技术磁化与反磁化
磁性物理学(第六章讲稿)
F
3 2
s
i
sin2
E 4
A1
K1
3 2
s
i
Fd ②成分的起伏分布（如杂质、气孔、非磁性相）
壁移时，这些不均匀性引起铁磁体内部能量大小的起伏 变化，从而产生阻力。
二、壁移磁化两种模型
（一）、应力模型（应力理论）
实际材料中，若杂质尺寸很小且Ms低，则杂质对壁移 形成的阻力作用主要为穿孔作用引起的畴壁能变化，故可 略去退磁场作用。
F
x
S
s x
S
S x
由F
FH
F
0得： FH
F
S
S x
FH
x
ln S
即：壁移磁化过程中磁位能的降低等于杂质穿孔导致的畴壁
l 2
0
M
2 s
s
2、90o壁移（采用相同处理）
0Ms H
3 2
s
H 3s x 20 M s x
而M H M s cos 0o M s cos 90o xS M s xS
M H x
M s S
i900
FH 0M s H cos 00 0M s H cos 900 0M s H
F
3 2
s
cos2 900
3 2
s
cos2 0
3 2
s
0MsH
3 2
第二章 磁学性能
电子的自旋运动产生自旋磁矩，电子自旋磁矩大小为
eh s s 2s B 2mc
式中，s为电子自旋磁矩角动量。
电子自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰为一个玻 尔磁子，即 sz=B
式中，符号取决于电子自旋方向，一般取与外磁 场方向z一致的为正，反之为负。
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了 原子固有磁矩，即本征磁矩。理论计算证明，如
反映磁化强度随磁场变化的速率。 量纲为1，其值可正、 可负，它表征物质本身的磁化特性。
将磁矩p放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁场力的 作用而产生转矩，其所受力矩为L=p×B
此转矩力图使磁矩 p处于势能最低的方向。磁矩与外加磁场 的作用能称为静磁能。处于磁场中某方向的磁矩，所具有的 静磁能为 E= -p · B 在讨论材料的磁化过程和微观磁结构时，经常要考虑磁 体中存在的几种物理作用及其所对应的 能量，其中包括静磁 能。单位体积中的静磁能，即静磁能密度EH EH = -M· B = -MHcos 式中，为磁化强度M与磁场强度H的夹角。通常静磁能密度 EH在习惯上简称为静磁能。
抗磁体的磁化率与温度无关或变化极小。
凡是电子壳层被填满了的物质都属于抗磁性物质。 惰性气体，离子型固体（如氯化钠）等； 共价键的碳、硅、锗、硫、磷等通过共有电子而填满了 电子层，故也属于抗磁性物质； 大部分有机物质属于抗磁性物质。 金属中属于抗磁性物质的有铋、铅、铜、银等。
三、顺磁性
• 材料的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
磁滞：从饱和磁化状态A点降低磁 场H时，磁感应强度B将不沿着原 磁化曲线下降而是沿AC缓慢下降。 剩余磁感应强度：当外磁场降为0 时，得到不为零的磁感应强度Br 矫顽力：将B减小到零，必须加的 反向磁场-Hc
磁性物理学第二章 技术磁化理论--磁性材料 6
i j
i j
ij 为相邻两原子的自旋矢量间的夹角
磁性材料
第二章 技术磁化理论
交换作用能的物理意义：
1、原子间的交换相互作用能是铁磁性物质自发磁化的 起源；
2、当铁磁体中自旋不完全平行时，自旋取向的梯度函 数 12、 22、 32不等于零，铁磁体中的交换能密 度是增加的，因此Fex总是正值 ； 3、当不考虑自旋-轨道耦合时，铁磁体中交换相互作用 仅仅只依赖于相邻原子自旋间的夹角，而与自旋取什 么方向无关，所以交换作用能是各向同性的。
磁性材料
第二章 技术磁化理论
四、磁致伸缩
（一）、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 1、定义： 铁磁晶体由于磁化状态的改变，其长度或体积都要
发生微小的变化，这种现象叫磁致伸缩现象 a、磁致伸缩现象的三种表现：
纵向磁致伸缩：沿磁场方向尺寸大小的相对变化 线磁致 伸缩 横向磁致伸缩：垂直于磁场方向尺寸大小的相对变化
磁性材料
第二章 技术磁化理论
一、铁磁体中的各种相互作用能
