无机材料物理性能讲稿.ppt

关于无机材料物理性能第一页，讲稿共三十三页哦第二页，讲稿共三十三页哦无机材料的磁学性能无机材料的磁学性能v物质的磁性物质的磁性 v磁畴与磁滞回线磁畴与磁滞回线 v铁氧体的磁性与结构铁氧体的磁性与结构 v磁性材料磁性材料第三页，讲稿共三十三页哦n磁性磁性n磁矩磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩。其方何一个封闭的电流都具有磁矩。其方向与环形电流法线的方向一致，其大小向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积为电流与封闭环形的面积的乘积ISIS。物质的磁性物质的磁性第四页，讲稿共三十三页哦物质的磁性物质的磁性第五页，讲稿共三十三页哦物质的磁性物质的磁性n磁矩在磁场中所受到的作用力在均匀磁场中，磁矩在磁场中所受到的作用力在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩磁矩受到磁场作用的力矩n为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情况可为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情况可以写出以写出:n磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。n磁感应强度磁感应强度B B：外磁场作用下，材料内部的磁通量密度：外磁场作用下，材料内部的磁通量密度 T T或或Wb/mWb/m2 2 第六页，讲稿共三十三页哦物质的磁性物质的磁性n磁化强度磁化强度M M:外磁场外磁场H H作用下，材料内部磁矩延外磁场作用下，材料内部磁矩延外磁场方向排列而使磁场强化的量方向排列而使磁场强化的量（A/mA/m）。）。其数值为：其数值为：“单位体积内感生磁矩的大小单位体积内感生磁矩的大小”称为磁化率或磁化系数称为磁化率或磁化系数 n磁导率磁导率材料特性常数，单位外磁场强度下，材料材料特性常数，单位外磁场强度下，材料内部的磁通量密度内部的磁通量密度（H/mH/m）。）。n相对磁导率相对磁导率x x：x=/o第七页，讲稿共三十三页哦V为样品的体积为样品的体积,若外磁场已知，若外磁场已知，则则M可由力的侧定计算出。可由力的侧定计算出。n磁化强度的测定磁化强度的测定可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力物质的磁性物质的磁性第八页，讲稿共三十三页哦n电子的磁矩电子的磁矩电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性磁矩相互抵消，因而不显磁性物质磁性的本质物质磁性的本质第九页，讲稿共三十三页哦 磁介质的磁导率磁介质的磁导率顺磁性顺磁性抗磁性抗磁性物质物质（x1）/106物质物质（1-x）/106氧（氧（1大气大气压）压）1.9氢氢0.063铝铝23铜铜8.8铂铂360岩盐岩盐12.6铋铋176第十页，讲稿共三十三页哦常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能物质物质0（起始）起始）居里温度居里温度Fe1501043Ni110627Fe3O470858NiFe2O410858Mn0.65Zn0.35Fe2O41500400第十一页，讲稿共三十三页哦v抗磁性抗磁性当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性 Bi,Cu,Ag,Au Bi,Cu,Ag,Au 等金属具有这种性质等金属具有这种性质抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率一般约为一般约为-10-5，为负值，为负值外磁场使电子轨道改变，感生出一个与外外磁场使电子轨道改变，感生出一个与外磁场方向相反的磁矩磁场方向相反的磁矩陶瓷材料多数原子是抗磁性的陶瓷材料多数原子是抗磁性的 磁性的分类磁性的分类第十二页，讲稿共三十三页哦磁性的分类磁性的分类v顺磁性顺磁性无外加磁场时，原子无规则热振动，无宏观磁性；有外加磁无外加磁场时，原子无规则热振动，无宏观磁性；有外加磁场时，原子磁矩旋转，延外磁场择优取向，显示出极弱的磁场时，原子磁矩旋转，延外磁场择优取向，显示出极弱的磁性。性。