第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1磁化率和磁導(dǎo)率對(duì)置于外磁場(chǎng)中的磁體有：M=χH

χ稱(chēng)為磁體的磁化率

B=μ0(H+M)=μ0(H+χH)=μ0(1+χ)H

定義：μ=

1+χ相對(duì)磁導(dǎo)率μ=

B/μ0H*表征磁體的磁性、導(dǎo)磁性及磁化難易程度的一個(gè)磁學(xué)量。第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1磁化率和磁導(dǎo)率1在不同的磁化條件下，磁導(dǎo)率有不同的表達(dá)形式(1)起始磁導(dǎo)率μi磁中性狀態(tài)下磁導(dǎo)率的極限值，實(shí)驗(yàn)上等于B-H曲線在原點(diǎn)O處切線的斜率除以μ0(2)最大磁導(dǎo)率μmax

在不同的磁化條件下，磁導(dǎo)率有不同的表達(dá)形式(1)起始磁導(dǎo)2(3)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率

磁體在交變磁場(chǎng)中磁化時(shí)，B和H之間存在相位差，只能用復(fù)數(shù)表示。它們?cè)趶?fù)數(shù)表示法中的商也同樣是一個(gè)復(fù)數(shù)。(4)增量磁導(dǎo)率μ

磁體在穩(wěn)恒磁場(chǎng)H0作用下，疊一個(gè)較小的交變磁場(chǎng)，表現(xiàn)出來(lái)的磁導(dǎo)率為增量磁導(dǎo)率。B、H分別為交變磁感應(yīng)強(qiáng)度和交變磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。(3)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率3(5)可逆磁導(dǎo)率rev

(6)微分磁導(dǎo)率μdiff

起始磁化曲線上任一點(diǎn)的斜率被稱(chēng)為微分磁化率。(7)不可逆磁導(dǎo)率μirr

不可逆磁導(dǎo)率是由不可逆磁化而引起的。(5)可逆磁導(dǎo)率rev4(8)總磁導(dǎo)率tot

連接原點(diǎn)O與起始磁化曲線上任一點(diǎn)的直線的斜率被稱(chēng)為總磁導(dǎo)率。*不管哪種磁導(dǎo)率，其值都不是常數(shù)，而是H的函數(shù)。(8)總磁導(dǎo)率tot51.2磁性和磁性材料的分類(lèi)所有的物質(zhì)都具有磁性，但并不是所有的物質(zhì)都能作為磁性材料來(lái)應(yīng)用。有些物質(zhì)具有很強(qiáng)的磁性，而大部分物質(zhì)磁性很弱，因此實(shí)際上只有很少一部分物質(zhì)能夠作為磁性材料來(lái)應(yīng)用。1.2.1物質(zhì)的磁性分類(lèi)按照磁體磁化時(shí)磁化率的大小和符號(hào)，可以將物質(zhì)的磁性分為五個(gè)種類(lèi)：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。1.2磁性和磁性材料的分類(lèi)所有的物質(zhì)都具有磁性，但并不是61.2.2磁性材料分類(lèi)從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，磁性材料可以分為以下幾類(lèi)：軟磁材料、永磁材料、信磁材料、特磁材料1.3磁性材料中的基本現(xiàn)象1.3.1磁晶各向異性定義：對(duì)于單晶材料，其磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性。*磁晶各向異性存在于所有鐵磁性晶體中。1.2.2磁性材料分類(lèi)從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，磁性材料可以分為7Ni單晶的磁化曲線*易磁化方向（易軸）<111>；難磁化方向（難軸）<100>Ni單晶的磁化曲線*易磁化方向（易軸）<111>；難磁化方向8一、磁晶各向異性能鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和，需要付出的磁化功為：沿鐵磁晶體不同晶軸方向磁化時(shí)所增加的自由能不同，稱(chēng)這種與磁化方向有關(guān)的自由能為磁晶各向異性能。*說(shuō)明：鐵磁體中的自發(fā)磁化強(qiáng)度和磁疇的分布取向不會(huì)是任意的，而是取向于磁晶各向異性能最小的各個(gè)易磁化軸的方向上。Why?一、磁晶各向異性能鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和，需要付出的磁化9(1)立方晶系K1、K2為立方晶體磁晶各向異性常數(shù)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。i為MS對(duì)于x、y、z軸的方向余弦。Fe：易軸為[100]，故K1>0Ni：易軸為[111]，故K1<0(1)立方晶系K1、K2為立方晶體磁晶各向異性常數(shù)，可通10(2)六角晶系若自發(fā)磁化方向與c軸所成的角度為Co晶體：易軸為[0001]，故KU1、KU2>0二、磁晶各向異性等效場(chǎng)*無(wú)外場(chǎng)時(shí)磁疇內(nèi)的磁矩傾向于沿易軸方向取向，就好像在易磁化方向存在一個(gè)磁場(chǎng)，把磁矩拉了過(guò)去。它并不是真實(shí)存在的磁場(chǎng)，而是把磁晶各向異性能的作用等效為一個(gè)磁場(chǎng)作用。(2)六角晶系若自發(fā)磁化方向與c軸所成的角度為Co晶體11求法：磁體在磁晶各向異性等效場(chǎng)中的磁場(chǎng)能＝磁晶各向異性能等效場(chǎng)*六角晶體（易軸為[0001]）*立方晶體：易軸[100]

