1、會計學1物理靜態技術磁化物理靜態技術磁化iiisvMMcoscos)(coscossiiiisiiisMvvMvMMiviM改變磁場時，磁化強度的變化第i個磁疇的磁化矢量與磁場方向的夾角第i個磁疇的體積忽略疇璧磁矩，求和在單位體積內進行磁疇體積的變化：疇壁位移磁矩轉動 順磁磁化 技術磁化 5. 1靜態磁化與反磁化靜態磁化與反磁化第1頁/共38頁H不可逆轉動可逆轉動納米材料第2頁/共38頁H磁中性磁中性疇壁位移疇壁位移磁疇轉動磁疇轉動不存在不可逆過程存在不可逆和不可逆過程傳統材料第3頁/共38頁疇壁位移也是磁矩的轉動！疇壁位移也是磁矩的轉動！第4頁/共38頁)(20bHHBii.初始狀態是退磁狀

2、態:H=M=B=0ii.起始磁化區。 磁場很小，磁化基本上是可逆疇壁位移過程稱為起始磁導率。iii.瑞利區。 磁場較小時，磁化滿足瑞利的經驗公式主要可逆疇壁位移過程。iv.不可逆疇壁位移。磁化曲線變陡，磁導率越來越大，在矯頑力附近達到最大值。主要是不可逆疇壁位移過程（ Barkhausen跳躍）。v.磁導率開始減小。主要過程是可逆和不可逆磁轉動。vi.磁化曲線接近飽和，磁化過程主要是可逆磁轉動。vii.磁化飽和。磁化變化非常小，是順磁磁化過程。 5. 1. 1磁化曲線磁化曲線第5頁/共38頁第6頁/共38頁MHBH-100Hm rrBHBH 0001limiHHBH起始磁導率：maxmax01

3、BH最大磁導率：第7頁/共38頁maxM,H M i發電機、電動機、變壓器的鐵心是電力工業的核心材料。以電力變壓器為例,鐵心上繞有原線圈和副線圈。一個線圈兩端的電壓是 mxnlSBdtdBNSV無線電通訊、收音機、電視機、手機等電子器件中使用的鐵心。 以調諧回路電感為例，所使用軟磁材料的磁場H很小，電感L與起始磁導率成正比，因此選用起始磁導率大的材料。對于給定電壓，所需要的鐵心體積與Bmx成反比，因此，用大飽和磁化強度材料可以減少鐵心體積。第8頁/共38頁當H從足夠使磁化飽和的幅值Hm減小到-Hm時i. ，在第一象限，磁矩從磁場方向向最接近磁場方向的易磁化方向可逆轉動。ii.當經過剩磁進入退磁

4、曲線時，在一些晶粒邊界附近生成反磁化核(在小區域發生不可逆磁轉動)，并擴展為反向磁化的楔形疇?？赡娲呸D動逐步被楔形疇的擴展以及隨后的可逆、不可逆疇壁位移取代。iii.在矯頑力附近，微分磁導率和不可逆微分磁導率的絕對值變最大,Barkhausen 跳躍最活躍。當沿著磁滯回線磁化一個周期時，外部對單位體積磁體所做的功是磁化能BdHJdHW它全部變成熱能。當Hm 不足以使樣品磁化到飽和時，磁滯回線的和面積隨的減小而減小。 5. 1. 2磁滯回線磁滯回線第9頁/共38頁202max020max0()()mmggmmggmmggmmmmggggmmmgggggmggggmH LH LNIH LH LB

5、SB SH L B SH L B SV B HV B HVHVBHVHVHVBH 永磁磁路設計的主要任務是把外部磁場能集中到所需要的空間，同時使磁體處于最大磁能積狀態，從而把磁體體積減小到最小。 第10頁/共38頁f 叫 H M 磁帶磁記錄材料包括記錄信息的磁記錄介質(錄音帶、錄像帶、計算機磁帶、軟盤、硬盤，各類磁卡、隨機磁存儲元件等)，寫入磁頭和讀出磁頭。以計算機磁帶為例。在寫入磁頭鐵心上繞有電流線圈。負向均勻磁化了的磁帶緊貼鐵心空隙下面，以一定速度移動。在線圈中流過代表數字信息的由按一定時間間隔流過的零電流(代表0)和單向脈沖電流(代表1)組成的脈沖電流序列。當脈沖電流流過時，鐵心被磁化，

