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1、1OBHACDB.EF.HCBs.BrHs.初始磁初始磁化曲线化曲线Br剩剩 磁磁.HsBs.饱和磁感应强度饱和磁感应强度矫顽力矫顽力HC磁滞回线磁滞回线磁滞回线第1页/共78页2居里点：当温度达到一定时，铁磁质转变为顺磁质，称这一温度为“居里点”居里.M 第2页/共78页3磁磁 畴畴 根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的“交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域。这些区域称为“磁畴”用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。1892年罗辛格首先提出，磁畴的形成是由于磁偶极子间非磁性的相
2、互作用。第3页/共78页4 1926年海森堡用量子力学中的交换力解释了磁偶极子间相互作用的起源。第4页/共78页5 1935年，朗道和栗佛希兹从磁场能量的观点说明了磁畴的成因。第5页/共78页6显示磁畴结构的铁粉图形第6页/共78页7纯铁硅铁钴三种铁磁性物质的磁畴第7页/共78页8Si-Fe单晶(001)面的磁畴结构箭头表示磁化方向0.1mm第8页/共78页9单晶磁畴结构 示意图多晶磁畴结构 示意图第9页/共78页10铁磁质单晶体磁化过程H第10页/共78页11铁磁质单晶体磁化过程H第11页/共78页12铁磁质单晶体磁化过程H返回第12页/共78页13铁磁质单晶体磁化过程H返回第13页/共78
3、页14铁磁质单晶体磁化过程H返回第14页/共78页15铁磁质单晶体磁化过程H第15页/共78页16铁磁质单晶体磁化过程H第16页/共78页17铁磁质单晶体磁化过程H第17页/共78页18铁磁质单晶体磁化过程H第18页/共78页19铁磁质单晶体磁化过程H第19页/共78页20铁磁质单晶体磁化过程H第20页/共78页21铁磁质单晶体磁化过程H第21页/共78页22铁磁质单晶体磁化过程H第22页/共78页23铁磁质单晶体磁化过程H第23页/共78页24铁磁质单晶体磁化过程H第24页/共78页25铁磁质单晶体磁化过程H第25页/共78页26铁磁质单晶体磁化过程H第26页/共78页27铁磁质单晶体磁化过
4、程H第27页/共78页28铁磁质单晶体磁化过程H第28页/共78页29铁磁质单晶体磁化过程H第29页/共78页30铁磁质单晶体磁化过程H第30页/共78页31铁磁质单晶体磁化过程H第31页/共78页32铁磁质单晶体磁化过程H第32页/共78页33铁磁质单晶体磁化过程H第33页/共78页34铁磁质单晶体磁化过程H第34页/共78页35铁磁质单晶体磁化过程H第35页/共78页36铁磁质单晶体磁化过程H第36页/共78页37铁磁质单晶体磁化过程H第37页/共78页38铁磁质单晶体磁化过程H第38页/共78页39铁磁质单晶体磁化过程H第39页/共78页40铁磁质单晶体磁化过程H第40页/共78页41铁
5、磁质单晶体磁化过程H第41页/共78页42铁磁质单晶体磁化过程H第42页/共78页43铁磁质单晶体磁化过程H第43页/共78页44铁磁质单晶体磁化过程H第44页/共78页45铁磁质单晶体磁化过程H第45页/共78页46铁磁质单晶体磁化过程H第46页/共78页47铁磁质单晶体磁化过程H第47页/共78页48铁磁质单晶体磁化过程H第48页/共78页49铁磁质单晶体磁化过程H第49页/共78页50铁磁质单晶体磁化过程H第50页/共78页51铁磁质单晶体磁化过程H第51页/共78页52铁磁质单晶体磁化过程H第52页/共78页53磁滞损耗磁滞损耗 在交变电磁场中，铁磁质的反复磁化，将引起介质的发热，称为
6、磁滞损耗。实验和理论都可以证明，磁滞损耗和磁质回线所包围的面积成正比。BH第53页/共78页543.有剩磁、磁饱和及磁滞现象。铁磁质的特性：1.磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。B 和H 不是线性关系。2.有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强102 104倍。4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。第54页/共78页55软磁材料BH 应用：硅钢片，作变压器、电机、电磁铁的铁芯。铁氧体（非金属）作高频线圈的磁芯材料。特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化也容易退磁。磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小。第55页/共78页56 特点：剩余磁感应强度大，
7、矫顽力大，不容易磁化，也不容易退磁。磁滞回线宽，磁滞损耗大。硬磁材料应用：作永久磁铁，永磁喇叭BH第56页/共78页57 应用：作计算机中的记忆元件。磁化时极性的反转构成了“0”与“1”。矩磁材料：BH特点：磁滞回线呈矩形状第57页/共78页588.7 8.7 畴壁与磁畴结构畴壁与磁畴结构 图8-15是Si-Fe合金在（001）晶面上观察到的磁畴，它由片状畴和三角畴组成 第58页/共78页59 畴与畴之间的边界称为畴壁。相邻两个片状畴的磁矩夹角为180时，它们的边界称为180畴壁。片状畴与三角畴（又称封闭畴）之间磁矩相互垂直，它们的边界称为90畴壁。在每一个磁畴内，磁矩平行或反平行地有序排列，