易軸[111]求法：磁體在磁晶各向異性等效場(chǎng)中的磁場(chǎng)能＝磁晶各向異性能12三、磁晶各向異性起源*晶體場(chǎng)電子軌道角動(dòng)量淬滅電子的軌道運(yùn)動(dòng)失去了自由狀態(tài)下的各向同性，變成了與晶格相關(guān)的各向異性電子云分布各向異性*電子的自旋運(yùn)動(dòng)與軌道運(yùn)動(dòng)之間存在耦合作用電子軌道運(yùn)動(dòng)隨自旋取向發(fā)生變化三、磁晶各向異性起源*晶體場(chǎng)電子軌道角動(dòng)量淬滅電子的軌道13磁晶各向異性來(lái)源模型（a）磁體水平磁化時(shí)，電子云交疊少，交換作用弱（b）磁體垂直磁化時(shí)，由于L-S耦合作用，電子云隨自旋取向而轉(zhuǎn)動(dòng)，電子云交疊程度大，交換作用強(qiáng)磁晶各向異性來(lái)源模型（a）磁體水平磁化時(shí)，電子云交疊少，交換141.3.2磁致伸縮定義：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度和體積都要發(fā)生微小的變化。一、磁致伸縮效應(yīng)線磁致伸縮：縱向磁致伸縮、橫向磁致伸縮體積磁致伸縮很小，可忽略磁致伸縮系數(shù)：1.3.2磁致伸縮定義：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)15的大小與H的大小有關(guān)S：飽和磁致伸縮系數(shù)S>0正磁致伸縮；S<0負(fù)磁致伸縮的大小與H的大小有關(guān)S：飽和磁致伸縮系數(shù)16*同種單晶體在不同晶軸方向磁化時(shí)的磁致伸縮系數(shù)是不相同的，即單晶體的磁致伸縮具有各向異性。*對(duì)立方晶體*1、2、3分別為磁化方向相對(duì)于單晶晶軸的方向余弦；*1、2、3分別為磁致伸縮方向相對(duì)于單晶晶軸的方向余弦。*同種單晶體在不同晶軸方向磁化時(shí)的磁致伸縮系數(shù)是不相同的，即17*通過(guò)對(duì)材料施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，能引起材料的磁性能變化，即所謂的壓磁效應(yīng)，這是磁致伸縮的逆效應(yīng)。*研究磁致伸縮的意義：（1）了解磁體內(nèi)部各種相互作用的本質(zhì)以及磁化過(guò)程與物體形變的關(guān)系；（2）根據(jù)材料的壓磁效應(yīng)原理制成許多有用的器件。二、磁致伸縮機(jī)理*同磁晶各向異性的來(lái)源一樣，由于原子或離子的自旋與軌道的耦合作用而產(chǎn)生。*通過(guò)對(duì)材料施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，能引起材料的磁性能變化，即所18磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件191.4磁疇結(jié)構(gòu)*退磁場(chǎng)能最小是形成磁疇的主要原因。*實(shí)際情況中，還必須考慮其他一些因素比如交換能、磁晶各向異性能、磁致伸縮導(dǎo)致的磁彈性能等的影響。真實(shí)的磁疇結(jié)構(gòu)由總能量的極小值來(lái)確定。1.4.1磁疇的成因1.4.2疇壁結(jié)構(gòu)*根據(jù)疇壁中磁矩的過(guò)渡方式，可將疇壁分為布洛赫壁和奈爾壁兩種類(lèi)型。*布洛赫壁：大塊鐵磁晶體內(nèi)的疇壁屬于此類(lèi)。*奈爾壁：在極薄的磁性薄膜中存在。1.4磁疇結(jié)構(gòu)*退磁場(chǎng)能最小是形成磁疇的主要原因。1.420布洛赫壁結(jié)構(gòu)布洛赫壁結(jié)構(gòu)21奈爾壁結(jié)構(gòu)奈爾壁結(jié)構(gòu)22*另一種分類(lèi)方法：根據(jù)疇壁兩側(cè)磁疇的自發(fā)磁化方向間的關(guān)系，將疇壁分為180o疇壁和90o疇壁。夾角是180o時(shí)，稱(chēng)為前者；其他的稱(chēng)為后者。1.4.3特殊磁疇結(jié)構(gòu)一、單疇*鐵磁晶體材料的尺寸變小時(shí)，內(nèi)部包含的磁疇會(huì)減少。到一定程度時(shí)，成為多疇時(shí)的疇壁能比單疇的退磁場(chǎng)能還要高，這時(shí)材料將不再分疇，形成單疇結(jié)構(gòu)。*另一種分類(lèi)方法：根據(jù)疇壁兩側(cè)磁疇的自發(fā)磁化方向間的關(guān)系，將23*單疇顆粒不會(huì)有疇壁位移磁化過(guò)程，只有磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程，因此磁化和退磁都比較困難。*若磁晶各向異性能較強(qiáng)矯頑力高永磁材料*永磁材料制備工藝中，常采用粉末法來(lái)提高矯頑力；*軟磁材料制備中應(yīng)避免顆粒太小，以免成為單疇降低磁導(dǎo)率。*單疇顆粒不會(huì)有疇壁位移磁化過(guò)程，只有磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程，因此24二、磁泡定義：在一些薄膜磁性材料中出現(xiàn)的一種圓柱形磁疇*形成磁泡的首要條件：磁性薄膜具有單軸各向異性，其易磁化軸垂直膜面，且等效磁晶各向異性場(chǎng)大于垂直膜面的退磁場(chǎng)。二、磁泡定義：在一些薄膜磁性材料中出現(xiàn)的一種圓柱形磁疇*形成25*H=0時(shí)，自發(fā)磁化條狀磁疇*加小H時(shí)，與外磁場(chǎng)方向一致的磁疇體積增大，與外場(chǎng)反向的磁疇體積縮小。*當(dāng)外場(chǎng)增大到一定大小時(shí)，與外場(chǎng)同向的磁疇占據(jù)了大部分體積，而與外場(chǎng)反向的磁疇收縮為孤立的圓柱形磁疇，即磁泡。*H繼續(xù)增大，磁泡直徑會(huì)減小，當(dāng)H達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，磁泡會(huì)消失。*H=0時(shí)，自發(fā)磁化條狀磁疇*加小H時(shí)，與外磁場(chǎng)方向一致的26*磁泡產(chǎn)生的退磁場(chǎng)Hd與薄片的磁化方向相同，其作用是使磁泡退磁。為克服退磁作用，須有一數(shù)值較大、方向與Hd相反的磁場(chǎng)，才能保證磁泡穩(wěn)定的存在。該磁場(chǎng)便是材料的單軸各向異性等效場(chǎng)HK。*磁泡的動(dòng)態(tài)特性－遷移率為使磁泡遷移率較高，KU1不能太大。*磁泡產(chǎn)生的退磁場(chǎng)Hd與薄片的磁化方向相同，其作用是使磁泡退27*磁泡體積小，并能高速轉(zhuǎn)移，用它作為計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器或傳輸和邏輯器件，將會(huì)在很大程度上增加存儲(chǔ)量，提高計(jì)算速度。*原理：控制磁泡的產(chǎn)生和消失，分別作為寫(xiě)“1”和“0”，并能檢測(cè)磁泡的有無(wú)，從而讀出寫(xiě)入的“1”和“0”。1.5技術(shù)磁化1.5.1磁化機(jī)制*磁化過(guò)程：磁性材料由磁中性狀態(tài)變到磁飽和狀態(tài)的過(guò)程*反磁化過(guò)程：從磁飽和狀態(tài)回到退磁狀態(tài)的過(guò)程*磁泡體積小，并能高速轉(zhuǎn)移，用它作為計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器或傳輸和28*技術(shù)磁化：鐵磁體在外場(chǎng)作用下通過(guò)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁位移實(shí)現(xiàn)宏觀磁化的過(guò)程*磁化本質(zhì)：內(nèi)部的磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生變化*Vi為第i個(gè)磁疇的體積；i為第i個(gè)磁疇的自發(fā)磁化強(qiáng)度與H間的夾角；V0為塊體材料的體積。*沿外場(chǎng)H方向上的磁化強(qiáng)度MH*技術(shù)磁化：鐵磁體在外場(chǎng)作用下通過(guò)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁位移實(shí)現(xiàn)宏觀29*當(dāng)H改變H時(shí)，MH的改變?yōu)?磁化機(jī)制有三種：*技術(shù)磁化只包括前兩項(xiàng)，可分為四個(gè)階段：