具有静 目前认为在铁磁体内有五种主要的相互作用（对应 电性质
五种相互作用能）：
的相互
1. 交换能（Fex）：电子自旋间的交换相互作用产生的能量 作用能
2. 磁晶各向异性能（Fk）：铁磁体内晶体场对轨道电子间的
作用、电子的轨道磁矩与自旋磁矩间的耦合效应所产生的能量
程度相差甚大——易磁化方向(最容易磁化的晶轴方向)与难磁化
磁性材料
方向
第二章 技术磁化理论
2、磁化功——铁磁体磁化时所需要的磁化能
从能量的角度而言，由于铁磁晶体的各向异性，则沿铁磁单 晶体不同的晶轴方向上，磁化到饱和时所需要的磁化能量（磁化 能）是不相同的
铁磁体磁化时所需要的磁化能（磁化
什么是技术磁化有哪些特点
什么是技术磁化有哪些特点技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，那么你对技术磁化了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是技术磁化的内容，希望大家喜欢!什么是技术磁化技术磁化(technical magnetization)阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。
技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段\急剧磁化阶段以及缓慢磁化并趋于磁饱和阶段。
磁畴的改变包括磁畴壁的移动(改变磁畴的大小)和磁畴内磁矩的转动(改变磁矩的方向)。
前者称为(磁畴) 壁移过程，后者称为(磁)畴转(动)过程。
这种由外磁场引起的磁畴大小和分布的改变(统称磁畴结构变化)，在宏观上表现为强磁(铁磁和亚铁磁)物质的磁化强度M (或磁通密度B)随外加磁场的变化，称为技术磁化过程。
其中B二内(H+M)，脚为真空磁导率，又称磁常数。
M一H和B一H曲线称为技术磁化曲线技术磁化的特点铁磁物质和其他具有磁畴结构的磁有序物质(统称强磁性物质)在技术磁化过程中表现出以下5个主要特点。
①强磁性物质在未受外磁场H作用时处于未磁化状态，又称退磁状态(图中O点)。
这时的宏观磁化强度M为零。
在受到外磁场作用后，M随H的增加而沿曲线OAB变化。
OAB曲线称起始磁化曲线，通常称磁化曲线。
如果从B点减小磁场到零后又在相反方向增加磁场，则磁化强度沿BCDE变化;再减小磁场到零后又在正方向增加磁场，则磁化强度沿EFGB变化。
整个曲线BCDEFGB称为磁滞回线。
非线性的磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的两个主要特征。
②磁化曲线表现的非线性是由于受外磁场磁化时，壁移过程和畴转过程除可逆过程外，还具有不可逆过程。
一般的强磁性物质从退磁状态受外磁场磁化时，其磁化过程可分为5个阶段:当外磁场很低时，主要为畴壁的可逆移动过程(图中①)，磁化曲线基本上为直线; 再增加外磁场时，磁化曲线呈非线性陡然增大(图中②)，相当于不可逆壁移过程起主要作用，这是由于畴壁能势垒产生的;若再增加外磁场，磁化曲线虽仍表现弱的非线性，但增势减小(图中③)，这是由于不可逆壁移过程减少，而可逆畴转过程起主要作用;外磁场进一步增加，磁化曲线通过拐点(图中④)，这时不可逆畴转过程起主要作用，然后磁化达到饱和状态，这时壁移和畴转过程都相继结束，整个强磁性物质变为合磁矩转到外磁场方向的单磁畴;如果再增大外磁场，这时便只能是原子磁矩克服热扰动作用而趋向外磁场，类似顺磁物质的磁化过程，故称为顺磁过程(图中⑤)。
课件15第六章：技术磁化理论4
Mr
H c d
可逆过程 小巴克豪森跳跃 大巴克豪森跳跃
大块单轴多晶体的磁滞回线
Байду номын сангаас
壁移反磁化过程
二、反磁化核成长引起的磁滞 当样品已磁化到饱和时，反磁化畴依旧可能存在。 在大块材料中，局部的内应力与杂质造成这些局部 小区域内的M与其他区域不一致，从而形成“反磁化 核”，如果加一定强度的反向的磁场，则这些反磁化核 将逐步长大而成为“反磁化畴”，产生畴壁，为反磁化 过程中的壁移创造条件。 通过反磁化核发生与长大来进行壁移的过程有两个阶段： 1) H下，反磁化核发生与长大形成反磁化畴， 2) 长大后的反磁化畴进行可逆与不可逆壁移。
K u1 0 H0 0 135 , 0 M s 单轴晶体： 2 K u1 0 900 、 180 , H 0 0 0 M s 当 0 900， 1800 时，H 0在此二值之间
