15第六章：技术磁化理论4讲解
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。
第六章-磁介质概要
没有外磁场时 Ze2
4 0 r 2
m02r
(1) B
Ze2
40r 2
erB
m 2r
将 0 带入可得
Ze2
4 0 r 2
e0rB
erB
m02r 2m0r m()2 r
eB 或 e B
2m
2m
(2) B 此时 0 仍有 e B
2m
m0
er 2 2
0
m er2 e2r2 B
1.软磁材料 磁滞回 线狭长，磁滞损耗小，适用于交变磁场中。具有高的 磁导率和高的电阻率。
2.硬磁材料（永磁体）
永磁体(permanent magnet)是在外加的磁化场去掉后仍保留一定的
（最好是较强的）剩余磁化强度M（R 或剩余磁感应强度BR）的物体。 永磁体的作用是在它的缺口中产生一个恒定的磁场。做永磁铁的材
6.3.2 顺磁质和抗磁质
绕原子核轨道旋转运动的电子 相当于一个电流环，从而有一 定的磁矩称为轨道磁矩；
与电子自旋运动相联系的磁矩 叫做自旋磁矩；
由于电子带负电，其磁矩m和角速
度 的方向总是相反的。
I e e T 2
环形电流面积S r2
磁矩m
ISen
er 2 2
磁介质的分子可以分为两大类：一类分子中各电子 磁矩不完全抵消，因而整个分子具有一定的固有磁 矩；另一类分子中各电子的磁矩相互抵消，因而整 个分子不具有固有磁矩。
(L)
( L内)
在真空中M
0，H
B
0Leabharlann 或B=0 HH的单位：A/m或奥斯特(Oe),1A / m 4 103Oe
磁感应强度B所满足的“高斯定理”： B dS 0无论
(S)
4第三章：自发磁化理论讲解
3-2 外斯分子场理论
一、两个假设 1. 磁畴假设 2. 分子场假设
估算分子场的强度：铁的原子磁矩为 2.2B=2.2×1.17×10-29，居里温度为103度，而热运 动能kT=1.38×10-23×103。假定这个作用等同一个磁 场的作用，设为Hmf，那么
2.2 B×Hmf kT
Hm109Am-1(107Oe)
磁性物理学 第三章：自发磁化理论
2024年7月15日
本章学习要点
1. 掌握铁磁性物质的基本特征; 2. 掌握分子场理论，定域分子场理
论的内容及其应用； 3. 了解交换作用的机制，了解描述
自发磁化的其他理论模型； 4. 掌握铁磁体的自发磁化强度的温
度特性。
3-1 铁磁性物质的基本特征
一、磁有序概念
B 1000 T
二、朗之万顺磁性理论和布里渊修正 1、顺磁性居里定律
顺磁性物质的原子或离子具有一定的磁矩，这些原子磁
矩耒源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁 性物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明 显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原 子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁 场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率，其数量级为 105102。
a
2J
)
N0 gJ B BJ (a )
BJ(a)称为布里渊函数。
4、讨论
1. 弱场，高温条件下： a= 0 ZH/kT«1, BJ(a )可展开为
取上式第一项
M
N
0
gJ
B
J 3J
1a
N0
g
2 J (J
3kT
1)B2
H
0 Ng 2 J (J
磁化方法专题教育课件
&4.2.1 周向磁化
四、支杆法 prods
磁场方向 field direction: 两电极周围近似周向； similar circular field around the two prods 最大：两极周围；max: around the two prods
&4.2.1 周向磁化
四、支杆法 prods
♣ 磁化规范轻易计算
♣ 无退磁场
♣ 可进行大面积磁化
♣ 工艺简朴，效率高
♣ 较高敏捷度
应用 applications:
实心或空心件
solid or hollow parts
局 限
♣ 易产生电弧烧伤工件 ♣ 不能检测空心工件内表面 ♣ 夹持细长工件时，易使工件变形
&4.2.1 周向磁化
二、中心导体法/穿棒法 central conductor/threading bar