6、在磁頭空隙下面的磁帶部位散發磁場。和磁帶平行的正向磁場分量把該部位的磁化方向由負向倒向正向，從而計入數據1。當磁帶的這個部位離開磁頭空隙磁場區時，在這個部位鐵心產生的磁場變零，部位兩頭產生的磁荷產生的退磁場是負向，但由于磁滯回線是矩形的，矯頑力比退磁場大，正向磁化的狀態被保存下來。當磁頭中沒有電流流過時，磁帶不被磁化，保持原來的負向磁化狀態，因此存有原來的數據0。如此把脈沖電流序列的信息存入磁帶中。圖中的磁帶的一段部位存儲著數列1001。第11頁/共38頁在1和0區之間出現磁荷，這些磁荷在磁帶外部發出散磁場。當存有信息的磁帶在讀出磁頭下面以一定速度移動時，讀出磁頭捕獲這些散磁場，把它們變成相應

7、的脈沖電流信息序列，完成讀出功能。感應式磁頭利用Faraday感應定律的原理讀出散磁場。這類磁頭的結構與寫入磁頭一樣。磁電阻磁頭是利用磁電阻效應，磁頭電阻跟著散磁場的變化而變化，通過測電阻讀出信息。寫入磁頭在空隙產生的磁場與磁頭鐵心的磁化強度成正比。當脈沖電流流過時，磁頭要產生足夠把磁帶反磁化的磁場；沒有電流時，磁頭的剩余磁化產生的磁場要小到不至于改變磁帶的磁化狀態。為了低功率下運作，脈沖電流越小越好。因此鐵心材料應該具有細長的磁滯回線，即大的飽和磁化強度，小矯頑力。在磁帶中，磁矩受有磁荷產生的反向磁場。為了在反向場中保持穩定的磁化狀態，磁滯回線應該具有矩形退磁曲線和足夠大的矯頑力。隨著存儲密

8、度的提高，反向磁場越來越大，要求材料具有越來越大的矯頑力。但矯頑力要小于磁頭寫入時產生的磁場，否則寫入不充分。磁頭產生的磁場受磁頭磁化強度的限制，因此矯頑力的上限也受到制約。對感應式磁頭材料的要求同于寫入磁頭材料。磁電阻磁頭材料應該在比較小的磁場變化下具有大的磁電阻效應。 第12頁/共38頁0(/)2cos0( )2cos2cossHsHsHdF dx dxJ dxHdF xJ HM Hdx增加H，使得( )2cos|1( )|2cossHbbsHdF xJ HdxdF xHJdx疇壁從b點Barkhausen跳躍到c點。去掉磁場，疇壁只能回復到K點（不可逆疇壁位移）。從0開始增加磁場H，疇壁

9、從a點向b點運動，去掉磁場又返回a點（可逆疇壁位移）。當H0，K施加反向磁場，疇壁越高最高的勢壘h點， Barkhausen跳躍到i點。hHscidxdFJH|cos212020( )|2cos2cosxxasHsHxxdF xd FdxF dxM HdxdxM HdxF2202cos4cossHsHixxM dxMHF 5. 2疇壁位移疇壁位移第13頁/共38頁bdF/dxxadx(d2F/dx2)dx第14頁/共38頁xxHsiFNM220cos4N：單位長度內疇壁數以K10, K2=0, 的立方晶體為例，考察起始磁導率。令 100/x軸，001/ 軸。 1001110s內應力沿001軸