Ms
0
H
易轴
x
0 180 , K1 0 0 立方晶体 1800 , K 0 0 1
一、不可逆壁移 我们前面在不可逆壁移磁化过程中分别推出了在应 力与杂质作用下的H 0 ，故利用 H c H 0 可得：
s 0 s 0 应力理论：H c H 0 M l ~ M 0 s s 2 2 1 3 k1 3 k1 3 ~ 含杂理论：H c H 0 Ms 6 0 M s d
5 1 Hc H s H0 16 0 M s d
三、不可逆畴转 要提高Hc，最有效的办法是使壁移不发生。要彻底做到 这一点，只有使畴壁不存在，即使之成为单畴。 单畴颗粒工艺对提高材料的Hc 非常重要，这时只有磁矩
磁化的应用及原理
磁化的应用及原理1. 磁化的概念和原理•磁化是指将非磁性物体转变为具有磁性的物体的过程。
•磁性是物质的一种特性，具有吸引和排斥其他磁性物体的能力。
•磁化的原理是通过外加磁场使物质中的磁矩重新排列，从而获得磁性。
2. 磁化的分类根据磁场的强度和方向，磁化可以分为三种类型：2.1 顺磁化顺磁化是指在外加磁场作用下，物质中的磁矩与磁场方向相同，并且磁矩的大小与外加磁场强度成正比。
2.2 反磁化反磁化是指在外加磁场作用下，物质中的磁矩与磁场方向相反，并且磁矩的大小与外加磁场强度成反比。
2.3 饱和磁化饱和磁化是指在外加磁场作用下，物质中的磁矩已经达到最大值，无法再随外加磁场的增加而增大。
3. 磁化的应用磁化广泛应用于多个领域，下面列举了几个常见的应用：3.1 电动机电动机是利用电能和磁力相互作用产生机械能的设备。
在电动机中，通电线圈中的电流会产生磁场，这个磁场与固定磁场相互作用，从而产生力和转矩，推动电机工作。
3.2 磁存储磁存储是一种将信息以磁场的形式存储的技术。
常见的磁存储器有硬盘驱动器（HDD）和磁带。
在磁存储器中，信息的编码通过磁化控制实现。
3.3 磁共振成像磁共振成像（MRI）是一种利用磁化原理进行人体内部组织成像的技术。
在MRI中，通过施加强磁场和调制磁场，使人体内的核自旋发生磁化，再通过探测器检测核自旋的放松和重建过程，得到人体内部组织的影像。
3.4 磁力传感器磁力传感器通过感受磁场的变化来测量和检测物体的运动、位置和方向。
常用的磁力传感器有霍尔传感器和磁电传感器。
3.5 磁性材料磁性材料广泛用于各种应用中，包括磁体、电磁线圈、传感器等。
这些材料具有良好的磁导率和磁饱和特性，能够实现快速、高效的磁化和反磁化。
4. 磁化的未来发展随着科学技术的迅猛发展，磁化技术也在不断创新和改进。
未来磁化技术有望在以下领域得到更广泛的应用：•磁存储容量的提高，实现更大容量和更高速度的数据存储。
•磁共振成像的进一步改进，提高成像分辨率和减少对人体的影响。
磁性材料与器件-第三章-技术磁化
3.1.2 磁晶各向异性能
M
W HdM
0
3.1.2 磁晶各向异性能
沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化 时所增加的自由能不同，称这 种与磁化方向有关的自由能为 磁晶各向异性能。 在易磁化轴方向上，磁晶各向 异性能最小，而在难磁化轴方 向上，磁晶各向异性能最大。 铁磁体从退磁状态磁化到饱和，需要付出的磁化功为：
3.3.1 磁化机制
技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和 畴壁位移实现宏观磁化的过程
磁化本质： 内部的磁畴结 构发生变化
3.3.1 磁化机制
3.3.1 磁化机制
沿外场H方向上的磁化强度MH
Vi为第i个磁畴的体积；i为第i个磁畴的自发磁化 强度与H间的夹角； V0为块体材料的体积。 当H改变H时，MH的改变为
z Is(123)
[001]
[100]：1=1,2=0,3=0
EK[100]=0
[110]： 1 0,2 3 1/ 2 EK[110]=K1/4
y
[110]
1 2 3 1/ 3 [111]：
EK[111]=K1/3+K2/27
x
3.1.2 磁晶各向异性能
3.1.1 磁晶各向异性
同一铁磁物质的单晶体，其磁化曲线随晶轴 方向不同而有所差别，即磁性随晶轴方向而异。 这种现象称为磁晶各向异性。 磁晶各向异性存在于所有铁磁性晶体中。 沿铁磁体不同晶轴方向磁化的难易程度不同，磁 化曲线也不相同。
