铁磁性(ferromagnetism)

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1、1 10-7 铁磁性铁磁性(ferromagnetism)一、自发磁化强度一、自发磁化强度(spontaneous magnetization)铁磁晶体相邻两个原子之间存在着铁磁晶体相邻两个原子之间存在着交换作用交换作用，致使它们的磁矩平行排列，在一定温度以下，热致使它们的磁矩平行排列，在一定温度以下，热运动不足以破坏这种有序性。运动不足以破坏这种有序性。物质铁磁性不仅是原子或离子磁性反映，更是物质铁磁性不仅是原子或离子磁性反映，更是晶体中相邻原子或离子之间相互作用的反映。晶体中相邻原子或离子之间相互作用的反映。交换作用使铁磁质内部一定范围的原子或离子磁交换作用使铁磁质内部一定范围的原子或离子

2、磁矩平行排列，无外磁场作用时，宏观体积内已具有矩平行排列，无外磁场作用时，宏观体积内已具有一定的磁化强度，为一定的磁化强度，为铁磁质的自发磁化强度。铁磁质的自发磁化强度。不同的铁磁质具有不同的自发磁化强度。不同的铁磁质具有不同的自发磁化强度。2二、居里温度二、居里温度(Curie temperature)温度超过某一临界温度时，交换作用不足以克温度超过某一临界温度时，交换作用不足以克服热运动作用，铁磁质自发磁化强度将消失。这服热运动作用，铁磁质自发磁化强度将消失。这个临界温度称为铁磁质的个临界温度称为铁磁质的居里温度或居里点。居里温度或居里点。铁的居里温度是铁的居里温度是770,铁硅合金的铁硅

3、合金的690等。等。铁磁质处于居里温度以上铁磁性转变为顺磁性。铁磁质处于居里温度以上铁磁性转变为顺磁性。三、铁磁体内的磁畴三、铁磁体内的磁畴(magnetic domain)结构结构 在无外磁场作用时自发分裂为很在无外磁场作用时自发分裂为很多小区域称为多小区域称为磁畴磁畴。每个小区域内。每个小区域内原子或离子磁矩平行排列，而各磁原子或离子磁矩平行排列，而各磁畴取向平均抵消，能量最低，因而畴取向平均抵消，能量最低，因而整个铁磁体对外不显示磁性。整个铁磁体对外不显示磁性。3铁磁体将通过铁磁体将通过两种途径两种途径实现磁化实现磁化。磁场较低时磁场较低时，与外磁场方向相同或相近的磁，与外磁场方向相同或

4、相近的磁畴体积将增大，与外磁场方向相反或夹角接近畴体积将增大，与外磁场方向相反或夹角接近180 的磁畴体积将缩小；的磁畴体积将缩小；磁场较高时磁场较高时，每个磁畴，每个磁畴将作为一个整体转到外磁场方向。将作为一个整体转到外磁场方向。如果磁化达到饱和后再撤除外磁场，铁磁体如果磁化达到饱和后再撤除外磁场，铁磁体将重新分裂为很多磁畴，但每个磁畴状况和磁化将重新分裂为很多磁畴，但每个磁畴状况和磁化强度取向，并不恢复到原先没加外磁场的情形。强度取向，并不恢复到原先没加外磁场的情形。这就使这就使铁磁质的磁化过程表现出不可逆性。铁磁质的磁化过程表现出不可逆性。磁畴的变化可用磁畴的变化可用金相显微镜金相显微镜

5、观测。观测。4四、磁滞现象四、磁滞现象(magnetic hysteresis)无外磁场作用时，如果铁磁体对外不显示磁性，无外磁场作用时，如果铁磁体对外不显示磁性，即即M=0，这时铁磁体所处的状态称为，这时铁磁体所处的状态称为退磁状态。退磁状态。M纵坐标纵坐标H横坐标坐标系中原点横坐标坐标系中原点O表示退磁状态。表示退磁状态。用用Mr 表示表示剩余磁化强度剩余磁化强度；使铁磁体剩余磁化；使铁磁体剩余磁化强度全部消失时所必须施加的反向磁场称为强度全部消失时所必须施加的反向磁场称为矫矫顽力，顽力，常用常用Hc 表示。表示。cHcHMHMsMrO 饱和磁化强度饱和磁化强度用用Ms 表示。表示。基本磁

