磁性材料期末复习

第一页共十二页一、名词解释磁矩：反映磁偶极子的磁性大小及方向的物理量，定义为磁偶极子等效的平面回路内的电流和回路面积的乘积μ=i.s磁化强度:定义为单位体积内磁偶极子具有的磁矩矢量和，是描述宏观磁体磁性强弱的物理量磁场强度：单位正电荷在磁场中受到的力，用H表示磁极化强度：单位体积内磁偶极矩的矢量和磁感应强度:用来描述磁场强弱和方向的物理量，大小等于垂直于磁场方向长度为1m，电流为1A的导线所受力的大小；可逆磁化：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低和铁磁体内能的增加相等不可逆磁化：每个磁化状态都处于亚稳态且磁化状态不随时间改变涡流损耗：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感生的电流导致的能量损耗磁滞损耗：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗交换作用：铁磁性物质中近邻原子之间通过电子间的静电交换作用实现的作用方式超交换作用：反磁性物质中的磁性离子以隔在中间的非磁性离子为媒介实现的交换作用磁化曲线：表征磁感应强度B，磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系的曲线磁滞回线：在外加磁场H从正的最大到负的最大，再回到正的最大这个过程中，M-H或B-H形成了一条闭合曲线，称为磁滞回线磁化率：置于外磁场中的磁体，其磁化率为磁化强度M与外磁场强度H的比值，是表征磁体磁性强弱的一个参量磁导率：磁导率是表征磁体的磁性，导磁率及磁化难易程度的磁学量，是磁感应强度B与外磁场强度H的比值起始磁导率：磁中性化的磁性材料，当磁场强度趋近于零时磁导率的极限值最大磁导率：对应基本磁化曲线上各点磁导率的最大值退磁场：当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在他两端的自由磁极所产生的一个与磁化强度方向相反的磁场称为退磁场退磁场Hd的强度与磁体的强度及形状有关，Hd=-NM退磁因子：仅与材料形状有关的影响材料退磁场强度的参数铁磁性：是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。反铁磁性：在原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态（称为序磁性），但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。磁谱：指铁磁体在交变磁场中的复数磁导率的实部μ’和虚部μ“随频率变化的关系曲线自发磁化：磁有序物质在无外加磁场的情况下，由于近邻原子间电子的交换作用或其他相互作用，使物质中各原子的磁矩在一定空间范围内呈现有序排列而达到的磁化，称为自发磁化第二页共十二页磁各向异性：单晶体的磁化曲线形状与单晶体的晶轴方向有关，即磁性随晶轴方向呈现各向异性磁畴:为降低表面退磁场能，改变自发磁化的分布状态而在铁磁体内产生许多自发磁化区域，这样的每一个磁化区域称为磁畴单畴：具有强磁化强度的颗粒其自发磁化强度能随着体积增大而迅速增大。而在某些非常小的颗粒中，这些电子自旋最终会定向排列，自发磁化强度取在一个磁化方向上，使得这种颗粒被均匀磁化，并被称为单畴动态磁滞回线：铁磁材料的动态磁化特性曲线是指其在交变磁场磁化下，所得到的磁感应强度B和磁化强度H之间的关系曲线。磁致伸缩：磁性材料由于磁化状态的改变导致其长度和体积都发生微小形变的现象布洛赫畴壁：磁化矢量从一个畴内的方向过渡到相邻磁畴内的方向时磁化方向始终保持平行于磁畴平面，且畴壁面上无自由磁极出现，这种畴壁平面称为布洛赫畴壁奈尔壁：磁化矢量从一个畴内的方向过渡到相邻磁畴内的方向时磁化方向始终保在磁畴平面内，且畴壁面上无自由磁极出现，这种畴壁平面称为奈尔壁软磁材料:矫顽力很低且容易受外加磁场磁化又容易退磁的磁性材料特点（1）高的初始磁导率μi和最大磁导率μmax（2）低的矫顽力Hc（3）高饱和磁化强度Ms和低的剩余磁感应强度Br（4）低铁损，高电阻率以及低磁致伸缩系数硬磁材料：外加磁场后除去外磁场仍能保留较强磁性的一类磁性物质特点（1）高的剩余磁化强度Br（2）高矫顽力Hc（3）具有较高的最大磁能积（BH）max（4）良好的稳定性居里温度：磁矩的有序排列由于热扰动被完全破坏时的温度复数磁导率：交变磁场中的为了描述磁感应强度B和磁场强度H间振幅和相位关系而引入的磁导率截止频率：复数磁导率的实部下降到初始值的一半或者虚部达到极大值所对应的频率品质因数：反映软磁材料在交变磁化时能量的储存与消耗的性能的参数，是软磁材料复数磁导率实部与虚部之比。