M=0；外加磁場(chǎng)H時(shí)，原子磁矩趨近于磁場(chǎng)H方向，磁化強(qiáng)度正比與外磁場(chǎng)。二、

順磁性理論設(shè)第i個(gè)原子的磁矩為，單位體積內(nèi)個(gè)N原子，外加磁場(chǎng)為H，則根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論可推導(dǎo)出磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度的關(guān)系式為上式即為順磁性朗之萬(wàn)方程。二、順磁性理論

在高溫下，kBT

?μJ·H，所以α

?1式中C為居里常數(shù)，順磁材料的居里定律：（1）高溫情況：根據(jù)χ-T實(shí)驗(yàn)曲線斜率的倒數(shù)，便可從實(shí)驗(yàn)上測(cè)出居里常數(shù),再代入居里常數(shù)的定義式，就得到每個(gè)原子磁矩的大小。這時(shí)，μH?kT，即α?1L（α）=0

因而得到：M=N·μJ=Ms（飽和磁化強(qiáng)度）郎之萬(wàn)最早從理論上推導(dǎo)出居里定律，他開創(chuàng)了從微觀出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)方法研究物質(zhì)磁性的道路。然而，他的理論沒有考慮到磁矩在空間的量子化，因而與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，在定量上有較大的差別。（2）

低溫情況下或在磁場(chǎng)非常強(qiáng)的條件下一、鐵磁性材料的磁滯回線第四節(jié)鐵磁性理論

1907年外斯（Weiss）在Langevin順磁性基礎(chǔ)上提出了分子場(chǎng)理論。1、分子場(chǎng)假說(shuō)：鐵磁性材料在一定溫度范圍內(nèi)（0K至TC）存在與外加磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的自發(fā)磁化，導(dǎo)致自發(fā)磁化的相互作用力假定為材料內(nèi)部存在分子場(chǎng)，其數(shù)量級(jí)大小為109A/m，原子磁距在分子場(chǎng)作用下，克服熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序效應(yīng)，自發(fā)的平行一致取向。2、磁疇假設(shè)：自發(fā)磁化按區(qū)域分布，各個(gè)自發(fā)磁化區(qū)域成為磁疇，在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)都是自發(fā)磁化到飽和，但各磁疇自發(fā)磁化的方向有一定分布，使宏觀磁體的總磁距為零。3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分子場(chǎng)假設(shè)和磁疇假設(shè)已被隨后的理論和實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。每個(gè)磁疇線度為1～100，約為1015個(gè)原子，每一磁疇內(nèi)原子的磁距沿同一方向排列。二、鐵磁材料的分子場(chǎng)理論鐵磁材料的分子場(chǎng)理論原子磁距受分子場(chǎng)作用而自發(fā)磁化由于鐵磁材料在溫度高于TC時(shí)，鐵磁性消失，這表明熱運(yùn)動(dòng)能（KT）破壞了分子場(chǎng)對(duì)原子磁距有序取向的作用能（），在TC處兩種作用能相當(dāng)，即有：可估算出分子場(chǎng)強(qiáng)度109A/m數(shù)量級(jí)的分子場(chǎng)。從分子場(chǎng)理論，可以推導(dǎo)出從有自發(fā)磁化到無(wú)自發(fā)磁化的溫度（既居里溫度TC）三、居里溫度TC

對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，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(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性或亞鐵磁性。所以，居里溫度是鐵磁體或亞鐵磁體的相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，鐵磁態(tài)或亞鐵磁態(tài)順磁態(tài)Tc三、居里溫度TC