10、。)2sin(2)(0 xlx0wl疇壁厚度 ( )wAxc AKcKc KK23cos2sF 0000222222|()()|xxwwwwxxxxddddFdxdxdxdx2342sin(2 )2xxssx nlxFll 012x0 x( )wsx 222204coscossHsHixxsNMMF 第15頁/共38頁33313134( )32( )66ddaada相對體積x疇壁跨過一排(100)面的點陣中心，以便保持疇壁的面積最小，從而自由能最小。當施加很小的磁場H時，疇壁受磁場的壓力，離開雜質中心x, d/2xVNaNaNa體積2222( )()2dS xNax2222220()22wsd

11、FNaxxN aM H222020220wsswFNxN aM Hxa MxH 122232223001133333312221163()2sssssiwwsN xN a MM aM HN aMMddN aHN aHA K 第16頁/共38頁推導中假設了晶體和疇壁是無限大的，忽略了疇壁邊緣的作用。實際上，在多晶體中，各晶粒內部的疇壁大小有限，它們常?？邕^晶界，在晶界往往出現附加楔形疇，疇壁位移受晶界和近鄰晶粒的磁疇分布的影響，情況非常復雜。實驗表明，晶粒越大，起始磁導率越大。第17頁/共38頁值在接近磁性轉變溫度區隨溫度提高而增加，在轉變溫度附近呈現明顯的極大峰，在轉變溫度變零(圖6.2.4)

12、。稱這個現象為Hopkinson效應。它起因于在磁性轉變溫度附近隨溫度的提高 第18頁/共38頁0max1122()cos()222sssssdFHxJdxJllJ ( )wsx )2sin(2)(0 xlx222222max()22wdwwxdFNaxFxNdx 0max1()2wssddFHJdxJ第19頁/共38頁HMsxy2sinKF )cos(sin)(2HsHJKG2sincossin()0sHdGKJ Hd0)cos()sin(cos22222HsHJKdGdHsHJKsin222200cos()sinlimsin()sinsin22sHsHssiHsHHHKd MJMMdMdd

13、HKKH KssHHHHKsiHMKMddHM323sinsin41202200 當H較小，對各向同性樣品， 5. 3磁疇轉動磁疇轉動第20頁/共38頁接近飽和的多晶體的磁化是可逆轉動過程。磁化曲線的經驗關系是 HHcHbHaMMps )1 (32pHa /2/ Hba、b、c是常數，順磁磁化率。來自參雜、內應力等微結構因素，來自克服磁晶各向異性的可逆磁轉動過程。 趨近飽和定律第21頁/共38頁0H(沿易軸)的回線 HMsxy22222sincossin02(cossin)cos0ssdGKJ Hdd GKJ Hd22222sincossin()02(cossin)cos()0sHsHdGKJ

14、 Hdd GKJ Hd0cos/ 2sJ HK 2220sd GKJ Hd2KsKHHJ 2220sd GKJ Hd2KsKHHJ2222()2(2cos1)cos202ssJ Hd GKJ HKdK2KsKHHJ非穩定狀態穩定狀態磁滯回線 2KsKHHJ臨界狀態第22頁/共38頁-HK=-2K/0MsHK=2K/0Ms-MsMsMH第23頁/共38頁2/H(沿難磁化面)的回線 22222sincossin()02(cossin)cos()0sHsHdGKJ Hdd GKJ Hd22222sincoscos02(cossin)sin0ssdGKJ Hdd GKJ Hd2322220sd GKJ

15、 Hd KHJs2/sinHMsxy2KsKHHJ2220sd GKJ Hd 2KsKHHJ 2222222(cossin)sin2(1 2sin)sin()202sssd GKJ HdKJ HJ HKK2KsKHHJ20sin2sssKMMMMHHKH2KsKHHJ第24頁/共38頁M=H/HK)Ms-HK=-2K/0MsHK=2K/0Ms-MsMsMH第25頁/共38頁exp(/)BfKv k T若一個單疇顆粒的體積v很小，磁晶各向異性能的位壘Kv和熱起伏能kBT差不多或比它小，則在零磁場中磁化矢量受熱起伏的影響，從一個易磁化方向，轉動到反方向的幾率不能忽略，磁化矢量一會兒沿正易磁化方向，