电
永
磁
久
线
轭
磁
圈
铁
&4.2.2 纵向磁化
&4.2.2 纵向磁化
一、固定式电磁轭 stationary electromagnet
&4.2.2 纵向磁化
一、固定式电磁轭 stationary electromagnet
优 ♣ 磁感应强度大 点 ♣ 整体磁化
局 限
♣ 工件不可太长
注意 caution:
工件形状
• 简朴：单一磁化 • 复杂：多种磁化
工件表面状态
• 粗糙：通电 • 光滑：感应
工件数量
• 多：多向或自动 • 少：分二次磁化
不连续性可能取向
• 纵向：周向 • 周向：纵向
一、退磁旳产生与影响
磁性物理学第六章 技术磁化理论
1800壁位移磁化过程如图：
F H i 0M sHco 0 s0M sH 低 F Hk 0M sHco 1s8 00 0M sH高
说明H作用下，壁移磁化的物理本质是畴壁内每个磁矩 向着H方向逐步地转动
1、壁移磁化的动力 设单位面积的1800壁，
( 5 )顺磁磁化区：外场对自发磁化的微弱增强。
不可逆磁化的特征：巴克毫生跳跃
1919年巴克豪森发现铁磁材料的磁化过程，是分成许多 小的不连续步骤进行。此现象称为巴克豪森效应。
坡莫合金丝，C2处成 核，畴壁位移。
反磁化过程：
饱和磁感应强度 剩余磁感应强度 退磁曲线
矫顽力
最大磁导率
m
1
0
B H
特点可以分成 5个 区域：
( 1 )起始或可逆磁化区：线性关系
( 2 )瑞利( Rayleigh )区：偏离线性
( 3 )最大磁化率区： M 急剧地增加，达到其最大值m，剧烈不
可逆（巴克豪生跳跃），从（2）开始都是不可逆的。
( 4 )趋近饱和区： M缓慢地升高，最后趋近一水平线(技术饱和)。 多晶铁磁体，趋近饱和定律。
右图表示一个K1>0的立方晶系材 料的单晶磁化过程，易轴是[100]， 磁畴有180和90两类。当磁场加在 [100]方向，畴壁位移结束时，Ms在 [100]方向；当磁场加在[110]方向， 畴壁位移结束时，磁畴仍然存在着两 类磁畴，一类 Ms 在[100]方向，另一 类 Ms 在[010]方向。进一步磁化才发 生磁畴内磁化强度的转动过程。一般 金属与合金磁性材料在低场下是畴壁 移动过程为主，高场下才发生磁化矢 量的转动过程。氧化物磁性材料则不 同，由于畴壁移动的阻力比较大，在 较低磁场范围就会发生磁化矢量转动 过程。
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
C
C’
O
H
磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原 来的易磁化轴方向，而是只回到各自 最靠近外磁场方向上的那些易磁化轴
方向，所以磁矩均匀分布在半球内
则在原来磁场方向上保留的剩
磁大小可近似为MR＝MScos， 其中为外磁场与每个晶粒的
易磁化轴间的夹角
三、矫顽力HC
1、两种矫顽力的定义：
➢磁感矫顽力BHC：在B－H磁滞回线上，使 B＝0的磁场强度;
域中的可逆磁化部分
剩余磁化强度MR的大小，决 定于材料从饱和磁化降到H＝
0的反磁化过程中磁畴结构的 变化；它是反磁化过程中不可 逆磁化的标志，也是决定磁滞 回线形状大小的一个重要物理
量
以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M
说明剩余磁化的磁畴结构变化示意图 在多晶体中，假设晶粒的单易磁化轴
A B
D
是均匀分布的，当多晶体在某个方向 磁化饱和后，再将外磁场降为零，由 于不可逆磁化的存在，各个晶粒内的
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
铁磁性物质的基本特征：
（1）、铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 （2）、铁磁性物质的磁化率很大 （3）、铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度之间不是单 值函数关系，显示磁滞现象，具有剩余磁化强度，其磁化率都 是磁场强度的函数
（iii）、磁畴磁矩的转动磁化阶段（较强磁场范围内）
此时样品内畴壁位移已基本完毕，要使M增加，只有靠磁畴
磁矩的转动来实现。一般情况下，可逆与不可逆磁畴转动同时发生 于这个阶段