6、化曲线基本磁化曲线，通常不是直线，通常不是直线，铁磁体的磁化率铁磁体的磁化率 m不是常量，不是常量，是磁场强度是磁场强度H的函数。的函数。5 随着磁场强度的变化，铁磁体的磁状态沿着一随着磁场强度的变化，铁磁体的磁状态沿着一闭合曲线变化，此闭合曲线就称为闭合曲线变化，此闭合曲线就称为磁滞回线。磁滞回线。参量参量B与与H间的关系也表现为类似的闭合曲线。铁间的关系也表现为类似的闭合曲线。铁磁体磁化过程的这种不可逆性，称为磁体磁化过程的这种不可逆性，称为磁滞现象。磁滞现象。铁磁材料具有不同形状的磁滞回线，具有铁磁材料具有不同形状的磁滞回线，具有不同的应用。不同的应用。1.软磁材料软磁材料：如硅钢、坡：

7、如硅钢、坡莫合金莫合金(一种铁镍合金一种铁镍合金)、锰锌、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等。铁氧体和镍锌铁氧体等。BHHc-Hc6 特点：特点：r 大，易磁化、易退磁大，易磁化、易退磁(起始磁化率大起始磁化率大)，饱和磁感应强度大，饱和磁感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞回线的小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小面积窄而长，损耗小(HdB面积小面积小)。作变压器，还用于继电器、电机、以及各种高作变压器，还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。频电磁元件的磁芯、磁棒。2.作永久磁铁的硬磁材料：作永久磁铁的硬磁材料：碳钢、铝镍钴、稀碳钢、铝镍钴、稀土土 钴、钕铁硼和钡铁氧体等。钴、钕铁硼和

8、钡铁氧体等。矫顽力大矫顽力大(102A m-1)剩磁大，剩磁大，磁滞回线的面积大，损耗大磁滞回线的面积大，损耗大BHHc-Hc7 3.作存储记忆元件的矩磁材料作存储记忆元件的矩磁材料:三氧化二铁或三氧化二铁或二氧化铬粉层、坡莫合金薄膜和锂锰铁氧体等。二氧化铬粉层、坡莫合金薄膜和锂锰铁氧体等。Br=Bs ，Hc不大，磁滞回线是不大，磁滞回线是矩形。当正脉冲产生，矩形。当正脉冲产生，H Hc使使磁芯呈磁芯呈+B态，负脉冲产生，态，负脉冲产生，H Hc使使磁芯呈磁芯呈 B态，可作为二态，可作为二进制的两个态。进制的两个态。还用于磁电式电表中的永磁铁，耳机中的永还用于磁电式电表中的永磁铁，耳机中的永久

9、磁铁，永磁扬声器。久磁铁，永磁扬声器。计算机硬盘和软盘，录音、录像磁带等。计算机硬盘和软盘，录音、录像磁带等。BHHc-Hc8 5.磁屏蔽磁屏蔽 用软磁材料（如坡莫合金）做成的用软磁材料（如坡莫合金）做成的闭合空腔，闭合空腔，由于空腔由于空腔的磁导率比外界大得多，绝大部分磁感线从空腔壁内通过，的磁导率比外界大得多，绝大部分磁感线从空腔壁内通过，而不会有外磁场进入腔内，达到磁屏蔽的目的。而不会有外磁场进入腔内，达到磁屏蔽的目的。把磁导率不同的磁介质放在磁场中，把磁导率不同的磁介质放在磁场中，在介质交界面上磁场会发生突变，磁在介质交界面上磁场会发生突变，磁感应强度大小和方向都要发生变化而引起磁感线折射。感应强度大小和方向都要发生变化而引起磁感线折射。这时磁感线对界面法线的偏离很大，产生这时磁感线对界面法线的偏离很大，产生强烈的收缩强烈的收缩。BB 4.微波磁材料：微波磁材料：在微波波段使用的铁磁材料，不仅在微波波段使用的铁磁材料，不仅磁滞回线狭小，而且还必须具有很高的电阻率，镍锌铁磁滞回线狭小，而且还必须具有很高的电阻率，镍锌铁氧体和钇铁氧体属于此类。氧体和钇铁氧体属于此类。