2013.3.磁性材料

(1)铁磁性物质
具有极高的磁化率，磁化易达
到饱和的物质。在外部磁场作用下 磁 场
获得磁性后，外部磁场消失后依然
保持其磁性。 如Fe，Co， Ni，稀土等金属及 其合金称为铁磁性物质。
铁磁性 m= 10-2 ~105 磁矩的排列与磁性的关系
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1.4 磁性的分类
铁磁性的物理本质
铁磁物在无外磁场的存在时，元磁体也会定向排列， 呈现饱和磁化状态，叫做“自发磁化”。 并不是整体的饱和磁化，而是分成很多的小区域（磁 畴），在每个小区域内是饱和磁化的，各个区域是 杂乱取向的。
1.4 磁性的分类 (3)反铁磁性物质
——相邻原子的磁矩反
向平行，而且彼此的强
磁 场
度相等，两个方向的磁
矩互相抵消，总磁矩近
反铁磁性 m= 10-5 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
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为零，属于弱磁性。
1.4 磁性的分类
(3)反铁磁性物质
特点：磁化率在临界温度时出现极大值。 （奈尔温度） 温度高于奈尔温度时，呈顺磁性。 主要有：一部分金属Mn、Cr；部分铁氧体
(2)亚铁磁性物质 磁化率m 在10-2 ～106之间 亚铁磁性弱于铁磁性。它们相邻 磁 场 原子的磁矩反向平行，但彼此的 强度不相等，具有高磁化率和居 里温度。 如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，复杂的 金属化合物，比铁磁体更常见。
亚铁磁性 m= 10-2 ~106
磁矩的排列与磁性的关系
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铁钴合金
主要指含Co量为50%的铁钴合金。 纯铁中加入Co后，Bs明显提高，高的磁导率。 合金中存在（C、H、N等）会使材料变脆， 加入少量的V和Cr可改变其加工性能。
实际应用的铁钴合金主要有Fe49Co49V2和
（Fe50Co50)98.7V1.3
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2.2.2各种软磁材料的特点
在较弱的磁场下易于磁化，也易
于退磁的材料称为软磁材料。
磁导率大：在较弱的外磁场下能
获得高磁感应强度，并随H的增强很 快达到饱和。 矫顽力小：当外磁场去除时，其 磁性基本消失。 软磁材料磁滞回线
磁滞回线呈细长条形。
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2.2.2各种软磁材料的特点
常用的软磁材料有：电工纯铁、硅钢片、铁铝合 金、镍铁合金、铁氧体软磁材料等。 用途： 软磁材料在电子工业中主要是用来导磁。可 用作变压器、线圈、继电器等电子元件的导磁体 。
图 磁性物质的磁滞曲线
B Br Hc O
Bs
H
和磁感应强度）。
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1.3 磁学的基本参量 （4）居里温度
对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温 度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临 界温度Tc——居里温度。 高于居里温度，原子的剧烈热运动，原子磁
矩的排列是混乱无序的。
低于居里温度，原子磁矩排列整齐，物体成
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1.2磁性的来源
（1）早期观点 a.安培分子电流
在磁介质中分子、原子存在分子电流，
使每个物质微粒都成为微小的磁体；
在没有被磁化时，分子电流杂乱无章
排列，不显磁性；加入磁场，分子电流
沿磁场方向规则排列，显磁性
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1.2磁性的来源
（1）早期观点 b.磁荷：磁偶极子（电子及原子核）
介质没有被磁化，磁偶极子的取
磁 场
当受到外加磁场作用时，
电子轨道运动会发生变化 ，而且在与外加磁场的相 反方向产生很小的合磁矩 ，即M和H方向相反。
反磁性 m= -10-5 ~-10-6 磁矩的排列与磁性的关系
（磁化强度与磁场H方向相反）
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1.4 磁性的分类
(5) 反磁性物质
主要有：惰性气体；不含过渡元素的离子 晶体（NaCl等）；不含过渡族元素的共价
ZnFe2O4；某些化合物FeF2，NiO，MnO等
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1.4 磁性的分类
(4)顺磁性物质
磁化率m=10-5 ～10-3
特征：一种弱磁性，是原子或 分子中含有没有完全抵消的电 子磁矩。当H=0时，磁矩没有 特定的取向; 加大磁场，M和H 方向才会相同。
顺磁性 m=10-5 ~10-3 磁 场
磁矩的排列与磁性的关系 （磁化强度与磁场H方向相同） 25
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1.3 磁学的基本参量
(1)磁化强度（M，A/m或Gs）：物质单位体积中所有
分子（或原子）的磁矩之矢量和。（衡量物质有无磁性或 磁性大小）。
磁场强度（H，A/m或Gs）：外界磁场的大小 宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成。
当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显示的磁 性最强。 当原子磁矩不规则排列时，宏观磁体对外不显示磁性。
钢片。 • 但 Si 加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里 温度，含 Si 量的增大会使材料变脆，减低机械性 能和加工性能。
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2.2.2各种软磁材料的特点
硅钢片（硅铁合金）
应用：各种形式的发电机、电动机和变压器中， 在继电器和测量仪表中也大量使用。 应用最广，用量最大的磁性材料。
