1、磁性物理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書蘭中文 余忠 編寫HBO電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院二OO三年四月第一章 磁性物理學(xué)與磁性材料一、磁性物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容 我們通過課堂學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道磁性是物質(zhì)的一種基本屬性，從微觀粒子到宏觀物體，以至宇宙天體，無不具有某種程度的磁性，只是其強(qiáng)弱程度不同而已。這里說的磁性是指物質(zhì)在磁場(chǎng)中可以受到力或力矩作用的一種物理性質(zhì)。磁性物理學(xué)（Magnetic physics）也稱為磁學(xué)(Magnetics)就是研究自然界中物質(zhì)磁性現(xiàn)象的本質(zhì)及其變化規(guī)律與應(yīng)用的一門學(xué)問。廣義地說，物質(zhì)磁性可以劃分為弱磁性和強(qiáng)磁性兩類，通常與人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)的是強(qiáng)磁性物質(zhì)，因此，磁性物理學(xué)主

2、要討論與強(qiáng)磁性有關(guān)的物理問題。這些問題按其性質(zhì)，大致可以分為三類：自發(fā)磁化，技術(shù)磁化，應(yīng)用磁學(xué)。不同類型的磁學(xué)問題，要求求解水平是不一樣的，粗略地說，自發(fā)磁化涉及凝聚態(tài)物質(zhì)磁性的微觀機(jī)制，問題的求解，需要深入到原子或電子尺度的水平，形成自發(fā)磁化理論；技術(shù)磁化屬于磁疇理論的范疇，要在顯微尺度水平，即磁疇或稍進(jìn)一步的程度上求解，形成技術(shù)磁化理論，這個(gè)理論可以對(duì)磁性材料的宏觀特性給出解釋，并指導(dǎo)磁性材料的研制；應(yīng)用磁學(xué)是研究與應(yīng)用有關(guān)的磁性問題，如磁與光、電、熱、力等相互作用的交叉效應(yīng)。因此，我們?cè)谡n堂教學(xué)中，從基本磁現(xiàn)象到動(dòng)態(tài)磁化過程，為大家講授了磁性物理學(xué)共七章內(nèi)容，概述起來，其基本內(nèi)容有以下三

3、部分：1.磁性起源與自發(fā)磁化2.磁疇理論與技術(shù)磁化3.磁化過程動(dòng)力學(xué)二、磁性物理學(xué)與磁性材料之間的關(guān)系 磁性物理學(xué)與磁性材料之間關(guān)系密切，相互依存。從磁性物理學(xué)與磁性材料發(fā)展歷史來看，它們之間存在著這樣的基本模式：首先通過實(shí)驗(yàn)研究，揭示出某中基本規(guī)律，建立比較完善的理論體系，然后再在生產(chǎn)中創(chuàng)建新的磁性材料技術(shù)。鐵磁性、亞鐵磁性理論的探索研究到鐵磁材料、鐵氧體技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜螺旋磁性的研究到稀土磁性材料技術(shù)的形成，都是遵循這一基本模式的。關(guān)于磁學(xué)理論與磁性材料技術(shù)研究的問題，磁性材料技術(shù)的核心問題在于新材料的研制和傳統(tǒng)材料性能的提高。自20世紀(jì)50年代以來，磁性物理學(xué)發(fā)展成為成熟的科學(xué)，可以從基

4、礎(chǔ)理論上來解釋磁性材料的物理性質(zhì)，遂使磁性材料研究的面目大為改觀。當(dāng)然，炒菜式配方的材料研究依然在進(jìn)行，但是更為重要的是有可能根據(jù)理論的線索來研制和開發(fā)新的磁性材料，這便是近幾十年來磁學(xué)理論和磁性材料技術(shù)之間關(guān)系的基本體現(xiàn)。例如，20世紀(jì)50年代初期，磁疇結(jié)構(gòu)和磁化動(dòng)力學(xué)理論，為適應(yīng)于各種存儲(chǔ)技術(shù)的矩磁性材料、磁性薄膜和磁記錄材料的大發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，而這些材料的大發(fā)展，反過來又推動(dòng)了磁疇理論和磁化動(dòng)力學(xué)理論的進(jìn)步。高磁導(dǎo)率理論和軟磁材料的研究，高矯頑力理論與永磁性材料的研究，亞鐵磁性理論與鐵氧體材料的研究，旋磁與鐵磁共振理論與微波鐵氧體材料的研究，等等，都反映出這一基本關(guān)系。至今，高新技