顺磁性：物质在受到外磁场作用后，感生出与外磁场同向的磁化强度的现象超顺磁性：超顺磁性是指当某些具有磁性的颗粒小于某个尺吋时，外场产生的磁取向力太小而无法抵抗热骚动的干扰，而导致其磁化性质与顺磁体相似的现象。垂直磁记录：记录介质中的剩磁方向平行于介质平面，通常采用垂直磁头与具有垂直磁各向异性的记录介质相组合的形式水平磁记录：记录介质中的剩磁方向平行于介质平面，通常采用环形磁头与具有纵向磁各向异性的记录介质相组合的的形式磁性流体：是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液以及表面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶第三页共十二页状液体。同时具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性。磁电阻效应：在外磁场作用下磁性材料的电阻发生变化的现象磁热效应：磁性粒子系统在外磁场的施加和去除过程中所呈现的热现象二、简答题1.内禀矫顽力和磁感矫顽力有什么区别和联系？答：使磁体的剩余磁化强度Mr降为零所需施加的反向磁场强度，称为内禀矫顽力。磁体在反向充磁时，使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称为磁感矫顽力。2.退磁场是怎么产生的？能克服吗？对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正？答：当样品被外加磁场磁化时，其两端的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场，即退磁场，退磁场仅与材料的形状及大小有关，但尺寸限制使得退磁场无法避免。由于受到退磁场的的影响有效磁场Heff比外加磁场Hex要小，即Heff=Hex-MN3.物质的磁性分为几类？各有什么特点？答：抗磁性，铁磁性，反铁磁性，顺磁性，超顺磁性，亚铁磁性抗磁性：在外磁场作用下，原子系统获得与外磁场方向反向磁矩的现象铁磁性:是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。反铁磁性：在原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态（称为序磁性），但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。顺磁性：某些物质在受外磁场作用后，感生出与外磁场同向的磁化强度，其磁化率大于零但数值很小，这种磁性称为顺磁性亚铁磁性：亚铁磁性宏观与铁磁性基本相同，只是磁化率相比更低，只有1-1000数量级超顺磁性：4.磁性材料可以分为几类？它们各有什么特点？答：软磁材料:矫顽力很低且容易受外加磁场磁化又容易退磁的磁性材料特点（1）高的初始磁导率μi和最大磁导率μmax（2）低的矫顽力Hc（3）高饱和磁化强度Ms和低的剩余磁感应强度Br（4）低铁损，高电阻率以及低磁致伸缩系数硬磁材料：外加磁场后除去外磁场仍能保留较强磁性的一类磁性物质特点（1）高的剩余磁化强度Br（2）高矫顽力Hc（3）具有较高的最大磁能积（BH）max（4）良好的稳定性信磁材料：在信息技术中获得应用的磁性材料，具有将磁信号转化为其他信号的能力特磁材料：具有多种特殊磁性功能和各种特别应用的磁性功能材料第四页共十二页第2章1.铁磁性物质是怎样实现自发磁化的？为什么通常未经磁化的铁都不具有磁性？答：铁磁性是一种强磁性，这种强磁性的起源是材料中的平行排列，而平行排列导致自发磁化；未经磁化的铁由于原子磁矩受到热运动无序效应的影响而无法平行排列，因而不具有磁性2.试阐述物质反铁磁性，铁磁性和亚铁磁性之间的区别与联系。答：铁磁性物质有固有磁矩，是直接相互作用，反铁磁性物质有磁矩但无固有磁矩，是直接相互作用，亚铁磁性物质有磁矩，无固有磁矩，是交换相互作用3.