现代分析物性分析幻灯片.ppt

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1、现代分析物性分析1第1页，共20页，编辑于2022年，星期日5.1 磁性及其物理本质磁性及其物理本质 若在真空中造成一个磁场，然后在磁场中放入一种物质，无论若在真空中造成一个磁场，然后在磁场中放入一种物质，无论放入什么物质，都会使物质的空间磁场发生变化。例如：放入什么物质，都会使物质的空间磁场发生变化。例如：Fe使磁场强烈地增加使磁场强烈地增加铁磁性铁磁性 Cu则使磁场减弱则使磁场减弱抗磁性抗磁性 空气使磁场略有增加空气使磁场略有增加铁磁性铁磁性 物质在磁场中由于受磁场的作用表现出一定的磁性，这种现象称为磁物质在磁场中由于受磁场的作用表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。把能磁化的物质称为磁介质

2、，实际上包括空气在内的所有物质都是化。把能磁化的物质称为磁介质，实际上包括空气在内的所有物质都是磁介质。磁介质。材料现代分析技术2第2页，共20页，编辑于2022年，星期日一、磁性原理一、磁性原理1.电子轨道磁矩电子轨道磁矩产生：电子绕原子核作轨道运动，可看作是一个闭合电流，将产生一个产生：电子绕原子核作轨道运动，可看作是一个闭合电流，将产生一个磁矩。磁矩。大小：大小：材料现代分析技术3第3页，共20页，编辑于2022年，星期日2.电子自旋磁矩电子自旋磁矩产生：电子的自旋运动产生：电子的自旋运动大小：大小：材料现代分析技术4第4页，共20页，编辑于2022年，星期日3.原子的总磁矩原子的总磁矩

3、 很小，为电子磁矩的很小，为电子磁矩的1/2000,通常不考虑。通常不考虑。对于单原子：一个电子层排满，总磁矩为零；对于单原子：一个电子层排满，总磁矩为零；电子层未被排满，总磁矩不为零电子层未被排满，总磁矩不为零对于分子：因原子结合成分子时外层电子磁矩要变化，分子磁矩对于分子：因原子结合成分子时外层电子磁矩要变化，分子磁矩不是各单原子磁矩的总和。不是各单原子磁矩的总和。材料现代分析技术5第5页，共20页，编辑于2022年，星期日二、磁性基本参数二、磁性基本参数1.磁矩：表示磁性的强弱磁矩：表示磁性的强弱2.磁场强度磁场强度3.磁化强度磁化强度4.磁感应强度磁感应强度5.磁化率磁化率材料现代分析

4、技术6第6页，共20页，编辑于2022年，星期日5.2 抗磁性与顺磁性抗磁性与顺磁性 所有物质、任何状态下、任何条件下都显示或强所有物质、任何状态下、任何条件下都显示或强或弱的磁性。或弱的磁性。按物质磁性的不同特征，可分为抗磁性、顺磁性、按物质磁性的不同特征，可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性等五类。本节讨论抗磁铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性等五类。本节讨论抗磁性和顺磁性。性和顺磁性。材料现代分析技术7第7页，共20页，编辑于2022年，星期日一、抗磁性一、抗磁性 1.定义：也称逆磁性或反磁性，被磁场所排斥的物质定义：也称逆磁性或反磁性，被磁场所排斥的物质具有抗磁性，其磁化率具有抗磁

5、性，其磁化率小于零。小于零。惰性气体是典型的抗磁性物质，此外还有离子型惰性气体是典型的抗磁性物质，此外还有离子型晶体、大部分有机物、一些金属（晶体、大部分有机物、一些金属（Cu、Ag、Pb）。）。材料现代分析技术8第8页，共20页，编辑于2022年，星期日2.抗磁性产生原因抗磁性产生原因 抗磁性物质电子层已填满电子，其轨道磁矩和自旋磁抗磁性物质电子层已填满电子，其轨道磁矩和自旋磁矩互相抵消，在没有磁场作用下，原子磁矩等于矩互相抵消，在没有磁场作用下，原子磁矩等于零。零。在外磁场作用下，电子轨道回路产生一个附加感应电在外磁场作用下，电子轨道回路产生一个附加感应电流，这一附加感生电流的磁矩方向与外

6、磁场方向相反。流，这一附加感生电流的磁矩方向与外磁场方向相反。抗磁性是由于电子在轨道运动中产生的，而任何物质抗磁性是由于电子在轨道运动中产生的，而任何物质都存在电子的轨道运动，故任何物质在外加磁场作用下都都存在电子的轨道运动，故任何物质在外加磁场作用下都要产生抗磁性。只有抗磁性大于顺磁性的物质才成为抗磁要产生抗磁性。只有抗磁性大于顺磁性的物质才成为抗磁性物质。性物质。材料现代分析技术9第9页，共20页，编辑于2022年，星期日二、顺磁性二、顺磁性 1.定义：磁化率定义：磁化率大于零的物质大于零的物质 2.产生原因：产生原因：顺磁性物质的单个原子是有磁矩的，由于热振动，原子磁顺磁性物质的单个原子

7、是有磁矩的，由于热振动，原子磁矩混乱分布，此时物质的总磁矩为零。矩混乱分布，此时物质的总磁矩为零。在外磁场作用下，原子磁矩排向磁场方向，总磁矩大在外磁场作用下，原子磁矩排向磁场方向，总磁矩大于零。于零。顺磁性物质：顺磁性物质：O、Pt、Pd、稀土、稀土、Fe、Co、Ni等等材料现代分析技术10第10页，共20页，编辑于2022年，星期日三、物质的抗磁性与顺磁性三、物质的抗磁性与顺磁性 1.非金属除非金属除O、石墨外都是抗磁性的、石墨外都是抗磁性的 2.金属中金属中Cu、Ag、Au、Cd、Hg等是抗磁性的等是抗磁性的 3.所有的碱金属，除所有的碱金属，除B外都是顺磁性的外都是顺磁性的 4.三价金