不是常數(shù)，隨而變有剩磁現(xiàn)象有居里溫度（），鐵磁質(zhì)順磁質(zhì):，:材料是否具有鐵磁性取決于兩個(gè)因素：(1)原子是否具有由未成對(duì)電子，即自旋磁矩貢獻(xiàn)的凈磁矩(本征磁矩)(2)原子在晶格中的排列方式第四節(jié)鐵磁性理論一、鐵磁性1、鐵磁性材料的決定因素:，:（1）具有凈自旋磁矩四、鐵磁性材料的決定因素交換能：當(dāng)兩個(gè)原子相接近時(shí)，它們的3d層和4s層的電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，因交換作用而產(chǎn)生的附加能量稱為交換能。（2）自發(fā)磁化材料是否具有自發(fā)磁化形成磁疇的傾向與晶格中原子間距與它的3d軌道直徑之比有關(guān)。比值在3～5.4之間的材料，如鐵、鈷、鎳等有形成磁疇的傾向，是鐵磁性材料。比值在3～5.4之外的材料，如錳、鉻等雖然也有未成對(duì)的3d電子貢獻(xiàn)的凈磁矩，但由于沒有自發(fā)磁化形成磁疇的傾向，故成為非鐵磁性材料。鐵磁性材所能達(dá)到的最大磁化強(qiáng)度叫做飽和磁化強(qiáng)度，用Ms表示。四、鐵磁性材料的決定因素必要條件：材料原子中具有未充滿的電子殼層，即有原子磁距。充分條件：交換積分A＞0鐵磁體的居里溫度-應(yīng)用實(shí)例

利用這個(gè)特點(diǎn)，人們開發(fā)出了很多控制元件。例如，我們使用的電飯鍋就利用了磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105度的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì)把它們分開，同時(shí)帶動(dòng)電源開關(guān)被斷開，停止加熱。所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。五、磁疇任何鐵磁體和亞鐵磁體，在溫度低于居里溫度Tc時(shí)，都是由磁疇組成的。磁疇是自發(fā)磁化到飽和（即其中的磁矩均朝一個(gè)方向排列）的小區(qū)域。相鄰磁疇之間的界線叫磁疇壁磁疇壁是一個(gè)有一定厚度的過(guò)渡層，在過(guò)渡層中磁矩方向逐漸改變。五、磁疇既然磁疇內(nèi)部的磁矩排列是整齊的，那么在磁疇壁處原子磁矩又是怎樣排列的呢？在疇壁的一側(cè)，原子磁矩指向某個(gè)方向，假設(shè)在疇壁的另一側(cè)原子磁矩方向相反。那么，在疇壁內(nèi)部，原子磁矩必須成某種形式的過(guò)渡狀態(tài)。實(shí)際上，疇壁由很多層原子組成。為了實(shí)現(xiàn)磁矩的轉(zhuǎn)向，從一側(cè)開始，每一層原子的磁矩都相對(duì)于磁疇中的磁矩方向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，并且每一層的原子磁矩偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大，到另一側(cè)時(shí)，磁矩已經(jīng)完全轉(zhuǎn)到和這一側(cè)磁疇的磁矩相同的方向。

五、磁疇磁疇的線尺寸：通常約為0.1～0.01cm對(duì)于多晶體可能其中的每一個(gè)晶粒都是由一個(gè)以上的磁疇組成的；因此一塊宏觀的樣品包含許許多多個(gè)磁疇；每一個(gè)磁疇都有特定的磁化方向；整塊樣品的磁化強(qiáng)度則是所有磁疇磁化強(qiáng)度的向量和。在一塊不經(jīng)外磁場(chǎng)磁化的樣品中、磁疇的取向是無(wú)序的，故磁疇的向量之和為零，因此，整塊磁體對(duì)外不顯示磁性。五、磁疇六、磁疇的形成1、“交換”作用

磁偶極子類似于一個(gè)小永久磁體，因此在其周圍形成磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)必然會(huì)對(duì)其它磁矩產(chǎn)生作用，使磁矩在特定方向取向，由于磁矩的相互作用，使其取向趨于一致。實(shí)際上這是由于電子的靜電相互作用造成的，也即“交換”作用。2、超交換作用

在某些材料中過(guò)渡金屬離子不是直接接觸，直接接觸交換作用很小，只有通過(guò)中間負(fù)離子氧起作用。在尖晶石結(jié)構(gòu)中實(shí)際上存在A-A，B-B，A-B三種可能位置.因而存在三種交換作用。由于各種原因，這些化合物中只有其中的一種超交換作用占優(yōu)勢(shì)。