(1)弱磁場(chǎng)范圍內(nèi)的可逆疇壁位移；(2)中等磁場(chǎng)范圍內(nèi)的不可逆疇壁位移；(3)較強(qiáng)磁場(chǎng)范圍內(nèi)的可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)；(4)強(qiáng)磁場(chǎng)下的不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)。*當(dāng)H改變H時(shí)，MH的改變?yōu)?磁化機(jī)制有三種：*技術(shù)磁化只30*對(duì)一種磁性材料，磁化過(guò)程以一種或幾種機(jī)制為主，不一定包括全部的四種機(jī)制。軟磁材料：疇壁位移磁化為主單疇顆粒材料：僅存在單純疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程1.5.2可逆疇壁位移磁化過(guò)程*在H作用下，i疇能量最低，k疇能量最高，根據(jù)能量最小原理的要求，i疇體積增大，k疇體積減小，相當(dāng)于疇壁移動(dòng)了一段距離。*對(duì)一種磁性材料，磁化過(guò)程以一種或幾種機(jī)制為主，不一定包括全31磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件32*實(shí)際上，在一定的外場(chǎng)下，疇壁位移的距離是有限的。原因：材料內(nèi)部存在著阻礙疇壁運(yùn)動(dòng)的阻力，阻力主要來(lái)源于鐵磁體內(nèi)部的不均勻性，主要是鐵磁體內(nèi)部存在有內(nèi)應(yīng)力的起伏分布和組分的不均勻分布，如雜質(zhì)、氣孔和非磁性相等。*單位體積鐵磁體內(nèi)的總能量為：*疇壁位移磁化過(guò)程中，必須滿足自由能最小原理：*疇壁位移磁化過(guò)程中的一般磁化方程式：*實(shí)際上，在一定的外場(chǎng)下，疇壁位移的距離是有限的。*單位體積33*物理意義：疇壁位移磁化過(guò)程中磁位能的降低與鐵磁體內(nèi)能的增加相等。*磁化過(guò)程中的平衡條件：動(dòng)力(磁場(chǎng)作用力)＝阻力(鐵磁體內(nèi)部的不均勻性)*根據(jù)阻力的不同來(lái)源，分為兩種理論模型：內(nèi)應(yīng)力模型和含雜模型一、內(nèi)應(yīng)力模型*主要考慮內(nèi)應(yīng)力的起伏分布對(duì)鐵磁體內(nèi)部能量變化的影響，忽略雜質(zhì)的影響。一般的金屬軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體適合采用這種模型。*物理意義：疇壁位移磁化過(guò)程中磁位能的降低與鐵磁體內(nèi)能的增加34180o疇壁的起始磁化率:90o疇壁的起始磁化率:l磁疇的寬度；充實(shí)系數(shù)，晶體中實(shí)際存在的180o疇壁占據(jù)自由能極小位置的分?jǐn)?shù)；疇壁的厚度；S飽和磁致伸縮系數(shù)；應(yīng)力的變化180o疇壁的起始磁化率:90o疇壁的起始磁化率:l磁疇的35二、含雜模型*忽略?xún)?nèi)應(yīng)力的影響，主要考慮由于存在的雜質(zhì)而引起的鐵磁體內(nèi)能量的變化。如果鐵磁晶體內(nèi)包含許多非磁性或弱磁性的雜質(zhì)、氣孔等，而內(nèi)應(yīng)力的變化不大，則可以采用含雜模型。180o疇壁為例:d雜質(zhì)直徑；雜質(zhì)的體積濃度二、含雜模型*忽略?xún)?nèi)應(yīng)力的影響，主要考慮由于存在的雜質(zhì)而引起36*小結(jié)：疇壁位移磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有(1)材料的MS，MS越大，i越高；(2)材料的K1和S，K1和S越小，i越高；(3)材料的內(nèi)應(yīng)力，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)越完整均勻，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越小，i越高；(4)材料內(nèi)的雜質(zhì)濃度，越低，疇壁位移磁化過(guò)程決定的i越高。1.5.3不可逆疇壁位移磁化過(guò)程*同可逆疇壁位移磁化過(guò)程一樣，鐵磁體內(nèi)存在應(yīng)力和雜質(zhì)以及晶界等結(jié)構(gòu)起伏變化是產(chǎn)生不可逆疇壁位移的根本原因。*小結(jié)：疇壁位移磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有1.5.337180o疇壁的不可逆疇壁位移模型180o疇壁位移磁化方程w：疇壁能密度H=0時(shí)，停留在O點(diǎn)，疇壁處于平衡狀態(tài)，因180o疇壁的不可逆疇壁位移模型180o疇壁位移磁化方程w38H>0時(shí)，疇壁開(kāi)始移動(dòng)，磁場(chǎng)能下降，疇壁能增加，二者平衡oa一段：為可逆疇壁位移磁化階段ae一段：為不可逆疇壁位移磁化階段*以存在應(yīng)力起伏分布的180o疇壁為例:*ir比i大很多，提高ir的途徑類(lèi)似iH>0時(shí)，疇壁開(kāi)始移動(dòng)，磁場(chǎng)能下降，疇壁能增加，二者平衡oa391.5.4可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中總的自由能*疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程中的平衡方程式*物理意義：疇轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)鐵磁體內(nèi)磁位能降低的數(shù)值與磁晶各向異性能、磁應(yīng)力能和退磁場(chǎng)能增加的數(shù)值相等時(shí)，疇轉(zhuǎn)磁化處于平衡狀態(tài)。1.5.4可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中總的自由能40一、由磁晶各向異性控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*以單軸六角晶系為例得二、由應(yīng)力控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*求得一、由磁晶各向異性控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*以單軸六41*實(shí)際中材料內(nèi)部往往同時(shí)存在磁晶各向異性能和磁彈性能，這些因素都會(huì)對(duì)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成阻力。*可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有：(1)材料的MS，MS越大，i越高；(2)材料的K1和S，K1和S越小，i越高；(3)材料的內(nèi)應(yīng)力，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)越完整均勻，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越小，i越高；*實(shí)際中材料內(nèi)部往往同時(shí)存在磁晶各向異性能和磁彈性能，這些因421.5.5不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*實(shí)現(xiàn)不可逆疇轉(zhuǎn)一般需要較強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此通常鐵磁體內(nèi)的不可逆磁化主要是由疇壁位移引起的。對(duì)于單疇顆粒來(lái)說(shuō)，只能是不可逆疇轉(zhuǎn)。*導(dǎo)致可逆疇轉(zhuǎn)和不可逆疇轉(zhuǎn)的原因是鐵磁體內(nèi)存在著廣義的各向異性能的起伏變化。*下圖為具有單軸各向異性的鐵磁體的可逆與不可逆疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程。1.5.5不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*實(shí)現(xiàn)不可逆疇轉(zhuǎn)一般需要43磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件44*從能量角度*以單軸各向異性晶體為例，疇轉(zhuǎn)磁化方程為*如果疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，則必須滿足條件*如果處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，則有*由穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定狀態(tài)的分界點(diǎn)是*不可逆疇轉(zhuǎn)的磁化率*從能量角度*以單軸各向異性晶體為例，疇轉(zhuǎn)磁化方程為*如果疇451.6動(dòng)態(tài)磁化1.6.1動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程*靜態(tài)磁化過(guò)程：磁場(chǎng)恒定，樣品從一個(gè)穩(wěn)定磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)。不考慮建立新的平衡過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題，因此稱(chēng)之為靜態(tài)磁化過(guò)程。不可逆磁化導(dǎo)致磁滯現(xiàn)象，每個(gè)磁化狀態(tài)都處于亞穩(wěn)態(tài)，且磁化狀態(tài)不隨時(shí)間改變。*動(dòng)態(tài)磁滯回線：鐵磁體在周期性變化的交變磁場(chǎng)中時(shí)，其磁化強(qiáng)度也周期性地反復(fù)變化，構(gòu)成動(dòng)態(tài)磁滯回線。1.6動(dòng)態(tài)磁化1.6.1動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程*靜態(tài)磁化過(guò)程：46在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的面積比靜態(tài)磁滯回線的面積要大些。