5、術(shù)迅速發(fā)展，磁性物理學(xué)的研究，既可以利用新技術(shù)（例如電子學(xué)、激光、共振和核技術(shù)等）和極端條件（如低溫、高壓和強(qiáng)磁場(chǎng)等）來探討宏觀磁性與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及對(duì)各種規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，又能利用磁性物理學(xué)為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)服務(wù)。下圖示出這一關(guān)系的簡(jiǎn)單說明。三、磁性材料的基本特征 在磁性物理學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的磁性材料是現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的重要支撐性材料。實(shí)際上，按照磁性物理學(xué)的劃分，物質(zhì)磁性可以分為抗磁性、順磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性五類。前三類屬于弱磁性的范疇，后兩類屬于強(qiáng)磁性范疇，而現(xiàn)在我們所指的磁性材料，均是屬于對(duì)人類生產(chǎn)和生活有重要作用的強(qiáng)磁性物質(zhì)。因此，現(xiàn)代磁性材料按照磁性劃分，可分為鐵磁性

6、材料和亞鐵磁性材料。按照導(dǎo)電性劃分，可分為金屬磁性材料和氧化物磁性材料。按照其應(yīng)用功能來劃分，可分為永磁材料、軟磁材料、壓磁材料、旋磁材料以及磁光材料等等。但不管如何劃分，不同的磁性材料表現(xiàn)出不同的內(nèi)稟性質(zhì)和不同的響應(yīng)磁特性以及不同的磁效應(yīng)。磁性材料的內(nèi)稟性質(zhì)、在外磁場(chǎng)中的響應(yīng)特性和各種磁效應(yīng)是磁性廣泛應(yīng)用的基本條件。內(nèi)稟性質(zhì)有：飽和磁化強(qiáng)度、居里溫度或奈耳溫度、磁各向異性和磁致伸縮等。它們由材料的物相（如晶體結(jié)構(gòu)、有序程度）、成分所決定，與材料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如晶粒大小、摻雜、缺陷、機(jī)械加工和熱處理）無關(guān)。響應(yīng)磁特性包括：磁導(dǎo)率、矯頑力、剩磁、矩形比和磁損耗等。各參量都是由磁化曲線和磁滯回線來決

7、定，兩種曲線與材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)。磁效應(yīng)是指磁性材料受到磁場(chǎng)或非磁物性（如電、光、熱、應(yīng)力等）作用伴隨磁狀態(tài)改變而產(chǎn)生的特性。常見的磁效應(yīng)有：電磁感應(yīng)效應(yīng)、磁場(chǎng)電效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁熱效應(yīng)、磁力效應(yīng)、磁聲效應(yīng)和磁共振效應(yīng)等。無論哪一種磁參量或磁效應(yīng)，各自都以不同的物理機(jī)制使其起著轉(zhuǎn)換、傳遞和存儲(chǔ)能量、信息等功能作用，這就是磁性得以應(yīng)用的物理基礎(chǔ)。四、描述磁性材料的基本參數(shù)（一）磁化強(qiáng)度（M） 我們定義單位體積磁體內(nèi)磁偶極子具有的磁偶極矩（jm）矢量和稱為磁極化強(qiáng)度(J)；單位體積磁體內(nèi)具有的磁矩（m）矢量和稱為磁化強(qiáng)度(M)，即 磁極化強(qiáng)度 磁化強(qiáng)度 二者都是與磁體體積有關(guān)的矢量，在數(shù)值上相差真空磁