8、属也是顺磁性的，如三价金属也是顺磁性的，如Al、Se、La 5.稀土金属顺磁性较强，磁化率较大稀土金属顺磁性较强，磁化率较大 6.过渡族元素具有强烈的顺磁性，如过渡族元素具有强烈的顺磁性，如Ti、V、Cr、Mn等等材料现代分析技术11第11页，共20页，编辑于2022年，星期日四、影响抗磁性与顺磁性的因素四、影响抗磁性与顺磁性的因素 1.温度温度 温度本身影响不大，但当温度引起相变化时将使抗磁磁温度本身影响不大，但当温度引起相变化时将使抗磁磁化率发生变化。化率发生变化。2.塑性变形塑性变形 塑变使原子间距增大，密度减小，造成抗磁性减小（如塑变使原子间距增大，密度减小，造成抗磁性减小（如Cu、Z

9、n）。在高度加工硬化下，）。在高度加工硬化下，Cu由抗磁性转变为顺磁由抗磁性转变为顺磁性。性。材料现代分析技术12第12页，共20页，编辑于2022年，星期日 3.晶粒度晶粒度 细化晶粒可使铋、锑、硒、碲的抗磁性减小，高度细化细化晶粒可使铋、锑、硒、碲的抗磁性减小，高度细化时可由抗磁性转变为顺磁性时可由抗磁性转变为顺磁性 综上所述，各种破坏晶体完整性的因素均使抗磁性综上所述，各种破坏晶体完整性的因素均使抗磁性下降。下降。4.相结构与组织相结构与组织 影响规律复杂影响规律复杂材料现代分析技术13第13页，共20页，编辑于2022年，星期日5.3 铁磁性铁磁性一、磁化曲线与磁滞回线一、磁化曲线与磁

10、滞回线 铁磁性：由于热运动的作用，顺磁性物质的原子磁矩铁磁性：由于热运动的作用，顺磁性物质的原子磁矩取向混乱（磁无序）。取向混乱（磁无序）。而铁磁性物质由于静电交互作用，在一定范围内而铁磁性物质由于静电交互作用，在一定范围内相邻原子磁矩平行取向（磁有序）。相邻原子磁矩平行取向（磁有序）。磁化曲线和磁滞回线是表示铁磁性的最基本曲线。磁化曲线和磁滞回线是表示铁磁性的最基本曲线。材料现代分析技术14第14页，共20页，编辑于2022年，星期日材料现代分析技术15第15页，共20页，编辑于2022年，星期日二、铁磁性测量方法二、铁磁性测量方法1、冲击测量法、冲击测量法 将试样迅速将试样迅速投入或抽出磁

11、投入或抽出磁极间隙，如果极间隙，如果试样中有铁磁试样中有铁磁相，测量线圈相，测量线圈中的磁通量将中的磁通量将发生变化。发生变化。试样的饱和磁化强度：试样的饱和磁化强度：材料现代分析技术1-待测试样 2-支架 3-电磁铁的极头 4-测量线圈 5-冲击检流仪 6-加热炉 7-铜管16第16页，共20页，编辑于2022年，星期日2、热磁仪法、热磁仪法起始态，试样与磁场夹起始态，试样与磁场夹角为角为0 0；在磁场作用下，铁磁性试在磁场作用下，铁磁性试样将产生一个力矩，样将产生一个力矩，使试样向磁场方向转使试样向磁场方向转动，夹角为动，夹角为1 1；磁化强度磁化强度：材料现代分析技术1-灯尺 2-光源

12、3-弹簧 4-反射镜 5-支杆 6-磁极 7-试样17第17页，共20页，编辑于2022年，星期日5.5 磁性分析应用磁性分析应用 磁性分析在研究金属中应用广泛。典型的应用如研磁性分析在研究金属中应用广泛。典型的应用如研究合金的成分、相和点阵结构、应力状态、组织转变等究合金的成分、相和点阵结构、应力状态、组织转变等方面。方面。材料现代分析技术18第18页，共20页，编辑于2022年，星期日一、测定钢中残余奥氏体含量一、测定钢中残余奥氏体含量各种钢经淬火后，在室温组织中或多或少存在残余奥氏体。残各种钢经淬火后，在室温组织中或多或少存在残余奥氏体。残奥数量的多少与钢的成分、淬火加热温度、保温时间、

13、淬火奥数量的多少与钢的成分、淬火加热温度、保温时间、淬火冷却速度等有关。残奥的存在对材料的工艺性和力学性能有冷却速度等有关。残奥的存在对材料的工艺性和力学性能有极为重要的影响。极为重要的影响。思路：用冲击法测试样的饱和磁化强度，根据饱和磁化强度与思路：用冲击法测试样的饱和磁化强度，根据饱和磁化强度与马氏体量成正比求出马氏体量，扣除之后即得奥氏体量。马氏体量成正比求出马氏体量，扣除之后即得奥氏体量。材料现代分析技术19第19页，共20页，编辑于2022年，星期日二、研究钢的回火二、研究钢的回火钢淬火后回火，将产生马氏体分钢淬火后回火，将产生马氏体分解、奥氏体分解、碳化物析出解、奥氏体分解、碳化物析出长大等过程，均伴随着磁性的长大等过程，均伴随着磁性的变化。由此可根据磁化强度变变化。由此可根据磁化强度变化分析回火转变的进程。化分析回火转变的进程。材料现代分析技术20第20页，共20页，编辑于2022年，星期日