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2.2.2各种软磁材料的特点
化合物（CO2）和所有的有机化合物；某些
金属（如Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Hg、Pb等
）和非金属（Si、P、S等）。
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2.磁性材料分类及特点 磁功能材料是指利用材料的磁性能和磁 效应实现对能量及信息转换、存储或改变能 量状态等功能作用的材料。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、 自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航
的，材料中有较多的杂质，磁性能也较差，材料在 使用一段时间以后，磁性能就恶化了。 在以后的发展过程中，纯铁中的杂质含量得到了 有效的控制，因而磁性能都得到很大的改善。
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2.2.2各种软磁性材料的特点
电工用纯铁
具有高Bs、高μ 、较小Hc、良
好的冷加工性能，易焊接并有
一定的耐腐蚀性且成本低廉等
、逆磁性
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1.4 磁性的分类
磁 场
铁磁性 m= 102 ~106
磁 场
亚铁磁性 m= 10-2 ~106
磁 场
反铁磁性 m= 10-5 ~10-3
磁 场
顺磁性 m=10-5 ~10-3
磁 场
反磁性 m= -10-5 ~-10-6
磁矩的排列与 磁性的关系
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1.4 磁性的分类
1.3磁性的分类
<0，M 与 H 反向，是抗磁性物质；
>0 为顺磁性物质。
B = o(H+M) o -- 真空磁导率(真空导磁能力) = B / oH
-- 磁导率
代表了磁性材料被磁化的容易程度（材料对外
部磁场的灵敏程度）。
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1.3 磁学的基本参量
(3)磁滞回线
磁感应强度 B( 或 M) 随外磁
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2.2.2各种软磁性材料的特点
电工用纯铁
电工用纯铁是一种含碳量低，wFe>99.95％的软钢。 它在转炉中进行冶炼时，用氧化渣除去碳、硅、
锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，出钢时在钢
包中加入脱氧剂而得。
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2.2.2各种软磁性材料的特点
电工用纯铁
使用背景：
1886年，世界上第一台变压器就是用铁片做成
1.4 磁性的分类 顺磁性物质包括：
大多数气体、某些过渡族元素的金属和合 金以及含有过渡元素的化合物（如La，Pr， MnAl，FeSO4·7H2O， Gd2O3 „）；除Be以外的
碱金属和碱土金属以及居里温度以上的铁磁性
金属Fe, Co, Ni等。
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1.4 磁性的分类
(5) 反（抗）磁性物质 磁化率m<0；
(5)磁致伸缩 磁弹性能—通常称因磁致伸缩现象而产生的形变 能为磁弹性能。 通常温度升高，磁致伸缩的绝对值减小，并在居
里点处变为零。
磁致伸缩会激励磁棒产生机械振动，可应用在电
声技术领域。
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1.4 磁性的分类 根据磁化率m的大小及其变化规律，可 以把各种物质的磁性分为5类：
铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性和顺磁性
向无规，不显磁性；
处于磁场中， 产生磁偶力矩，沿
着磁场的方向排列，显示磁性
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1.2磁性的来源
(2)现代观点：物质的磁性来源于组成物质中原子的磁性
a. 带电的粒子漂移或运动产生磁场
b. 电子的自旋
c.电子的轨道运动：核外电子的运动相当于一个闭 合电流，具有一定的轨道磁矩 d. 原子核的磁矩
材料的磁性主要来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩。原子核 的磁矩小，通常可略
主要成分：铁、镍、钼、铬、铜等元素
高的磁导率、低的饱和磁感应强度、低矫顽
力、低损耗，易加工。
广泛应用在电讯工业、仪表、电子计算机、
控制系统等领域中。
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2.2.2各种软磁材料的特点
铁铝合金
居里温度随含铝量的增大而下降； 当含铝量大于18(重量)%时，合金的居里温 度已低于室温。 因而作为实用的软磁合金，铁铝合金的含铝 量需小于18%。
材料在未加外磁场时不显磁性，加磁场后只改变磁畴
的大小和取向。
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1.4 磁性的分类
铁磁性的特点 铁磁材料只有在铁磁居里温度以下，才具有铁磁性， 高于居里温度，会转变为顺磁性。 因为温度升高促使原子磁矩定向排列的相互作用力
受晶体热运动的干扰，使其内部原子磁矩定向排
列破坏，铁磁性消失。
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1.4 磁性的分类
优点，广泛用于直流应用中．
主要用于制造电磁铁的铁心和
磁极 , 继电器的磁路和各种零
件,电话中的振动膜等.
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2.2.2各种软磁材料的特点
硅钢片（硅铁合金）
在电工用纯铁中加入0.4～4.5％的硅，形成固溶体， 可以提高材料电阻率，最大磁导率，降低矫顽力