8、導(dǎo)率0，物理意義上，都是用來描述磁體被磁化的方向與強(qiáng)度。磁化強(qiáng)度除了上述定義外，還定義有比磁化強(qiáng)度（），即單位質(zhì)量磁體內(nèi)具有的磁矩矢量和，其值等于磁化強(qiáng)度M和磁體密度d之比。 如果磁體被磁化飽和，其磁矩完全平行排列，則有飽和磁化強(qiáng)度Ms和比飽和磁化強(qiáng)度s。（二）磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)和磁感應(yīng)強(qiáng)度(B) 實(shí)驗(yàn)證明：導(dǎo)體中的電流或一塊永磁體都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)存在于磁極周圍。磁場(chǎng)的一般定義為：一種由作用到運(yùn)動(dòng)著的帶電微粒上的力來描述的場(chǎng)。這種力由于微粒的運(yùn)動(dòng)和帶電而起作用。符號(hào)H和B都是描述空間任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)參量。在國際單位制中： B的單位是T或Wbm2； H的單位是A/m；在自由空間中，M0 ，B與H平行

9、， 除了SI單位制外，還有一種Gauss單位制，在Gauss單位制中， 這里B的單位是高斯(G)，H的單位是奧斯特(Oe)。 兩種單位制之間的換算關(guān)系為： 1G=10-4T 1 Oe =103/4 A m-1=79.577A m-1 1e.m.u(磁矩) 103A m2 （三）磁化率（）和磁導(dǎo)率（） 磁體被置于外磁場(chǎng)中，其磁化強(qiáng)度將發(fā)生變化。磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系為： 其中，稱為磁體的磁化率，它是單位H在磁體內(nèi)感生的M，表征磁體磁性強(qiáng)弱。 將式代入式，則有 定義 eq oac(,11)稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，即有 eq oac(,12)可見，相對(duì)磁導(dǎo)率（簡(jiǎn)稱磁導(dǎo)率）是表征磁體磁性、導(dǎo)磁性及磁

10、化難易程度的一個(gè)磁學(xué)物理量。磁化率（）和磁導(dǎo)率（）這兩個(gè)參量，只有當(dāng)H、B和M三個(gè)矢量互相平行時(shí)才為標(biāo)量，否則，它們均為張量。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的磁化條件，磁導(dǎo)率可分為許多種，常見的有以下六種：初始磁導(dǎo)率i,最大磁導(dǎo)率max,振幅磁導(dǎo)率a,增量磁導(dǎo)率,可逆磁導(dǎo)率rev,復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率B(0M)圖1 磁性材料的磁化曲線MBO(四)剩磁（Mr、Br）和矯頑力（Hc） 磁性材料作為強(qiáng)磁性物質(zhì)，對(duì)外磁場(chǎng)有明顯的響應(yīng)特性，這種響應(yīng)特性可以用磁化曲線和磁滯回線來表征。兩曲線表征了磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的非線性關(guān)系，而這種非線性關(guān)系的物理根源是在磁性材料內(nèi)存在自發(fā)磁化。如圖1，圖2所示，將

11、磁性材料磁化飽和后，從Bs或Ms狀態(tài)開始，使磁化場(chǎng)單OBH圖2磁性材料的磁滯回線 調(diào)地逐步減小，發(fā)現(xiàn)材料中對(duì)應(yīng)的B或M值雖然也隨H而減小，但是不再沿著原曲線返回。當(dāng)H減小到H=0時(shí)，材料仍保留有一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁化強(qiáng)度值，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩余磁化強(qiáng)度。用Br或Mr表示，簡(jiǎn)稱剩磁。 為了使B或M繼續(xù)減小，必須在反方向增加磁場(chǎng)，當(dāng)反方向磁場(chǎng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，可以有B=0或M=0。與此相應(yīng)的磁化強(qiáng)度成為矯頑力（Hc）。分別記作BHC或MHC。BHC表示使B0的矯頑力。MHC表示使M0的矯頑力，稱為內(nèi)稟矯頑力。一般地，| BHC | 0稱為正磁致伸縮，是指沿磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)度變化是伸長(zhǎng)的。例如Fe的磁