原因：回線面積等于磁化一周所損耗的能量。靜態(tài)僅有磁滯損耗；動(dòng)態(tài)磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗。*動(dòng)態(tài)磁化曲線：頻率不變，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，可得一系列動(dòng)態(tài)磁滯回線，它們的頂點(diǎn)(Bm,Hm)連線稱(chēng)為動(dòng)態(tài)磁化曲線。振幅磁導(dǎo)率：如下圖，最大的回線為動(dòng)態(tài)飽和磁滯回線，BS和HS則為飽和狀態(tài)下飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，Br和HC為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力。在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的面積比靜態(tài)磁滯回線的47磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件48動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀與交變磁場(chǎng)的峰值Hm以及頻率有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)交變磁場(chǎng)強(qiáng)度減小或增加交變磁場(chǎng)頻率時(shí)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀將逐漸趨近于橢圓。50m厚的鉬－坡莫合金片在三種不同頻率下的動(dòng)態(tài)磁滯回線動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀與交變磁場(chǎng)的峰值Hm以及頻率有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表49*隨頻率的增大，動(dòng)態(tài)磁滯回線逐漸變?yōu)闄E圓形狀。因此對(duì)于通常使用的弱場(chǎng)高頻條件，可用橢圓形狀來(lái)近似地表示鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線。*假設(shè)H是正弦周期性變化，則B也是正弦周期性變化，但在時(shí)間上落后一個(gè)相位差。*隨頻率的增大，動(dòng)態(tài)磁滯回線逐漸變?yōu)闄E圓形狀。因此對(duì)于通常使50磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件51*磁化的時(shí)間效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾種不同的現(xiàn)象：1)磁滯現(xiàn)象：交變磁場(chǎng)中的磁化是動(dòng)態(tài)過(guò)程，有時(shí)間效應(yīng)。2)渦流效應(yīng)：動(dòng)態(tài)磁化中，鐵磁材料內(nèi)部會(huì)形成渦流。渦流的產(chǎn)生將抵抗B的變化，從而使磁化產(chǎn)生時(shí)間滯后效應(yīng)。3)磁導(dǎo)率的頻散和吸收現(xiàn)象：交變磁場(chǎng)中，疇壁位移或磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)受到各種不同性質(zhì)的阻尼作用，導(dǎo)致復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率隨磁場(chǎng)頻率變化。4)磁后效：當(dāng)H發(fā)生突變時(shí)，B的變化需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)。這種現(xiàn)象是由于磁化過(guò)程本身或熱起伏的影響，引起材料內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)的變化。*在交變磁場(chǎng)中，以上四種現(xiàn)象都將引起鐵磁材料的能量損耗。*磁化的時(shí)間效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾種不同的現(xiàn)象：1)磁滯現(xiàn)象：交52磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件531.6.2動(dòng)態(tài)磁性參數(shù)1、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率*好處：可同時(shí)反映B和H間的振幅和相位關(guān)系。代表單位體積鐵磁材料中的磁能存儲(chǔ)代表單位體積鐵磁材料在交變磁場(chǎng)中每磁化一周的磁能損耗損耗角1.6.2動(dòng)態(tài)磁性參數(shù)1、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率*好處：可同時(shí)反映B54復(fù)數(shù)磁化率2、磁譜與截止頻率fr磁譜：鐵磁體在交變磁場(chǎng)中的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部隨頻率變化的關(guān)系曲線。截止頻率：在材料的磁譜曲線上，下降到初始值的一半或達(dá)到極大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。物理意義：它給出了磁性材料能夠正常工作的頻率范圍復(fù)數(shù)磁化率2、磁譜與截止頻率fr磁譜：鐵磁體在交變磁場(chǎng)中的復(fù)55*當(dāng)f=fr時(shí)，達(dá)到最大值，損耗最大，此時(shí)材料無(wú)法使用，所以一般軟磁材料的工作頻率應(yīng)選擇低于它的截止頻率。*i越低，其fr越高，因此要提高材料的高頻應(yīng)用范圍，降低材料的起始磁導(dǎo)率是一個(gè)有效的手段。*當(dāng)f=fr時(shí)，達(dá)到最大值，損耗最大，此時(shí)材料無(wú)法使用，563、品質(zhì)因數(shù)Q*Q值反映軟磁材料在交變磁化時(shí)能量的貯存和損耗的性能。4、損耗因子tan物理意義：鐵磁材料在交變磁化過(guò)程中能量的損耗與貯存之比。5、Q積*對(duì)軟磁材料，總是希望其Q值越高越好，值越大越好，常用Q積來(lái)表征軟磁材料的技術(shù)指標(biāo)。3、品質(zhì)因數(shù)Q*Q值反映軟磁材料在交變磁化時(shí)能量的貯存和損耗57*或用tan/表示，稱(chēng)為軟磁材料的比損耗系數(shù)，反映材料的相對(duì)損耗大小。*和可通過(guò)交流電橋法進(jìn)行測(cè)量；Q值可以用交流電橋或Q表測(cè)量得到；tan可以通過(guò)交流電橋、Q表、測(cè)量位相差或測(cè)量磁損耗的方法得到。1.6.3磁損耗定義：磁性材料在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生能量損耗。磁滯損耗＋渦流損耗＋剩余損耗（殘留損耗）*或用tan/表示，稱(chēng)為軟磁材料的比損耗系數(shù)，反映材料58*在低頻、弱場(chǎng)（B<0.01T）條件下，磁損耗為：e：渦流損耗系數(shù)；a：磁滯損耗系數(shù)；c是不依賴(lài)于f的常數(shù)，來(lái)自由磁后效或頻散引起的損耗。*總損耗W既決定于材料，也決定于交變磁場(chǎng)的f和Bm,因此討論W指標(biāo)時(shí)，應(yīng)注明f和Bm。1、渦流損耗*渦流是在迅速變化的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感生電流，因其流線呈閉合漩渦狀而得名。f越高，渦流越大。*在低頻、弱場(chǎng)（B<0.01T）條件下，磁損耗為：e：渦流損59*渦流不能象導(dǎo)線中的電流那樣輸送出去，僅使磁芯發(fā)熱造成能量損耗。*一個(gè)周期內(nèi)材料的渦流損耗*如何降低渦流損耗？（1）降低材料厚度d（2）提高材料的電阻率*金屬材料：都較低，通常采用添加合金元素的方法；例子：Fe中加入少量Si，可增加磁導(dǎo)率，降低矯頑力，提高*鐵氧體材料：很高，適合在高頻技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用。*渦流不能象導(dǎo)線中的電流那樣輸送出去，僅使磁芯發(fā)熱造成能量損602、磁滯損耗*若在磁化過(guò)程中只存在磁滯損耗，則回線的面積在數(shù)值上就等于每磁化一周的磁滯損耗的數(shù)值。*降低Wa的方法：減小材料的矯頑力回線變窄面積減小3、剩余損耗*低頻弱場(chǎng)中，主要是磁后效損耗。*高頻情況下，主要是尺寸共振損耗、疇壁共振損耗、自然共振損耗。2、磁滯損耗*若在磁化過(guò)程中只存在磁滯損耗，則回線的面積在數(shù)61*有些材料在經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)磁中性化后，其起始磁導(dǎo)率隨時(shí)間而降低，最后達(dá)到穩(wěn)定值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁導(dǎo)率的減落，它是磁后效的一種表現(xiàn)形式。*為了衡量材料磁導(dǎo)率的減落程度，引入減落因子DF*減落現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，材料易受環(huán)境電磁場(chǎng)的干擾。*降低Wc的方法：（1）減少擴(kuò)散離子濃度，從而抑制離子擴(kuò)散過(guò)程；（2）控制產(chǎn)品的成分和制備工藝，使之在應(yīng)用頻率和工作溫度范圍內(nèi)避開(kāi)損耗最大值。*有些材料在經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)磁中性化后，其起始磁導(dǎo)率隨時(shí)間而降低，最62Thankyou!Thankyou!63第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1磁化率和磁導(dǎo)率對(duì)置于外磁場(chǎng)中的磁體有：M=χH