顺磁性物质的磁性除了与顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度，其磁化率与有关外，还依赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比绝对温度成反比顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为10-5过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质一般：抗磁性与顺磁性被认为没有磁性，原因：依赖外磁场且磁一般：抗磁性与顺磁性被认为没有磁性，原因：依赖外磁场且磁化率极小化率极小第十三页，讲稿共三十三页哦磁性的分类磁性的分类v铁磁性铁磁性有一类物质如有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达室温下磁化率可达10-3数量数量级，这类物质的磁性称为铁磁性级，这类物质的磁性称为铁磁性铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。无外磁场时，磁畴无序取向，无外磁场时，磁畴无序取向，M总总=0外磁场作用下，磁畴沿外磁场取向，外磁场作用下，磁畴沿外磁场取向，M总总很大很大与顺磁性的最大区别：后者不会自发磁化形成磁与顺磁性的最大区别：后者不会自发磁化形成磁畴畴饱和磁化强度：铁磁材料能达到的最大磁化强度饱和磁化强度：铁磁材料能达到的最大磁化强度Ms第十四页，讲稿共三十三页哦磁性的分类磁性的分类v铁磁性铁磁性铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为居居里点里点其磁化率与温度的关系服从居里其磁化率与温度的关系服从居里外斯定外斯定律律 第十五页，讲稿共三十三页哦磁性的分类磁性的分类v反铁磁性反铁磁性反铁磁性物质大都反铁磁性物质大都是非金属化合物，是非金属化合物，如如MnO。不论在什么温度下，不论在什么温度下，都不能观察到反铁都不能观察到反铁磁性物质的任何自磁性物质的任何自发磁化现象，因此发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁其宏观特性是顺磁性的性的第十六页，讲稿共三十三页哦HMFe,Co,Ni,Gd,Tb,Dy,等元素及其合等元素及其合金、金属间化合物。金、金属间化合物。FeSi,NiFe,CoFe,SmCo,NdFeB,CoCr等等各种铁氧体系材料（各种铁氧体系材料（Te,Go,Ni氧化氧化物）物）Fe,Co等与重稀土类金属形等与重稀土类金属形成金属间化合物（成金属间化合物（TbFe等等)O2,Pt,Rh,Pd等，第一主族等，第一主族（Li,Na,K等），第二主族等），第二主族(Be,Mg,Ca),NaCl,KCl的的F中心中心Cr,Mn,Nd,Sm,Eu等等3d过渡元素或稀过渡元素或稀土元素，还有土元素，还有MnO、MnF2等合等合金、化合物等。金、化合物等。MMMHHH第十七页，讲稿共三十三页哦铁氧体的磁性与结构铁氧体的磁性与结构n铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料n铁氧体与铁磁性物质的异同铁氧体与铁磁性物质的异同n铁氧体的分类，有尖晶石型、石榴石型、铁氧体的分类，有尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型等铜型等6 6种种第十八页，讲稿共三十三页哦铁氧体的磁性与结构铁氧体的磁性与结构v尖晶石型铁氧体尖晶石型铁氧体n所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的n阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件n锰铁氧体约为锰铁氧体约为8080正型尖晶石，这种离子分布随热处理正型尖晶石，这种离子分布随热处理变化不大变化不大n铁氧体磁性材料：反尖晶石结构铁氧体磁性材料：反尖晶石结构nM M2+2+-Ni-Ni2+2+、CoCo2+2+、CuCu2+2+,亦可是亦可是MnMn、MgMg混合混合第十九页，讲稿共三十三页哦铁氧体的磁性与结构铁氧体的磁性与结构第二十页，讲稿共三十三页哦亚铁磁性亚铁磁性v由于铁氧体内总是含有两种或两种以上的由于铁氧体内总是含有两种或两种以上的阳离子，这些离子各具有大小不等的磁矩，阳离子，这些离子各具有大小不等的磁矩，反向占位的离子数目也不相同，因此晶体反向占位的离子数目也不相同，因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导致的抵消作内由于磁矩的反平行取向而导致的抵消作用通常并不一定会使磁性完全消失而变成用通常并不一定会使磁性完全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩余磁矩，表现出反铁磁体，往往保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为亚铁磁性或铁氧体一定的铁磁性，这称为亚铁磁性或铁氧体磁性磁性 。