12、致伸縮。0稱為負(fù)磁致伸縮，是指沿著磁場(chǎng)方向上的長(zhǎng)度變化是縮短的。例如Ni的磁致伸縮。 鐵磁體的磁致伸縮同磁晶各向異性的來源一樣，是由于原子或離子的自旋與軌道耦合作用而產(chǎn)生的，也是要滿足鐵磁體能量最小條件的必然結(jié)果。對(duì)于磁致伸縮而言，如果鐵磁晶體的形變大小和性質(zhì)能夠?qū)е缕淇偰芰康扔跇O小值，則這種形變就會(huì)產(chǎn)生。磁致伸縮是由自旋與軌道耦合能和材料的彈性能平衡而產(chǎn)生的。對(duì)于多疇結(jié)構(gòu)的鐵磁體可以用圖6來說明圖6 磁化過程中磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)并伴隨著自發(fā)形變軸的旋轉(zhuǎn)(六)磁損耗 在交變磁場(chǎng)作用下，磁性材料一方面被磁化，另一方面會(huì)因?yàn)椴豢赡娲呕a(chǎn)生能量損耗，導(dǎo)致磁芯發(fā)熱。所謂磁損耗是指磁性材料在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的

13、各種能量損耗的統(tǒng)稱。其機(jī)理有：磁滯，渦流和磁化馳豫等。由渦流引起的能量損耗稱為渦流損耗（We），由此磁滯引起的能量損耗稱為磁滯損耗（Wh），由磁化馳豫過程或磁頻散現(xiàn)象所導(dǎo)致的能量損耗稱為剩余損耗（Wc），如以W表示單位體積的鐵磁體在交變磁場(chǎng)中磁化一周產(chǎn)生的總磁損耗，則有 W=We+Wh+Wc eq oac(,14)因此磁性材料的總磁損耗W不僅與材料本身有關(guān)，而且也與材料在交變磁場(chǎng)中的工作頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小有關(guān)。在低頻弱磁場(chǎng)下的磁損耗在低頻弱磁感應(yīng)強(qiáng)度（BT）的交變磁場(chǎng)下，可用legg公式表示磁損耗：=ef+aBm+C eq oac(,15)其中 第一項(xiàng)ef 代表渦流損耗 We 第二項(xiàng) aBm

14、代表磁滯損耗 Wh 第三項(xiàng) C 代表剩余損耗 Wc2. 在中等磁場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)下的磁損耗此時(shí)有經(jīng)驗(yàn)公式： W=ef+ eq oac(,16)其中e為渦流損耗系數(shù) 為磁滯損耗系數(shù)就渦流損耗而言 e= eq oac(,17)其中d為與尺寸有關(guān)的參數(shù) 為材料電阻率因此降低渦流損耗應(yīng)從減小d和提高入手。就磁滯損耗而言 a eq oac(,18)其中 b為瑞利常數(shù) 為磁導(dǎo)率因此，降低磁滯損耗應(yīng)從提高和減小b入手。 綜上所述，描述磁性材料的參數(shù)有許多，內(nèi)稟性質(zhì)方面主要有飽和磁化強(qiáng)度(Ms)、居里溫度(Tc)、磁晶各向異性常數(shù)(K)、磁致伸縮系數(shù)()、電阻率（）以及密度(d)等。響應(yīng)磁特性方面主要有磁導(dǎo)率（）、

15、矯頑力（Hc）、剩磁(Br)、以及磁損耗（W）等。根據(jù)磁性物理學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)磁性材料如下五個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試與分析： 材料飽和磁化強(qiáng)度Ms(s)材料密度d (與Ms相關(guān))材料電阻率（與磁性渦流損耗We相關(guān)）材料磁致伸縮系數(shù)材料磁損耗W第二章 實(shí)驗(yàn)部分一. 飽和磁化強(qiáng)度的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍呕瘡?qiáng)度M是指磁性材料單位體積內(nèi)的磁矩矢量和，定義為，通過測(cè)量材料的飽和磁化強(qiáng)度Ms，加深對(duì)自發(fā)磁化的理解是本實(shí)驗(yàn)的主要目的。(二）、實(shí)驗(yàn)主要儀器：FMA磁天平(三)、實(shí)驗(yàn)原理及方法：根據(jù)磁性物質(zhì)在非均勻磁場(chǎng)中的受力原理實(shí)現(xiàn)Ms的測(cè)量，其方法為磁天平法，如圖所示。分析天平電磁鐵電磁鐵電流線圈