16、一會兒沿負易磁化方向，磁化強度對時間的平均等于零。這種行為和原子的順磁性類似。這里，磁矩為磁性粒子的磁矩，遠比原子磁矩大。稱這種磁性為超順磁性。 超順磁性微小顆粒的矯頑力 實驗表明，隨顆粒尺寸減小，矯頑力增加，經過最大值后減小顆粒尺寸遠大于單疇臨界尺寸時，顆粒處于多疇狀態，矯頑力由疇壁位移決定，其值比較小。顆粒尺寸減少到單疇臨界值附近時，磁化是轉動過程，矯頑力大。進一步減小尺寸時，顆粒磁性向超順磁性接近，矯頑力接近零。 第26頁/共38頁第27頁/共38頁20ssM 213sM d21sMK20ssM 應力應力含雜含雜疇壁位移疇壁位移應力應力磁疇轉動磁疇轉動sicsHM 23icsHM d磁晶

17、各向異性磁晶各向異性102icKsKHHM0sicsHM 第28頁/共38頁第29頁/共38頁實際得到的矯頑力11310icAAHHH兩種矯頑力機理：反磁化形核疇壁釘扎第30頁/共38頁770A4102.9 1036.4TmAH770A4100.55 106.9TmAHSmCo5Nd-Fe-B第31頁/共38頁兩種矯頑力機理（反磁化機理）：矯頑力的來源1.反磁化疇的形核2.疇壁釘扎一般認為在燒結的NdFeB和SmCo5磁體中，反磁化的過程是由反磁化核的形核控制的。這種材料飽和磁化以后，加上反向磁場，磁矩并不馬上反轉，只有反向磁場增大到某一數值時，局部區域開始出現反磁化核并長大到一個臨界尺寸，出

18、現了疇壁。由于材料內的缺陷對疇壁的釘扎作用很弱，剛形成的疇壁迅速移動，帶動了材料整體磁矩發生反轉。而Sm2Co17燒結磁體的反磁化過程是由疇壁釘扎控制的。飽和磁化的磁體整體磁矩反轉之前，材料內部已經存在疇壁，但疇壁被缺陷釘扎不能移動，只有磁場強到將能夠將疇壁從釘扎出拉出，整個材料的磁矩才能反轉。究竟是那種模型控制著材料的反磁化過程，要看磁體整體磁矩發生反轉的兩個過程哪一個難于發生。如果反磁化疇的形核和長大比較困難，反磁化過程就由形核模型控制，如果疇壁移動比較困難，就由釘扎模型控制。當然也可能存在兩種機理都存在的混合模型。 第32頁/共38頁形核特征：晶粒較大（燒結NdFeB為幾個微米），表面光

19、滑，晶粒間為幾個微米米左右的非磁性相，晶粒之間去耦，交換作用很弱。 第33頁/共38頁釘扎特征：晶粒較小，復相，胞狀結構（內部為2：17相，邊界為1：5相），矯頑力與兩相疇壁能的差成正比。第34頁/共38頁 一般來說，磁晶各向異性常數大的單相磁體，其反磁化機理以形核為主，如單相的稀土鈷合金1：5型和2：17型磁體，鋇鍶鐵氧體磁體。形核為主的磁體，反磁化核長大時的疇壁移動也遇到釘扎，這時矯頑力由形核場和臨界場同時決定。凡是磁晶各向異性常數大的兩相磁體，反磁化機理則以釘扎為主，如兩相的稀土鈷合金1：5型和2：17型。第35頁/共38頁( 1 )形核場決定的矯頑力：長旋轉橢球形(l,d)的反磁化疇核長大的能量條件為dVMHdEdSdVHMsdws0