χ稱(chēng)為磁體的磁化率

B=μ0(H+M)=μ0(H+χH)=μ0(1+χ)H

定義：μ=

1+χ相對(duì)磁導(dǎo)率μ=

B/μ0H*表征磁體的磁性、導(dǎo)磁性及磁化難易程度的一個(gè)磁學(xué)量。第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1磁化率和磁導(dǎo)率64在不同的磁化條件下，磁導(dǎo)率有不同的表達(dá)形式(1)起始磁導(dǎo)率μi磁中性狀態(tài)下磁導(dǎo)率的極限值，實(shí)驗(yàn)上等于B-H曲線在原點(diǎn)O處切線的斜率除以μ0(2)最大磁導(dǎo)率μmax

在不同的磁化條件下，磁導(dǎo)率有不同的表達(dá)形式(1)起始磁導(dǎo)65(3)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率

磁體在交變磁場(chǎng)中磁化時(shí)，B和H之間存在相位差，只能用復(fù)數(shù)表示。它們?cè)趶?fù)數(shù)表示法中的商也同樣是一個(gè)復(fù)數(shù)。(4)增量磁導(dǎo)率μ

磁體在穩(wěn)恒磁場(chǎng)H0作用下，疊一個(gè)較小的交變磁場(chǎng)，表現(xiàn)出來(lái)的磁導(dǎo)率為增量磁導(dǎo)率。B、H分別為交變磁感應(yīng)強(qiáng)度和交變磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。(3)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率66(5)可逆磁導(dǎo)率rev

(6)微分磁導(dǎo)率μdiff

起始磁化曲線上任一點(diǎn)的斜率被稱(chēng)為微分磁化率。(7)不可逆磁導(dǎo)率μirr

不可逆磁導(dǎo)率是由不可逆磁化而引起的。(5)可逆磁導(dǎo)率rev67(8)總磁導(dǎo)率tot

連接原點(diǎn)O與起始磁化曲線上任一點(diǎn)的直線的斜率被稱(chēng)為總磁導(dǎo)率。*不管哪種磁導(dǎo)率，其值都不是常數(shù)，而是H的函數(shù)。(8)總磁導(dǎo)率tot681.2磁性和磁性材料的分類(lèi)所有的物質(zhì)都具有磁性，但并不是所有的物質(zhì)都能作為磁性材料來(lái)應(yīng)用。有些物質(zhì)具有很強(qiáng)的磁性，而大部分物質(zhì)磁性很弱，因此實(shí)際上只有很少一部分物質(zhì)能夠作為磁性材料來(lái)應(yīng)用。1.2.1物質(zhì)的磁性分類(lèi)按照磁體磁化時(shí)磁化率的大小和符號(hào)，可以將物質(zhì)的磁性分為五個(gè)種類(lèi)：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。1.2磁性和磁性材料的分類(lèi)所有的物質(zhì)都具有磁性，但并不是691.2.2磁性材料分類(lèi)從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，磁性材料可以分為以下幾類(lèi)：軟磁材料、永磁材料、信磁材料、特磁材料1.3磁性材料中的基本現(xiàn)象1.3.1磁晶各向異性定義：對(duì)于單晶材料，其磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性。*磁晶各向異性存在于所有鐵磁性晶體中。1.2.2磁性材料分類(lèi)從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，磁性材料可以分為70Ni單晶的磁化曲線*易磁化方向（易軸）<111>；難磁化方向（難軸）<100>Ni單晶的磁化曲線*易磁化方向（易軸）<111>；難磁化方向71一、磁晶各向異性能鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和，需要付出的磁化功為：沿鐵磁晶體不同晶軸方向磁化時(shí)所增加的自由能不同，稱(chēng)這種與磁化方向有關(guān)的自由能為磁晶各向異性能。*說(shuō)明：鐵磁體中的自發(fā)磁化強(qiáng)度和磁疇的分布取向不會(huì)是任意的，而是取向于磁晶各向異性能最小的各個(gè)易磁化軸的方向上。Why?一、磁晶各向異性能鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和，需要付出的磁化72(1)立方晶系K1、K2為立方晶體磁晶各向異性常數(shù)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。i為MS對(duì)于x、y、z軸的方向余弦。Fe：易軸為[100]，故K1>0Ni：易軸為[111]，故K1<0(1)立方晶系K1、K2為立方晶體磁晶各向異性常數(shù)，可通73(2)六角晶系若自發(fā)磁化方向與c軸所成的角度為Co晶體：易軸為[0001]，故KU1、KU2>0二、磁晶各向異性等效場(chǎng)*無(wú)外場(chǎng)時(shí)磁疇內(nèi)的磁矩傾向于沿易軸方向取向，就好像在易磁化方向存在一個(gè)磁場(chǎng)，把磁矩拉了過(guò)去。它并不是真實(shí)存在的磁場(chǎng)，而是把磁晶各向異性能的作用等效為一個(gè)磁場(chǎng)作用。(2)六角晶系若自發(fā)磁化方向與c軸所成的角度為Co晶體74求法：磁體在磁晶各向異性等效場(chǎng)中的磁場(chǎng)能＝磁晶各向異性能等效場(chǎng)*六角晶體（易軸為[0001]）*立方晶體：易軸[100]