第二十一页，讲稿共三十三页哦石榴石型铁氧体石榴石型铁氧体v稀土石榴石也具有重要的磁性能，其通稀土石榴石也具有重要的磁性能，其通式为：式为：v式中式中M M为稀土离子或钇离子，都是三价。为稀土离子或钇离子，都是三价。第二十二页，讲稿共三十三页哦磁铅石型铁氧体磁铅石型铁氧体q磁铅石型铁氧体的结构与天然的磁磁铅石型铁氧体的结构与天然的磁铅石相同，属六方晶系，结构比较铅石相同，属六方晶系，结构比较复杂。复杂。第二十三页，讲稿共三十三页哦磁畴与磁滞回线磁畴与磁滞回线n磁畴磁畴n铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其中存在着磁畴（中存在着磁畴（DomainDomain）结构结构 n在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，因而在整体上净磁化强度为零因而在整体上净磁化强度为零n每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴(能够能够自发磁化达到饱和的小区域自发磁化达到饱和的小区域)。n不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就称不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就称为磁畴壁（厚度：为磁畴壁（厚度：0.1-0.01cm0.1-0.01cm）。第二十四页，讲稿共三十三页哦磁畴磁畴第二十五页，讲稿共三十三页哦右图表示右图表示磁畴壁的磁畴壁的移动和磁移动和磁畴的磁化畴的磁化矢量的转矢量的转向及其在向及其在磁化曲线磁化曲线上起作用上起作用的范围的范围磁畴磁畴第二十六页，讲稿共三十三页哦磁滞回线磁滞回线v图中图中Br称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消除称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消除剩磁，需加反向磁场剩磁，需加反向磁场Hc。Hc称为矫顽磁场强度，亦称为矫顽磁场强度，亦称称“矫顽力矫顽力”。加。加Hc后，磁体内后，磁体内B=0。第二十七页，讲稿共三十三页哦n磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力用表示磁性材料传导和通过磁力线的能力用表示；表示；n生产上为了获得高磁导率的磁性材料，一生产上为了获得高磁导率的磁性材料，一方面要提高材料的方面要提高材料的MsMs值，这由材料的成分值，这由材料的成分和原子结构决定；和原子结构决定；n另一方面要减小磁化过程中的阻力，这主另一方面要减小磁化过程中的阻力，这主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。磁导率磁导率第二十八页，讲稿共三十三页哦铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料软磁材料软磁材料(Soft Magnetic Materials)磁材料适合于交变磁场的磁材料适合于交变磁场的器件，如变压器的铁芯，器件，如变压器的铁芯，这时，铁芯的发热量少。这时，铁芯的发热量少。此外，还可用于电机和开此外，还可用于电机和开关器件（磁导体）关器件（磁导体）第二十九页，讲稿共三十三页哦铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料硬磁材料的磁滞回线宽硬磁材料的磁滞回线宽肥，它具有高的剩磁，肥，它具有高的剩磁，高矫顽力和高饱和磁感高矫顽力和高饱和磁感应强度。磁化后可长久应强度。磁化后可长久保持很强磁性，难退磁，保持很强磁性，难退磁，适于制成永久磁铁。适于制成永久磁铁。硬磁材料硬磁材料(Hard magnetic materials)第三十页，讲稿共三十三页哦铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料矩磁材料矩磁材料矩磁性材矩磁性材料在信息料在信息存储领域存储领域内的作用内的作用越来越重越来越重要要 第三十一页，讲稿共三十三页哦磁头的工作原理磁头的工作原理第三十二页，讲稿共三十三页哦感感谢谢大大家家观观看看第三十三页，讲稿共三十三页哦