3.1.1 磁晶各向异性
从能量角度，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，M-H曲 线与M轴之间所包围的面积等于磁化过程做的功
3.1.5 磁晶各向异性起源
磁晶各向异性来源模型
（a）磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱 （ b）磁体垂直磁化时，由于 L-S 耦合作用，电子云 随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作用 强。
7材料的磁化过程
以上计算结果与铁的实验经果符合较好，但在
[100]
H//[111]
[111]
[010]
[110]
低场和趋近饱和时符合较差。
7.3 多晶的磁化过程
1、畴壁位移过程简介 2、畴壁位移的理论
A、内应力理论 B、参杂理论
1、畴壁位移过程简介
一般铁磁体在弱场范围内的磁化过程主要是畴壁的位移过程。 即接近于外磁场方向的磁畴长大，远离外磁场方向的磁畴缩小。 理想完美的铁磁晶体，它内部的磁畴结构只由其外形的退磁场作 用所决定，在外磁场作用下，只要其内部有效磁场不为零，磁畴 壁将被驱动，直到畴结构改组到有效场等于零时才稳定下来，因 此这种理想晶体的起始磁化率应为无限大。
,
2 2
2 3Biblioteka 1 21 12同样地，令j=cos，求自由能极小，得到
HIs
K1 3
j
7
j2
3
2
4 j2
1
1 2
1
j2
1 2
K2 18
j
116
j2
23
j4
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j2
1 2
1 9 j2 10 j4
1 2
当j=1时，
H s[111]
4K1 3I s
4K2 9Is
饱和磁场。
如图所示，对于1800畴壁位移，在位移方向铁磁晶体内自由能F(x)的变化 曲线。未加磁场时畴壁的平衡位置在F(x)最小值的位置，如图b中的a点。在a 点，
F 0 x a
2F x 2
a
0
当外加磁场时，畴壁向右移动。设位
移dx，外磁场所做的功等于自由能F(x)的
增加量。
F
2HIsdx x dx
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M M svi c个磁畴的磁化矢量与磁场方向的夹角
忽略畴璧磁矩，求和在单位体积内进行
改变磁场时，磁化强度的变化 M
M [M s cosivi M svi(cosi ) vi cosiM s ]
i
磁畴体积的变 化：畴壁位移
M
2 s
s 0
~
M
2 s
d
1
3
~
M
2 s
K1
~
M
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s 0
i
Hc
s
Ms
2
3
i Hc Msd
i Hc
2K1
0 M s
HK
i
Hc
s 0M s
应力 含杂
磁晶各向异性 应力
内秉磁性： 只与晶体结构和化学成分有关，与微结构（晶粒大小、取向、杂质、缺陷、 应力）等无关
Vm Bm Hm Vg Bg H g Vg 0H g 2
Vm (BH )max Vg 0 H g 2
Vm
Vg 0 H g 2
(BH )max
永磁磁路设计的主要任务是把
外部磁场能集中到所需要的空
间，同时使磁体处于最大磁能
积状态，从而把磁体体积减小
到最小。
畴壁位移 磁畴转动
~
初始磁导率
i
最大磁导率
max
磁致伸缩系数
最大磁能积
100 111
(BH )max
技术磁性： 不仅与晶体结构和化学成分有关，也与微结构（晶粒大小、取向、杂质、 缺陷、应力）等有关。
内秉磁性
表观（技术）磁性
交换常数A居里温度Tc
自发磁化强度
M s 饱和磁化强度
Ms
剩余磁化强度
Mr
剩余磁感应强度 Br
表观磁感应强度 Bb
磁晶各向异性常数
FK 矫顽力
i Hc
磁晶各向异性场
HA
B Hc
磁矩转动
顺磁磁化
技术磁化
磁中性
畴壁位移 磁畴转动 H
存在可逆和不 可逆过程
不存在不可逆 过程
可逆转动 H
不可逆转动
剩磁 矫顽力 磁能积
Mr iHc (BH )max
Hm Lm H g Lg NI 0
Hm Lm H g Lg
BmSm Bg Sg
Hm Lm BmSm H g Lg Bg Sg