易軸[111]求法：磁體在磁晶各向異性等效場(chǎng)中的磁場(chǎng)能＝磁晶各向異性能75三、磁晶各向異性起源*晶體場(chǎng)電子軌道角動(dòng)量淬滅電子的軌道運(yùn)動(dòng)失去了自由狀態(tài)下的各向同性，變成了與晶格相關(guān)的各向異性電子云分布各向異性*電子的自旋運(yùn)動(dòng)與軌道運(yùn)動(dòng)之間存在耦合作用電子軌道運(yùn)動(dòng)隨自旋取向發(fā)生變化三、磁晶各向異性起源*晶體場(chǎng)電子軌道角動(dòng)量淬滅電子的軌道76磁晶各向異性來(lái)源模型（a）磁體水平磁化時(shí)，電子云交疊少，交換作用弱（b）磁體垂直磁化時(shí)，由于L-S耦合作用，電子云隨自旋取向而轉(zhuǎn)動(dòng)，電子云交疊程度大，交換作用強(qiáng)磁晶各向異性來(lái)源模型（a）磁體水平磁化時(shí)，電子云交疊少，交換771.3.2磁致伸縮定義：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度和體積都要發(fā)生微小的變化。一、磁致伸縮效應(yīng)線磁致伸縮：縱向磁致伸縮、橫向磁致伸縮體積磁致伸縮很小，可忽略磁致伸縮系數(shù)：1.3.2磁致伸縮定義：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)78的大小與H的大小有關(guān)S：飽和磁致伸縮系數(shù)S>0正磁致伸縮；S<0負(fù)磁致伸縮的大小與H的大小有關(guān)S：飽和磁致伸縮系數(shù)79*同種單晶體在不同晶軸方向磁化時(shí)的磁致伸縮系數(shù)是不相同的，即單晶體的磁致伸縮具有各向異性。*對(duì)立方晶體*1、2、3分別為磁化方向相對(duì)于單晶晶軸的方向余弦；*1、2、3分別為磁致伸縮方向相對(duì)于單晶晶軸的方向余弦。*同種單晶體在不同晶軸方向磁化時(shí)的磁致伸縮系數(shù)是不相同的，即80*通過(guò)對(duì)材料施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，能引起材料的磁性能變化，即所謂的壓磁效應(yīng)，這是磁致伸縮的逆效應(yīng)。*研究磁致伸縮的意義：（1）了解磁體內(nèi)部各種相互作用的本質(zhì)以及磁化過(guò)程與物體形變的關(guān)系；（2）根據(jù)材料的壓磁效應(yīng)原理制成許多有用的器件。二、磁致伸縮機(jī)理*同磁晶各向異性的來(lái)源一樣，由于原子或離子的自旋與軌道的耦合作用而產(chǎn)生。*通過(guò)對(duì)材料施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，能引起材料的磁性能變化，即所81磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件821.4磁疇結(jié)構(gòu)*退磁場(chǎng)能最小是形成磁疇的主要原因。*實(shí)際情況中，還必須考慮其他一些因素比如交換能、磁晶各向異性能、磁致伸縮導(dǎo)致的磁彈性能等的影響。真實(shí)的磁疇結(jié)構(gòu)由總能量的極小值來(lái)確定。1.4.1磁疇的成因1.4.2疇壁結(jié)構(gòu)*根據(jù)疇壁中磁矩的過(guò)渡方式，可將疇壁分為布洛赫壁和奈爾壁兩種類(lèi)型。*布洛赫壁：大塊鐵磁晶體內(nèi)的疇壁屬于此類(lèi)。*奈爾壁：在極薄的磁性薄膜中存在。1.4磁疇結(jié)構(gòu)*退磁場(chǎng)能最小是形成磁疇的主要原因。1.483布洛赫壁結(jié)構(gòu)布洛赫壁結(jié)構(gòu)84奈爾壁結(jié)構(gòu)奈爾壁結(jié)構(gòu)85*另一種分類(lèi)方法：根據(jù)疇壁兩側(cè)磁疇的自發(fā)磁化方向間的關(guān)系，將疇壁分為180o疇壁和90o疇壁。夾角是180o時(shí)，稱(chēng)為前者；其他的稱(chēng)為后者。1.4.3特殊磁疇結(jié)構(gòu)一、單疇*鐵磁晶體材料的尺寸變小時(shí)，內(nèi)部包含的磁疇會(huì)減少。到一定程度時(shí)，成為多疇時(shí)的疇壁能比單疇的退磁場(chǎng)能還要高，這時(shí)材料將不再分疇，形成單疇結(jié)構(gòu)。*另一種分類(lèi)方法：根據(jù)疇壁兩側(cè)磁疇的自發(fā)磁化方向間的關(guān)系，將86*單疇顆粒不會(huì)有疇壁位移磁化過(guò)程，只有磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程，因此磁化和退磁都比較困難。*若磁晶各向異性能較強(qiáng)矯頑力高永磁材料*永磁材料制備工藝中，常采用粉末法來(lái)提高矯頑力；*軟磁材料制備中應(yīng)避免顆粒太小，以免成為單疇降低磁導(dǎo)率。*單疇顆粒不會(huì)有疇壁位移磁化過(guò)程，只有磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程，因此87二、磁泡定義：在一些薄膜磁性材料中出現(xiàn)的一種圓柱形磁疇*形成磁泡的首要條件：磁性薄膜具有單軸各向異性，其易磁化軸垂直膜面，且等效磁晶各向異性場(chǎng)大于垂直膜面的退磁場(chǎng)。二、磁泡定義：在一些薄膜磁性材料中出現(xiàn)的一種圓柱形磁疇*形成88*H=0時(shí)，自發(fā)磁化條狀磁疇*加小H時(shí)，與外磁場(chǎng)方向一致的磁疇體積增大，與外場(chǎng)反向的磁疇體積縮小。*當(dāng)外場(chǎng)增大到一定大小時(shí)，與外場(chǎng)同向的磁疇占據(jù)了大部分體積，而與外場(chǎng)反向的磁疇收縮為孤立的圓柱形磁疇，即磁泡。*H繼續(xù)增大，磁泡直徑會(huì)減小，當(dāng)H達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，磁泡會(huì)消失。*H=0時(shí)，自發(fā)磁化條狀磁疇*加小H時(shí)，與外磁場(chǎng)方向一致的89*磁泡產(chǎn)生的退磁場(chǎng)Hd與薄片的磁化方向相同，其作用是使磁泡退磁。為克服退磁作用，須有一數(shù)值較大、方向與Hd相反的磁場(chǎng)，才能保證磁泡穩(wěn)定的存在。該磁場(chǎng)便是材料的單軸各向異性等效場(chǎng)HK。*磁泡的動(dòng)態(tài)特性－遷移率為使磁泡遷移率較高，KU1不能太大。*磁泡產(chǎn)生的退磁場(chǎng)Hd與薄片的磁化方向相同，其作用是使磁泡退90*磁泡體積小，并能高速轉(zhuǎn)移，用它作為計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器或傳輸和邏輯器件，將會(huì)在很大程度上增加存儲(chǔ)量，提高計(jì)算速度。*原理：控制磁泡的產(chǎn)生和消失，分別作為寫(xiě)“1”和“0”，并能檢測(cè)磁泡的有無(wú)，從而讀出寫(xiě)入的“1”和“0”。1.5技術(shù)磁化1.5.1磁化機(jī)制*磁化過(guò)程：磁性材料由磁中性狀態(tài)變到磁飽和狀態(tài)的過(guò)程*反磁化過(guò)程：從磁飽和狀態(tài)回到退磁狀態(tài)的過(guò)程*磁泡體積小，并能高速轉(zhuǎn)移，用它作為計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器或傳輸和91*技術(shù)磁化：鐵磁體在外場(chǎng)作用下通過(guò)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁位移實(shí)現(xiàn)宏觀磁化的過(guò)程*磁化本質(zhì)：內(nèi)部的磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生變化*Vi為第i個(gè)磁疇的體積；i為第i個(gè)磁疇的自發(fā)磁化強(qiáng)度與H間的夾角；V0為塊體材料的體積。*沿外場(chǎng)H方向上的磁化強(qiáng)度MH*技術(shù)磁化：鐵磁體在外場(chǎng)作用下通過(guò)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁位移實(shí)現(xiàn)宏觀92*當(dāng)H改變H時(shí)，MH的改變?yōu)?磁化機(jī)制有三種：*技術(shù)磁化只包括前兩項(xiàng)，可分為四個(gè)階段：