交换作用模型与超交互作用模型的内容分别是什么？答：交换作用模型认为，磁性体内原子之间存在交换相互作用，并且这种交换作用只发生在近邻原子之间。超交换作用模型认为反铁磁性物质内的磁性离子之间的交换作用是通过个在中间的非磁性离子为媒介实现的第3章1.什么是磁晶各向异性和磁致伸缩？答：磁各向异性是指单晶体的磁化曲线形状与单晶体的晶轴方向有关，即磁性随晶轴方向呈现各向异性；磁致伸缩是指磁性材料由于磁化状态的改变导致其长度和体积都发生微小形变的现象2.材料的磁化机制有哪几种？各有什么特点？答：①磁畴壁的位移磁化过程②磁畴转动磁化过程③顺磁磁化过程畴壁位移磁化过程中，磁畴体积发生相对变化，相当于磁畴间的畴壁位移发生变化；在磁畴转动磁化过程中，磁畴的自发磁化强度Ms与外磁场强度H间的夹角发生变化，Ms与磁畴体积均未发生变化；顺磁磁化过程中，磁畴体积及Ms与H之间的夹角均未发生变化，而是自发磁化强度Ms的大小发生了变化从而导致了磁化。4.磁损耗通常包括哪几类？各有那些影响因素？答：磁滞损耗包括①涡流损耗②磁滞损耗③剩余损耗涡流损耗的影响因素：交变磁场的工作频率，材料的厚度，电阻率磁滞损耗的影响因素：材料的矫顽力剩余损耗的影响因素：起始磁导率及扩散离子浓度5.顺磁性和超顺磁性都表现为宏观上的磁无序，试论述其差异点。答：顺磁性的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩，但这些磁矩之间没有强的相互作用，会受到热扰动的影响，而对于超顺磁性，对于每一个颗粒而言，磁性原子或离子之间的交换作用很强，磁矩之间平行排列，而由于颗粒与颗粒之间的差异，是的磁矩的取向不同，从而宏观无序第4章1.对于软磁材料的基本性能的要求有哪些？第五页共十二页答：高的初始磁导率和最大磁导率，低矫顽力，高饱和磁感应强度，低功率损耗，高稳定性，低剩余磁感应强度，低铁损，高电阻率，低磁致伸缩系数2.提高软磁材料初始磁导率的途径有哪些？答：提高饱和磁化强度降低磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数控制晶粒尺寸的大小改善材料的显微结构（材料的织构化）降低内应力3.软磁材料可以分为哪几大类？他们在性能和应用场合上有哪些差别？答：软磁材料分为金属软磁材料，铁氧体软磁材料，纳米晶软磁材料金属软材材料具有高的饱和磁化强度铁氧体软磁材料具有亚铁磁性，其饱和磁化强度比金属软磁材料低，但电阻率较高s,因而具有良好的高频特性，具有高初始磁导率，高品质因数，高稳定性和高截止频率纳米晶软磁合金兼具了铁基非晶合金的高磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率，低损耗，低成本，同时由于非晶态软磁材料不具有晶粒结构，因而磁导率高，矫顽力较小，具有优良的综合软磁性能4.常用的金属软磁材料有哪些？他们各有哪些特点，分别有哪些应用？答：电工纯铁：磁性能受含碳量影响，且存在时效效应，涡流损耗较大，只能应用于直流磁场中，主要用于制造电磁铁的铁芯和磁极，继电器的磁路和各种零件等硅钢：由于在电工纯铁中掺杂了硅形成固溶体，使得合金电阻率提高，降低了材料的涡流损耗并且随着硅含量的增加，磁滞损耗降低，在弱磁场和中等磁场强度的磁场下，磁导率增加，是交流电器用的比较理想的材料坡莫合金：坡莫合金具有很高的磁导率，成分范围宽，且磁性能可以通过改变成分和热处理工艺进行调节，因此可以用在弱磁场下具有很高磁导率的铁芯材料和磁屏蔽材料，也可用在要求低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器材料，还可用作各种矩磁合金，热磁合金和磁致伸缩合金铁铝合金：与其他金属材料相比具有较高的强度、硬度和耐磨性；合金密度低，可以减轻磁性元件的铁芯重量；且对应力不敏感，适用于在冲击、震动等环境下工作，此外，铁铝合金还具有良好的温度稳定性和抗核辐射性能等优点铁硅铝合金（仙台斯特合金）该合金的磁致伸缩系数和磁给向异性常数几乎同时趋近于零，同时具有高磁导率和低矫顽力，且电阻率高耐磨性好，可作为理想的磁头磁芯材料铁钴合金（坡莫合金）具有高饱和磁化强度，高的初始磁导率和最大磁导率，但加工性能较差，通常用作直流电磁铁铁芯