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设反磁化核形状为细长的旋转椭球（长半径l， 短半径d）则椭球的体积为： 4考虑：设反磁化核原来的磁 矩与材料主体一致，此时Fd =0；设想反磁化核的形成 是由于磁矩转了1800（即由材料主体方向反磁化核 y 的方向）。这一转动所做的功即等于Ed。 Ms 如图，x、y轴上的磁场分别为： α H N M N M cos
1)、M从正向值变到反向值经过M=0时的磁场强度—内禀矫 顽力MHc，即是发生大巴克豪森跳跃的临界点（b点）。 2)、大块材料的Hc是各晶粒的Hc的平均效果。所以实际上 Hc要略大于H 0，一般：
Hc 1.3H0
3)、软磁材料，要求Hc小； 永磁材料，要求Hc大。 M a b
mHc
Mr
Hc
H0
H N M sin y s y
x
x
s
x
s
x
0 H x M s sin H y M s cos Ed V Ld
0 2 s
NxMs：周围环境作用于反磁化核的Hd NxMscosα 、NyMscosα ：反磁化核自身的退磁场能量。 所以 反磁化核内Ms所受转矩L为： L 0 H x M y H y M x
1、发动场理论（德棱W.Doring,1938年—反核长大问题） 反磁化核长大的条件，从能量上看，就是随着反磁 化核的长大，其能量必须降低。 而由于反磁化核的长大（体积增大dV），必然引起：
a. 畴壁面积增大dS， Δγ=γωdS b. 反磁化核形状变化，退磁场能量变化dEd c. 反抗壁移的最大阻力做功：2μ0MsHodV d. 静磁能降低：2μ0MsHdV 所以反磁化核的长大条件为：
b)、沿短轴d长大 u V 20 M s H 0 d d 3 1 d dd 2 16 0 M s H H 0 1－2 M s H H 0 ln 2k 1.25 k
由d l d s d s可求出反磁化核能同时 沿长短轴长大的临界尺 寸d s k s2 H H 0 5M s ln 2k s 1.4 k s ls d s
5 3 (8 0 M s ) ln 2k s 1.4 k s 通常很大 5 ds 6 H H0 ln 2k s 1.5 16 0 M s H H 0
2 μ0 M s HdV 2 μ0 M s H0dV dS dEd
即反磁化核自身能量的变化必须克服外界的最大阻 力时才能持续长大。
u 2 μ0 M s HdV dS dEd 2 μ0 M s H 0 dV 或u 2 μ0 M s HV S Ed 2 μ0 M s H 0V
4 1 2 2 2 4 u 2 0 M s H ld ld 2 0 2 ln 2k 1M s ld 2 3 R 3 4 2 0 M s H 0 ld 2 3 反磁化和长大有两种方 式： a )、沿长轴l方向长大 由 u V 20 M s H l l 3 1 d dl 2 8 0 M s H H 0 1 M s H H 0 ln 2k 2 k
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
0 N x M s2 sin 0 N x N y M s2 sin cos
0 M V N x N x cos N y cos sin d
0 2 s
1 l 2 2 0 N x M V 2 0 2 ln 2k 1M s V (k ) k d 由反磁化核长大的条件 ： u 2μ 0 M s HV S Ed 2μ 0 M s H 0V得：
磁性物理学
第六章：技术磁化理论
6-7 反磁化过程、磁滞与矫顽力
M 反磁化过程：铁磁体从一个方向上 的技术饱和磁化状态变为反向的技 术饱和磁化状态的过程。 磁滞：M随H变化中出现滞后的现 象。 Mr
MHC
A
C O D H
B 在不同的H下反复磁化得到相应于H的磁滞回 线其中最大的回线是饱和磁滞回线（极限磁滞回线）
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
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。
反磁化过程中，磁滞形成的根本原因是由于铁磁 体内存在应力起伏、杂质及广义磁各向异性引起的不 可逆磁化过程。所以磁滞与反磁化过程的阻力分布密 切相关。 磁滞的大小取决于磁滞回线面积的大小，而面积 又主要取决于矫顽力，矫顽力只与不可逆过程相连系。
Hc H0
根据反磁化过程的阻滞原因分析，磁滞机制可分为： 1. 不可逆壁移 2. 不可逆畴转 3. 反磁化核成长