16、電流線圈XYZ樣品磁天平工作原理示意圖設(shè)一小球樣品處在非均勻磁場(chǎng)中，樣品質(zhì)量為m、體積V，則樣品在此非均勻磁場(chǎng)中沿任意軸向(=x.y.z)所受的力為：.或式中s為單位質(zhì)量的飽和磁化強(qiáng)度，稱為比飽和磁化強(qiáng)度。顯然，其中d為試樣密度如果磁場(chǎng)的不均勻只表現(xiàn)在Z方向。則， ，或?qū)嶋H測(cè)量中，即磁場(chǎng)梯度難以精確測(cè)量，因而，一般采用相對(duì)法測(cè)量，如圖所示，無磁場(chǎng)時(shí)，天平平衡時(shí)砝碼重量(W1),加磁場(chǎng)后，由于Fz的作用，需要增加砝碼來達(dá)到新的平衡，當(dāng)天平重新平衡時(shí)(W2)有：式中g(shù)重力加速度W加磁場(chǎng)前后砝碼之差將標(biāo)準(zhǔn)樣品置于同樣的非均勻磁場(chǎng)中，則有：聯(lián)立，標(biāo)準(zhǔn)式樣一般采用密度為8.3，純度99.9的Ni球，其飽

17、和磁化強(qiáng)度Ms0485.6KA.m1。同樣的原理，對(duì)于圓柱形樣品，如果其一端處于電磁鐵兩極的中心，此處磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，而另一端離磁場(chǎng)中心較遠(yuǎn)，磁場(chǎng)很弱，則可推得材料體積磁化率。式中Mst為樣品管中裝上樣品后加磁場(chǎng)時(shí)的砝碼質(zhì)量（mH）和無磁場(chǎng)時(shí)的砝碼質(zhì)量（mo）之差Mt為樣品管加磁場(chǎng)時(shí)的砝碼質(zhì)量(mtH)和無磁場(chǎng)時(shí)砝碼質(zhì)量(mto)之差。S為樣品截面積XAir為空氣磁化率(XAir=3.64*10-7)H為電磁鐵兩極中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度(四)、實(shí)驗(yàn)步驟：1、接通FMA電源，預(yù)熱10分鐘2、檢查電流和磁場(chǎng)指示，用調(diào)零旋紐將電流和磁場(chǎng)置于零點(diǎn)。3、放入標(biāo)準(zhǔn)樣品，調(diào)節(jié)分析天平，測(cè)出磁場(chǎng)H0時(shí)的重量并記錄4、

18、調(diào)節(jié)電流線圈電流，增加磁場(chǎng)H(400mT、500mT、600mT等)，調(diào)節(jié)分析天平，測(cè)出磁場(chǎng)H為某一確定數(shù)值時(shí)的重量并記錄，算出公式W。5、將磁場(chǎng)恢復(fù)到零，放入待測(cè)小球樣品，重復(fù)步驟3、4，算出W6、代入標(biāo)準(zhǔn)樣品參數(shù)，算出代測(cè)小球樣品的s(或Ms)7、將磁場(chǎng)恢復(fù)到零，取出待測(cè)小球樣品，調(diào)節(jié)分析天平測(cè)出空樣品管在H0時(shí)的重量并記錄8、調(diào)節(jié)電流線圈電流，增加磁場(chǎng)H(200mT、300mT、400mT等)調(diào)節(jié)分析天平，測(cè)出磁場(chǎng)H為某一確定數(shù)值時(shí)的空樣品管重量并記錄，算出公式中mt9、將磁場(chǎng)恢復(fù)到零，放入代測(cè)圓柱形樣品，調(diào)節(jié)分析天平，測(cè)出H0時(shí)的重量并記錄。10、調(diào)節(jié)電流增加磁場(chǎng)H(200mT、300