由于鐵磁體具有很強(qiáng)的內(nèi)部交換作用，鐵磁物質(zhì)的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向，發(fā)生自發(fā)磁化，在物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域，即磁疇。這種自生的磁化強(qiáng)度叫自發(fā)磁化強(qiáng)度MS。因此自發(fā)磁化是鐵磁物質(zhì)的基本特征，也是鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的區(qū)別所在。大量實(shí)驗(yàn)證明，為了保持自發(fā)磁化的穩(wěn)定性，必須使強(qiáng)磁體的能量達(dá)最低值，因而就分裂成無(wú)數(shù)微小的磁疇，形成磁疇結(jié)構(gòu)。每個(gè)磁疇的體積大約為10-9cm3，約有1015個(gè)原子。鐵磁性的自發(fā)磁化和鐵電性的自發(fā)極化有相似的規(guī)律，但應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是它們的本質(zhì)差別；鐵電性是由離子位移引起的，而鐵磁性則是由原子取向引起的；鐵電性在非對(duì)稱的晶體中發(fā)生，而鐵磁性發(fā)生在次價(jià)電子的非平衡自旋中；鐵電體的居里點(diǎn)是由于熵的增加（晶體相變），而鐵磁體的居里點(diǎn)是原子的無(wú)規(guī)則振動(dòng)破壞了原子間的“交換”作用，從而使自發(fā)磁化消失引起的。六、磁疇的形成1.磁化曲線的三種形式七、鐵磁體的磁化曲線鐵磁與亞鐵磁B-H曲線（亞）鐵磁體磁化時(shí)，磁化強(qiáng)度M(B)與磁場(chǎng)強(qiáng)度H間不是簡(jiǎn)單的線性比例關(guān)系；磁化強(qiáng)度M(B)隨H的變化如右圖所示(假設(shè)樣品在一開始已經(jīng)退磁化)。H增加，磁域界移動(dòng)，磁域逐漸改變，磁矩方向轉(zhuǎn)向，漸與磁場(chǎng)平行，單一磁域（飽和磁化）2、磁化曲線與磁疇的關(guān)系M(B)與H的變化關(guān)系開始M的增加比較緩慢后來(lái)增加較快最后達(dá)到Ms(飽和磁化強(qiáng)度)縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度B，則對(duì)應(yīng)于平衡值Ms的磁感應(yīng)強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs）磁導(dǎo)率μ隨H的變化磁導(dǎo)率μ是B-H曲線上的斜率在B-H曲線上，當(dāng)H→0時(shí)的斜率稱為初（起）始磁導(dǎo)率μi初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的重要性能指標(biāo)之一2、磁化曲線與磁疇的關(guān)系樣品磁化到飽和點(diǎn)之后，慢慢地減小H，則M也減小。這個(gè)過(guò)程叫退磁化過(guò)程。M(B)的變化并不是按磁化曲線的原路程退回，而是按另一條曲線變化。3、磁滯回線與磁疇的關(guān)系3、磁滯回線與磁疇的關(guān)系

在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，各磁疇排列雜亂無(wú)章，鐵磁質(zhì)不顯磁性；在外磁場(chǎng)中，各磁疇沿外場(chǎng)轉(zhuǎn)向，介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)迅速增加，在鐵磁質(zhì)充磁過(guò)程中伴隨著發(fā)聲、發(fā)熱。Bo八、鐵磁體的磁化機(jī)制1、磁疇的轉(zhuǎn)向隨著外磁場(chǎng)增加，能夠提供轉(zhuǎn)向的磁疇越來(lái)越少，鐵磁質(zhì)中的磁場(chǎng)增加的速度變慢，最后外磁場(chǎng)再增加，介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)也不會(huì)增加，鐵磁質(zhì)達(dá)到磁飽和狀態(tài)。HBoabcd起始磁化曲線

飽和磁化強(qiáng)度MS等于每個(gè)磁疇中原來(lái)的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性r大的原因。

磁滯現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場(chǎng)時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而表現(xiàn)出來(lái)。磁飽和狀態(tài)1、磁疇的轉(zhuǎn)向磁滯損耗磁滯回線所包圍的面積表征一個(gè)磁化周期內(nèi)，以熱的形式所消耗的功(J/m3)。最大的磁能積(BH)max它是磁滯回線在第二象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積的最大值。2、磁滯損耗與最大磁能積