(1)弱磁場(chǎng)范圍內(nèi)的可逆疇壁位移；(2)中等磁場(chǎng)范圍內(nèi)的不可逆疇壁位移；(3)較強(qiáng)磁場(chǎng)范圍內(nèi)的可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)；(4)強(qiáng)磁場(chǎng)下的不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)。*當(dāng)H改變H時(shí)，MH的改變?yōu)?磁化機(jī)制有三種：*技術(shù)磁化只93*對(duì)一種磁性材料，磁化過(guò)程以一種或幾種機(jī)制為主，不一定包括全部的四種機(jī)制。軟磁材料：疇壁位移磁化為主單疇顆粒材料：僅存在單純疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程1.5.2可逆疇壁位移磁化過(guò)程*在H作用下，i疇能量最低，k疇能量最高，根據(jù)能量最小原理的要求，i疇體積增大，k疇體積減小，相當(dāng)于疇壁移動(dòng)了一段距離。*對(duì)一種磁性材料，磁化過(guò)程以一種或幾種機(jī)制為主，不一定包括全94磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件95*實(shí)際上，在一定的外場(chǎng)下，疇壁位移的距離是有限的。原因：材料內(nèi)部存在著阻礙疇壁運(yùn)動(dòng)的阻力，阻力主要來(lái)源于鐵磁體內(nèi)部的不均勻性，主要是鐵磁體內(nèi)部存在有內(nèi)應(yīng)力的起伏分布和組分的不均勻分布，如雜質(zhì)、氣孔和非磁性相等。*單位體積鐵磁體內(nèi)的總能量為：*疇壁位移磁化過(guò)程中，必須滿足自由能最小原理：*疇壁位移磁化過(guò)程中的一般磁化方程式：*實(shí)際上，在一定的外場(chǎng)下，疇壁位移的距離是有限的。*單位體積96*物理意義：疇壁位移磁化過(guò)程中磁位能的降低與鐵磁體內(nèi)能的增加相等。*磁化過(guò)程中的平衡條件：動(dòng)力(磁場(chǎng)作用力)＝阻力(鐵磁體內(nèi)部的不均勻性)*根據(jù)阻力的不同來(lái)源，分為兩種理論模型：內(nèi)應(yīng)力模型和含雜模型一、內(nèi)應(yīng)力模型*主要考慮內(nèi)應(yīng)力的起伏分布對(duì)鐵磁體內(nèi)部能量變化的影響，忽略雜質(zhì)的影響。一般的金屬軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體適合采用這種模型。*物理意義：疇壁位移磁化過(guò)程中磁位能的降低與鐵磁體內(nèi)能的增加97180o疇壁的起始磁化率:90o疇壁的起始磁化率:l磁疇的寬度；充實(shí)系數(shù)，晶體中實(shí)際存在的180o疇壁占據(jù)自由能極小位置的分?jǐn)?shù)；疇壁的厚度；S飽和磁致伸縮系數(shù)；應(yīng)力的變化180o疇壁的起始磁化率:90o疇壁的起始磁化率:l磁疇的98二、含雜模型*忽略?xún)?nèi)應(yīng)力的影響，主要考慮由于存在的雜質(zhì)而引起的鐵磁體內(nèi)能量的變化。如果鐵磁晶體內(nèi)包含許多非磁性或弱磁性的雜質(zhì)、氣孔等，而內(nèi)應(yīng)力的變化不大，則可以采用含雜模型。180o疇壁為例:d雜質(zhì)直徑；雜質(zhì)的體積濃度二、含雜模型*忽略?xún)?nèi)應(yīng)力的影響，主要考慮由于存在的雜質(zhì)而引起99*小結(jié)：疇壁位移磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有(1)材料的MS，MS越大，i越高；(2)材料的K1和S，K1和S越小，i越高；(3)材料的內(nèi)應(yīng)力，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)越完整均勻，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越小，i越高；(4)材料內(nèi)的雜質(zhì)濃度，越低，疇壁位移磁化過(guò)程決定的i越高。1.5.3不可逆疇壁位移磁化過(guò)程*同可逆疇壁位移磁化過(guò)程一樣，鐵磁體內(nèi)存在應(yīng)力和雜質(zhì)以及晶界等結(jié)構(gòu)起伏變化是產(chǎn)生不可逆疇壁位移的根本原因。*小結(jié)：疇壁位移磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有1.5.3100180o疇壁的不可逆疇壁位移模型180o疇壁位移磁化方程w：疇壁能密度H=0時(shí)，停留在O點(diǎn)，疇壁處于平衡狀態(tài)，因180o疇壁的不可逆疇壁位移模型180o疇壁位移磁化方程w101H>0時(shí)，疇壁開(kāi)始移動(dòng)，磁場(chǎng)能下降，疇壁能增加，二者平衡oa一段：為可逆疇壁位移磁化階段ae一段：為不可逆疇壁位移磁化階段*以存在應(yīng)力起伏分布的180o疇壁為例:*ir比i大很多，提高ir的途徑類(lèi)似iH>0時(shí)，疇壁開(kāi)始移動(dòng)，磁場(chǎng)能下降，疇壁能增加，二者平衡oa1021.5.4可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中總的自由能*疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程中的平衡方程式*物理意義：疇轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)鐵磁體內(nèi)磁位能降低的數(shù)值與磁晶各向異性能、磁應(yīng)力能和退磁場(chǎng)能增加的數(shù)值相等時(shí)，疇轉(zhuǎn)磁化處于平衡狀態(tài)。1.5.4可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中總的自由能103一、由磁晶各向異性控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*以單軸六角晶系為例得二、由應(yīng)力控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*求得一、由磁晶各向異性控制的可逆疇轉(zhuǎn)磁化*疇轉(zhuǎn)磁化方程*以單軸六104*實(shí)際中材料內(nèi)部往往同時(shí)存在磁晶各向異性能和磁彈性能，這些因素都會(huì)對(duì)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成阻力。