19、mT、400mT等)調(diào)節(jié)分析天平，測(cè)出磁場(chǎng)H為某一確定數(shù)值時(shí)的重量并記錄，算出公式中mst11、用游標(biāo)卡尺測(cè)出圓柱形樣品的直徑，算出截面積S12、算出代測(cè)樣品體積磁化率13、寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行結(jié)果分析。(五)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、調(diào)節(jié)電流及磁場(chǎng)旋紐應(yīng)輕緩2、不可在分析天平處于測(cè)量狀態(tài)時(shí)增減砝碼3、微量的鐵磁性雜質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，所以應(yīng)特別注意防止樣品管內(nèi)外雜質(zhì)的沾染4、磁天平處于水平狀態(tài)，所以不得挪動(dòng)儀器5、測(cè)試樣品時(shí)，應(yīng)關(guān)閉玻璃門窗，對(duì)整機(jī)不得振動(dòng)。二、 用MD-2型密度測(cè)定儀測(cè)試磁體密度密度是磁性材料的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，往往影響著材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。密度的測(cè)試，一般根據(jù)阿基米德原

20、理用排液法來確定。（一）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對(duì)磁性材料密度的測(cè)定，掌握測(cè)試原理和方法。（二）、實(shí)驗(yàn)原理MD-2型密度測(cè)試儀根據(jù)阿基米德原理，通過兩次稱量來計(jì)算密度。即使是幾何形狀不規(guī)則的樣品也同樣適用。對(duì)于燒結(jié)體產(chǎn)品，可用水作介質(zhì)，而對(duì)于毛坯品，可用水銀作介質(zhì)。根據(jù)阿基米德原理，樣品在空氣中和在介質(zhì)中稱出的質(zhì)量分別為：M空=MD空V （1）M介=MD介V （2）其中：D空為空氣密度 D介為介質(zhì)密度由于空氣密度D空很小，可忽略不計(jì)，所以根據(jù)（1）式有 M空=M (3) V=( M空M介)/ D介 (4) 材料密度Dm=M/V= M空D介/( M空M介) (5) 因?yàn)闃悠贩庞谝坏醐h(huán)中測(cè)試，該吊環(huán)必然會(huì)影

21、響體積的數(shù)值，因此有一修正系數(shù)f，該修正系數(shù)f在數(shù)值上和吊環(huán)浸入介質(zhì)的體積相等。所以Dm=M/(V-f)= M空/( M空M介)/ D介f) (6)（三）、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉MD-2型密度測(cè)試儀原理及使用方法對(duì)樣品進(jìn)行密度測(cè)試（四）、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 啟動(dòng)密度測(cè)試專用程序，將電子天平讀數(shù)復(fù)零 2. 修正吊環(huán)修正系數(shù)f 3. 放置樣品至吊環(huán)里，讀相應(yīng)數(shù)據(jù)至密度測(cè)試專用程序中 4. 開啟電機(jī)使介質(zhì)器皿上升，浸沒樣品 5. 在程序里運(yùn)行相關(guān)程序，讀入/輸入在介質(zhì)中質(zhì)量，雙擊“磁芯密度”紅色框，顯示已計(jì)算出的磁芯密度。 6. 開啟電機(jī)，使介質(zhì)器皿下降，取下樣品，準(zhǔn)備下次測(cè)試。（五）、注意事項(xiàng) 1. 當(dāng)介質(zhì)為水

22、銀時(shí)，必須作好防護(hù)工作，以免中毒 2. 電子天平下勾吊環(huán)應(yīng)在裝測(cè)試介質(zhì)的器皿中間，防止碰器皿壁，以保證測(cè)量精度。 3. 器皿中測(cè)試介質(zhì)建議裝載735ml（水銀約10kg，水約0.735kg） 4. 測(cè)試完畢，應(yīng)及時(shí)將器皿蓋緊，以免揮發(fā)三、 材料電阻率的測(cè)試電阻率是材料的一個(gè)重要特性參數(shù)，影響著材料的電磁性能并決定著材料的應(yīng)用頻率，是決定磁性材料動(dòng)態(tài)磁化時(shí)渦流損耗大小的關(guān)鍵因素。（一）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握四探針法測(cè)量樣品體電阻率的基本方法和原理 2. 理解電阻率與溫度T的關(guān)系（二）、實(shí)驗(yàn)原理 四探針法測(cè)量樣品電阻率是以針距約為1mm的四根金屬探針同時(shí)排成一直線，并以一定的壓力壓在平整的樣品表面