磁化，未必一定要磁化到飽和后才改變外磁場(chǎng)方向。在右圖中，封閉曲線即是未達(dá)到飽和時(shí)的磁滯回線。也可以在將材料磁化到任何一點(diǎn)時(shí)開始改變外磁場(chǎng)的方向，產(chǎn)生其它形式的滋滯回線，如右圖中的封閉曲線LM。如果要將已磁化的鐵磁體或亞鐵磁體去磁，有效方法之一是使之經(jīng)受一個(gè)振幅逐漸減小的交變磁場(chǎng)的作用。3、磁化程度(1)加熱法當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度升高到某一溫度時(shí)，磁性消失，由鐵磁質(zhì)變?yōu)轫槾刨|(zhì)，該溫度為居里溫度tc。當(dāng)溫度低于tc時(shí)，又由順磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁質(zhì)。鐵的居里溫度Tc=770°C

30%的坡莫合金居里溫度Tc=70oC原因：由于加熱使磁介質(zhì)中的分子、原子的振動(dòng)加劇，提供了磁疇轉(zhuǎn)向的能量，使鐵磁質(zhì)失去磁性。4、退磁方法(2)敲擊法：通過(guò)振動(dòng)可提供磁疇轉(zhuǎn)向的能量，使介質(zhì)失去磁性。如敲擊永久磁鐵會(huì)使磁鐵磁性減小。(3)加反向磁場(chǎng)法：加反向磁場(chǎng)，提供一個(gè)矯頑力Hc,使鐵磁質(zhì)退磁。(4)加交變衰減的磁場(chǎng)：使介質(zhì)中的磁場(chǎng)逐漸衰減為0，應(yīng)用在錄音機(jī)中的交流抹音磁頭中。(1)軟磁材料具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度；較小的矯頑力（矯頑力很小，即磁場(chǎng)的方向和大小發(fā)生變化時(shí)磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯損耗，磁滯回線很窄；在磁場(chǎng)作用下非常容易磁化；取消磁場(chǎng)后很容易退磁化象軟鐵、坡莫合金、硒鋼片、鐵鋁合金、鐵鎳合金等。由于軟磁材料磁滯損耗小，適合用在交變磁場(chǎng)中，如變壓器鐵芯、繼電器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、定子都是用軟件磁性材料制成。九、鐵磁材料分類軟磁材料主要應(yīng)用制造磁導(dǎo)體，變壓器、繼電器的磁芯(鐵芯)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、磁路中的連接元件、磁極頭、磁屏蔽材料、感應(yīng)圈鐵芯、電子計(jì)算機(jī)開關(guān)元件和存儲(chǔ)元件等。軟磁材料的應(yīng)用要求

要求軟磁材料的電阻率比較高因?yàn)槭褂弥谐鲜龃艤芰繐p失之外，還可能因磁場(chǎng)變化在磁性材料中產(chǎn)生電流（渦流）而造成能量損失。為了盡量減少后一種能量損失，要求磁性材料的電阻率較高，因此常用固溶體合金（如鐵-硅、鐵-鎳合金）和陶瓷鐵氧體作軟磁材料。九、鐵磁材料分類硬磁材料又稱永磁材料，難于磁化又難于退磁。主要特點(diǎn)具有較大的矯頑力，典型值Hc＝104～106A/m；磁滯回線較粗，具有較高的最大磁能積(BH)max；剩磁很大；這種材料充磁后不易退磁，適合做永久磁鐵。硬磁性材料如碳鋼、鋁鎳鈷合金和鋁鋼等。(2)硬磁材料用于制造各種永磁體，以便提供磁場(chǎng)空間；可用于各類電表和電話、錄音機(jī)、電視機(jī)中以及利用磁性牽引力的舉重器、分料器和選礦器中。鋁鎳鈷合金硬磁材料六方鐵氧體硬磁材料稀土永磁材料一類是釹鐵硼(Nd-Fe-B)系合金，是目前工業(yè)用硬磁材料最大磁能積最高者。其主要缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性和抗腐蝕性稍差。一類是鈷基稀土永磁材料，主要代表是SmCo5燒結(jié)永磁體和Sm2Co17多相沉淀硬化永磁材料。它們的缺點(diǎn)是脆，加工性稍差。硬磁材料主要應(yīng)用鐵氧體是含鐵酸鹽的陶瓷氧化物磁性材料，一般呈現(xiàn)出亞鐵磁性。磁滯回線呈矩形，又稱矩磁材料，剩磁接近于磁飽合磁感應(yīng)強(qiáng)度具有高磁導(dǎo)率、高電阻率由Fe2