8、产生自发磁化。而不同磁畴的自发磁化矢量则是随机排列 磁畴的形状、尺寸、磁畴壁的厚度由交换能、退磁场能、磁晶各向异性能及磁弹性能来决定。平衡状态的磁畴结构，应具有最小的能量 第59页/共78页601.磁畴壁磁畴壁在磁畴壁内原子磁矩的方向逐渐转变。根据原子磁矩转变的方式，可将畴壁分为布洛赫壁和奈尔壁 布洛赫壁的特点是畴壁内的磁矩转变时始终与畴壁平面平行 当铁磁体厚度减少到相当于二维的情况，即厚度为1102nm的薄膜时，则畴壁的磁矩始终与薄膜表面平行地转变，这种畴壁称奈尔壁 第60页/共78页61图8.16：布洛赫壁和奈耳壁中磁矩过渡的方式(a)布洛壁中磁矩过渡的方式(b)奈耳壁中磁矩过渡的方式第6
9、1页/共78页62如图8-16(a)，设在畴壁内的2个相邻原子磁矩的夹角为，它们之间的交换作用能为 Eex=-2AS2cos 当很小时，cos（1-2/2），去掉常数项，则得：Eex=AS22 第62页/共78页63总能量最小时的畴壁能和畴壁厚度分别为：=2A1（K1+3s/2）=A1/（K1+3s/2）可见畴壁厚度与材料的K1,A1，s，等参量有关。K1越大，越小，越大 第63页/共78页64 在六方结构的Co和SmCo5等金属与合金中，K1很大，很小，很大,使角达6180，并且角的分布是不均匀的。这种畴壁称为非连续畴壁模型 在Fe-Ni合金中，K1很小，如果内应力也很小的话，则畴壁厚度可相
10、当地大,畴壁内相邻原子间磁矩的角度仅有0.18-1.8左右，磁矩的分布近似具有连续性，这种畴壁称为连续性的畴壁模型 第64页/共78页652.2.磁畴结构磁畴结构 畴结构受到畴壁能E,磁晶各向异性能Ek、磁弹性能E和退磁场能Ed的制约，其中退磁场能将是铁磁体分成畴的动力。其它能量将决定磁畴的形状、尺寸和取向 第65页/共78页66图8.17 边长为1cm*1cm*1cm的方块形单晶铁的可能畴结构，正面是(001)面第66页/共78页67情况(a)：一个单畴体磁晶各向异性能Ek、磁弹性能E均为零，方块形状决定的退磁场能就是总能量：Etotal=Ed=V(NMs20)/2 式中V是磁体的体积。方块
11、状铁磁体的退磁因子接近球体的退磁因子，即N=1/3，设Ms=1.7310-6A/m,V=510-7m3,代入上式Ed=0.313J 第67页/共78页68情况(b)：n个片状畴，退磁场能为：Ed=V(NMs20)/2/n 这样分畴越多，退磁能就越低。极端地说，可以分到象反铁磁性物质那样原子间相互反平行排列。实验证明铁磁性物质的磁畴中有1015-1019个原子。这是因为实际上磁畴之间存在的（n-1）块畴壁具有畴壁能。因此这时的总能量Eb为：Eb=V(NMs20)/2/n+180(n-1)S180 设n=20，则Eb=0.016J，是Ea的1/20 第68页/共78页69情况（c）：封闭畴它由四个
12、三角畴和两块位于011面的90畴壁来组成。在畴壁内磁通是连续的，方块铁磁体表面不会出现磁荷，则退磁场能Ed为零，而K10决定了易磁化方向在方向上，所以所有磁畴中的磁矩都在易磁化方向，Ek为零，但这时四个三角畴都要沿自己的易磁化方向伸长，出现了由应力产生的磁弹性能。其总能量为Ec=E+90S90=V2 100C11/2+90S90=25.710-5J 可见出现封闭畴后，方块铁磁体得的能量大大降低。第69页/共78页70情况（d）片状畴加封闭畴Ed和Ek然仍然为零，只存在磁弹性能和畴壁能，其总能量为Ed=V1002 c11/2+180S180+90S90 假定出现了n=8块的片状畴，则总能量为 E
13、e=1610-6J。4种畴结构中，（d）是能量最低的。第70页/共78页71实际存在的畴结构是与图8-17（d）的畴结构相一致，说明在本例中封闭畴结构比图8-17(b)所示的片状畴结构的能量更低 实际材料中的畴结构，还要受到材料的尺寸、晶界、应力、掺杂和缺陷等的影响，因此实际材料的畴结构是相当复杂的 第71页/共78页72图8-18空洞（a）掺杂（b）和晶界（c）对磁畴结构的影响第72页/共78页733.3.单畴结构单畴结构 铁磁体的块度对磁畴结构也有很大影响。如果材料的线度非常小，以至材料形成单畴时的退磁能小于形成多畴时的畴壁能，磁性材料就以单畴存在 第73页/共78页74一个半径为R的立方
14、单晶体结构的球。设磁晶各向异性常数K10，s和应力可以忽略。情况(a)：4块封闭畴结构球体中其他能量都为0，只有畴壁能，总能量是Ea=902R2，情况(b)：单畴球体中其他能量都为0，只有退磁能，总能量是Eb=V(NMs20)/2=802 Ms2 R3/9。第74页/共78页75图8.19立方单晶铁磁体球状颗粒(K10)的磁畴结构以及能量随变化(a)分畴(b)不分畴第75页/共78页76当Ea=Eb时求出的球的半径称为单畴体的临界尺寸Rc，单晶体球体的RRc时，则分畴的情况下能量最低，以多畴体存在；当RRc时，则不分畴的情况下能量最低，以单畴体存在。第76页/共78页77 如果将单畴体的临界尺寸继续减小到一定程度后，由于表面与体积比大大增加，热振动能可能和微粒的磁晶各向异性能相当，这时微粒的磁矩不能固定地沿着易磁化方向排列，它随热振动自由改变，单畴微粒体就转变为超顺磁体。由单畴体转变为超顺磁体的临界尺寸Dp称为超顺磁体的临界尺寸。磁性流体中的使用的磁性微粒一般具有超顺磁性。超顺磁体超顺磁体第77页/共78页78感谢您的观看！第78页/共78页