*可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程中影響起始磁導(dǎo)率的因素有：(1)材料的MS，MS越大，i越高；(2)材料的K1和S，K1和S越小，i越高；(3)材料的內(nèi)應(yīng)力，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)越完整均勻，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越小，i越高；*實(shí)際中材料內(nèi)部往往同時(shí)存在磁晶各向異性能和磁彈性能，這些因1051.5.5不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*實(shí)現(xiàn)不可逆疇轉(zhuǎn)一般需要較強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此通常鐵磁體內(nèi)的不可逆磁化主要是由疇壁位移引起的。對(duì)于單疇顆粒來(lái)說(shuō)，只能是不可逆疇轉(zhuǎn)。*導(dǎo)致可逆疇轉(zhuǎn)和不可逆疇轉(zhuǎn)的原因是鐵磁體內(nèi)存在著廣義的各向異性能的起伏變化。*下圖為具有單軸各向異性的鐵磁體的可逆與不可逆疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程。1.5.5不可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程*實(shí)現(xiàn)不可逆疇轉(zhuǎn)一般需要106磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件107*從能量角度*以單軸各向異性晶體為例，疇轉(zhuǎn)磁化方程為*如果疇轉(zhuǎn)磁化過(guò)程處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，則必須滿足條件*如果處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，則有*由穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定狀態(tài)的分界點(diǎn)是*不可逆疇轉(zhuǎn)的磁化率*從能量角度*以單軸各向異性晶體為例，疇轉(zhuǎn)磁化方程為*如果疇1081.6動(dòng)態(tài)磁化1.6.1動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程*靜態(tài)磁化過(guò)程：磁場(chǎng)恒定，樣品從一個(gè)穩(wěn)定磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)。不考慮建立新的平衡過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題，因此稱(chēng)之為靜態(tài)磁化過(guò)程。不可逆磁化導(dǎo)致磁滯現(xiàn)象，每個(gè)磁化狀態(tài)都處于亞穩(wěn)態(tài)，且磁化狀態(tài)不隨時(shí)間改變。*動(dòng)態(tài)磁滯回線：鐵磁體在周期性變化的交變磁場(chǎng)中時(shí)，其磁化強(qiáng)度也周期性地反復(fù)變化，構(gòu)成動(dòng)態(tài)磁滯回線。1.6動(dòng)態(tài)磁化1.6.1動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程*靜態(tài)磁化過(guò)程：109在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的面積比靜態(tài)磁滯回線的面積要大些。原因：回線面積等于磁化一周所損耗的能量。靜態(tài)僅有磁滯損耗；動(dòng)態(tài)磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗。*動(dòng)態(tài)磁化曲線：頻率不變，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，可得一系列動(dòng)態(tài)磁滯回線，它們的頂點(diǎn)(Bm,Hm)連線稱(chēng)為動(dòng)態(tài)磁化曲線。振幅磁導(dǎo)率：如下圖，最大的回線為動(dòng)態(tài)飽和磁滯回線，BS和HS則為飽和狀態(tài)下飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，Br和HC為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力。在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的面積比靜態(tài)磁滯回線的110磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件111動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀與交變磁場(chǎng)的峰值Hm以及頻率有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)交變磁場(chǎng)強(qiáng)度減小或增加交變磁場(chǎng)頻率時(shí)，動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀將逐漸趨近于橢圓。50m厚的鉬－坡莫合金片在三種不同頻率下的動(dòng)態(tài)磁滯回線動(dòng)態(tài)磁滯回線的形狀與交變磁場(chǎng)的峰值Hm以及頻率有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表112*隨頻率的增大，動(dòng)態(tài)磁滯回線逐漸變?yōu)闄E圓形狀。因此對(duì)于通常使用的弱場(chǎng)高頻條件，可用橢圓形狀來(lái)近似地表示鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線。*假設(shè)H是正弦周期性變化，則B也是正弦周期性變化，但在時(shí)間上落后一個(gè)相位差。*隨頻率的增大，動(dòng)態(tài)磁滯回線逐漸變?yōu)闄E圓形狀。因此對(duì)于通常使113磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)論述課件114*磁化的時(shí)間效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾種不同的現(xiàn)象：1)磁滯現(xiàn)象：交變磁場(chǎng)中的磁化