23、，如圖所示。在1、4兩根探針間通過電流I，則在2、3探針間產(chǎn)生電位差V。 材料電阻率 =C(-cm) (2-1) 式中C為探針修正系數(shù)，由探針的間距決定。 當(dāng)樣品電阻率分布均勻時(shí)，試樣尺寸滿足半無窮大條件時(shí)， C=(cm) (2-2) 式中：S1、S2、S3分別為探針1與2，2與3，3與4之間的間距。每個(gè)探頭都有自己的系數(shù)。C6.280.05(cm)。 若取電流值I=C時(shí)，則=V，即可由數(shù)字電壓表直接讀出。1. 塊狀或棒狀樣品的電阻率測(cè)量由于塊狀或棒狀樣品外形尺寸遠(yuǎn)大于探針間距，符合半無窮大邊界條件，電阻率可直接由（2-1)式求出。2. 薄片電阻率測(cè)量 薄片樣品因?yàn)槠浜穸扰c探針間距相近，不符合

24、半無窮大邊界條件，測(cè)量時(shí)要附加樣品的厚度、形狀和測(cè)量位置的修正系數(shù)。 其電阻率值可由下面公式得出： = CG()D()=0G()D() (2-3) 當(dāng)圓形樣品厚度滿足0.5條件時(shí)，電阻率為： =0D() (2-4)當(dāng)忽略探針幾何修正系數(shù)時(shí)，即認(rèn)為C=2S時(shí) = D()=4.53D() (2-5)上面各式中：0為塊狀體電阻率測(cè)量值 G()為樣品厚度修正函數(shù)，可查表而得 W為樣品厚度(m)；S為探針間距(mm) D()為樣品形狀與測(cè)量位置的修正系數(shù)，可查表得（三）、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉并正確使用SZ-82型數(shù)字式四探針測(cè)試儀利用SZ-82型數(shù)字式四探針測(cè)試儀測(cè)量不同溫度下材料的電阻率變化。（四）、實(shí)驗(yàn)步驟

25、測(cè)試準(zhǔn)備將220V電源插頭插入電源插座，電源開關(guān)置于斷開位置，工作選擇開關(guān)置于“短路”位置，電流開關(guān)處于彈出切斷位置。將測(cè)試架的插頭和主機(jī)的輸入插座相連，松開測(cè)試架立柱處的高度調(diào)節(jié)手輪，將探頭調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)奈恢煤透叨?，測(cè)試樣品應(yīng)進(jìn)行清潔處理，放于樣品架上，使探針能與表面良好接觸，并保持一定的壓力，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度使之達(dá)到要求的測(cè)試條件。測(cè)量電流的調(diào)節(jié)將電源開關(guān)置于開啟位置，數(shù)字顯示亮，儀器通電預(yù)熱1小時(shí)。工作選擇開關(guān)置于“1調(diào)節(jié)”位置，電流量程開關(guān)與電壓量程開關(guān)必須放于相對(duì)應(yīng)的任一組的量程上。按下電流開關(guān)，調(diào)節(jié)電流電位器，可以使電流輸出在010.00范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)到數(shù)字顯示出測(cè)量所需要的電流值（塊狀或

26、棒狀樣品為6.28；薄片樣品為4.53）。 3. 測(cè)量 極性開關(guān)撥至上方，工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“測(cè)量”，撥動(dòng)電流量程開關(guān)和電壓量程開關(guān)，置于樣品測(cè)量所適合的電流、電壓量程范圍，調(diào)節(jié)電壓表的粗調(diào)和細(xì)調(diào)調(diào)零，使數(shù)字顯示為“000”，按下電流開關(guān)輸出恒定電流，即可由數(shù)字顯示板和單位顯示燈直接讀出測(cè)量值。如果數(shù)字出現(xiàn)閃爍，則表明測(cè)量值已超過此電壓量程，應(yīng)將電壓量程開關(guān)撥到更高檔；讀數(shù)后切斷電流開關(guān)，數(shù)字顯示將恢復(fù)到零位。在儀表處于高靈敏電壓檔時(shí)要經(jīng)常檢查零位。 再將極性開關(guān)撥至下方（負(fù)極性），按下電流開關(guān)，從數(shù)字顯示板和單位顯示燈可以讀出負(fù)極性的測(cè)量值。 將兩次測(cè)量獲得的電阻率值取平均，即為樣品在該處

27、的電阻率值。 改變溫度，重復(fù)上述測(cè)試過程，即可得電阻率和溫度T的關(guān)系。（五）、注意事項(xiàng)1. 儀器要先預(yù)熱2. 樣品表面需進(jìn)行清潔處理3. 儀器再中斷測(cè)試時(shí)應(yīng)將工作選擇開關(guān)置于“短路”位置，電流開關(guān)置于彈出斷開位置。4. 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和儀器性能，為保證測(cè)試精度，推薦以下電流、電壓量程組合：電流電阻率電壓0.2mV2mV20mV200mV2V100mA10-410-310-310 mA10-310-210-11 mA10-11201050102103100A20050010310410A105四、 磁致伸縮系數(shù)測(cè)量磁體在外磁場(chǎng)中磁化時(shí)，其形狀與體積發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫磁致伸縮。表征磁致伸縮的磁性參

28、數(shù)為磁致伸縮系數(shù)，當(dāng)磁場(chǎng)H達(dá)到飽和磁化場(chǎng)時(shí)，縱向磁致伸縮為一確定值s，飽和磁致伸縮系數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握通過應(yīng)變電阻阻值變化測(cè)試材料磁致伸縮系數(shù)的原理和方法 2. 理解磁致伸縮系數(shù)與磁化場(chǎng)H之間的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理待測(cè)材料應(yīng)變電阻智能低電阻測(cè)試儀 如圖：將待測(cè)材料粘結(jié)于應(yīng)變電阻上，并對(duì)待測(cè)材料所繞線圈通直流電流，在線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，磁體的尺寸將發(fā)生變化，并給應(yīng)變電阻施加應(yīng)力，從而改變了應(yīng)變電阻的電阻值，通過測(cè)定應(yīng)變電阻阻值的變化，可以分析出當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度下磁體尺寸的變化量（即磁致伸縮系數(shù)）三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.熟悉TH2512B型智能低電阻測(cè)試儀 2.利用智能低電阻測(cè)試儀和應(yīng)變電阻測(cè)試磁體

29、的磁致伸縮系數(shù)四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 開機(jī)預(yù)熱 TH2512B型智能低電阻測(cè)試儀開機(jī)，測(cè)試前必須預(yù)熱10分鐘以上，以等待儀器內(nèi)部線路電參數(shù)穩(wěn)定。 2. 測(cè)試應(yīng)變電阻的阻值 3. 把磁體粘結(jié)于應(yīng)變電阻上，繞上線圈，通以直流電流，使磁體磁化，再測(cè)應(yīng)變電阻的電阻值 4. 根據(jù)應(yīng)變電阻的阻值查表，得到磁體的磁致伸縮系數(shù)5. 改變線圈中電流的大小，重復(fù)步驟3、4、5，從而可得H關(guān)系，并求出s五、注意事項(xiàng)1. 零點(diǎn)和清零 當(dāng)使用20m和200m量程時(shí)，應(yīng)首先清零，而在其他量程時(shí)一般不用清零。測(cè)試時(shí)，使用者可先選定量程，再把測(cè)試夾互夾，使S+端和S-端直接接觸，D+端和D-直接接觸，并保持良好的接觸。具體地說：使兩個(gè)測(cè)試夾有引出測(cè)試線的兩金屬片直接接觸，無引出測(cè)試線的兩金屬片直接接觸。若儀器顯示不為零時(shí)，按前面板清零鍵，則清零ON指示燈亮，儀器清零。2. 在20m和200m量程時(shí)不要長(zhǎng)時(shí)間開路。 在此兩個(gè)量程時(shí)，輸出測(cè)試端電壓被鉗制在0.8V，若長(zhǎng)時(shí)間開路，則當(dāng)量程切換到高阻抗量程時(shí)，測(cè)試端開路時(shí)顯示無法顯示UUUU，而會(huì)呈現(xiàn)數(shù)