一般尖晶石铁氧体材料的
K1<0和S<0，所以在铁氧
体中加入K1>0的CoFe2O4 或S>0的Fe3O4均可达到降 低K1和S的目的
降低K1和S值的目的
磁性材料
第二章 技术磁化理论
（三）、内应力和掺杂及其分布： 方案：尽量减少材料中的杂质含量和内应力的分布，主要通过
选择原料纯度、控制烧结温度以及热处理条件来实现
和结构与哪些因素 磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每一点都代表铁 有关？ 磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，在平衡状 态下，系统的总自由能等于极小值
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第二章 技术磁化理论
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
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第二章 技术磁化理论
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 （4）、铁磁性物质有一个磁性转变温度-居里温度TC （5）、铁磁性物质在磁化过程中，表现为磁晶各向异性和 磁致伸缩现象
若磁体被磁化，则沿外磁场强度
H上的磁化强度MH可以表示为：
MH
M V cos
S i i
i
磁畴转 顺磁磁 畴壁位移 化过程 动磁化 磁化过程 当外磁场强度H发生微小的变化 ΔH，则相应的磁化强 过程
V0
度的改变ΔMH可表示为：
M S cos i Vi M SVi cos i Vi cos i M S M H V0 i
例如：铁氧体材料，若选择原料纯度高、活性好、适当的烧结 温度和时间、热处理条件就可以使烧成的材料结构均匀、晶粒大小 适当，杂质和空隙较少；金属软磁材料，通过选择成分、原料纯度、 控制熔炼过程的温度和时间以及热处理条件等，可以得到单相、无 气泡、杂质少以及低的残余应力
实践证明，热处理对于材料结构和微结构影响很大，因而可
（4）、趋近饱和磁化区 较强H，M变化缓慢，逐渐趋于技术磁化饱和。符合趋 于饱和定律：
a b M M s 1 2 p H H H
其中a、b与材料形状有关
（5）、顺磁磁化区 需极高的H，难以达到。在技术磁化中不予考虑
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第二章 技术磁化理论
3、磁化过程的磁化机制：
材料的磁特性的一种特殊方法，分
结晶织构和磁畴织构两种方法； 结晶织构：将各晶粒易磁化轴排列 在同一个方向上，若沿该方向磁化 可获得高的i ； 磁畴织构：使磁畴沿磁场方向取向 排列，从而提高i
有利于提高磁导率，但烧结温度
过高，会使材料内部某些元素挥 发而产生大空隙和应力，对提高
磁导率产生不利的一面
第二章 技术磁化理论
第1节 技术磁化过程 第2节静态磁参数分析
2节 反磁化过程
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第二章 技术磁化理论
Introduce
Weiss分子场假说——自旋交换作用导致磁性体内部 存在分子场，从而产生自发磁化（MS~T关系，以及居
里点的存在）
在未受外磁场作用时为什么绝大多数铁磁体不显示宏 观磁性呢？——磁畴假说 磁畴的概述：宽度约为10-3cm，包含1014个磁性原子 （从微观和宏观两种角度认识磁畴）
如MnZn铁氧体材料，当其晶粒在5 m 以下时，磁导率约为500
左右，这时晶粒近似为单畴，其贡献是以畴转磁化为主，若晶粒 尺寸在5 m以上时，已不是单畴，将会发生畴壁位移，其磁导率 增大为3000以上
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第二章 技术磁化理论
（五）材料的织构化 晶粒的尺寸大小一般要受到烧结 条件及热处理的影响，提高铁氧 体烧结温度，可以使晶粒长大， 利用i的各向异性特点来改进磁性
强磁性材料被磁化，实质上是材料受外磁场H的作用， 其内部的磁畴结构发生变化，也即是磁体内部总能量的平 衡分布重新调整过程
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第二章 技术磁化理论
技术磁化过程大致可以分为三个阶段：
（i）、可逆畴壁位移磁化阶段（弱场范围内）：
若H退回到零，其M也趋于零。（多见于金属软磁材料和磁导 率 较高的铁氧体中）
当磁场作动态变化时，称为动态磁化过程
磁化和内禀磁化）；
技术磁化：指施加准静态变化磁场于强磁体，使其自发磁化的 方向通过磁化矢量M的转动或磁畴移动而指向磁场方向的过程
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2、磁化曲线的基本特征： 铁磁性、亚铁磁性磁化曲线为复杂函数关系 强磁体的磁化曲线可分为五个特征区域： M （1）、起始磁化区（可逆磁化区域） M ＝ iH B＝ 0iH （i＝1+ i）
所以改变MS的大小并不是提高起始磁化率i的最有效的方法
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（二）、磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数S： 控制S和K1是改善起始磁化率i的一个重要途径（无论是在畴
壁位移还是在畴转磁化过程中）
例如Fe-Ni合金的K1和S随其成分及结构不同而变化，而且可以 在很大范围内变化其大小和符号
能影响到K1和S的性质，如对于S大的材料要注意降低内应力，而 K1大的材料则要尽量减少杂质的含量
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（四）控制晶粒尺寸的大小：
若材料晶粒大，晶界对畴壁位移的阻滞较小；
实验已证明，起始磁化率随晶粒尺寸的增大而升高，且随着晶 粒尺寸大小的不同，对起始磁化率i的贡献的磁化机制也不同；
MH Mdisplacement Mrotation M paramagnetic
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MH Mdisplacement Mrotation
即技术磁化过程为畴壁位移和磁畴转 动两种基本磁化机制
M H M displacement M rotation displacement rotation H H H
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二、剩余磁化强度MR
剩余磁化状态：铁磁体磁化至 饱和后，再将外磁场减退至零 的状态，即H＝0，而M0的磁
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
逆磁化过程 实验证明，一般的磁性材料除在极低的磁 场或极高磁场以外，在不同大小的磁场作 用下反复磁化均可得到相应的磁致回线， 而其中最大的回线就是饱和磁滞回线（Hc、
Mr）
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与磁化过程一样，反磁化中也存在可逆与不可逆磁化过程 反磁化过程中，磁滞形成的根本原因主要由于铁磁体内存 在应力起伏、杂质以及广义磁各向异性引起不可逆磁化过程； 所以磁滞与反磁化过程中的阻力分布有密切的关系； 磁滞的机制肯定包括下面两种：（1）在畴壁不可逆位移过
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磁畴结构：磁畴的大小、 形状以及它们在铁磁体 内的排布方式。研究磁 畴结构的形式及其在外
（1）了解铁磁体内部自 发磁化的分布； （2）为研究磁化过程提 供理论依据
磁场中的变化是磁学的 所有这一切都是由铁磁体系统内的总自由能等于极小 铁磁体为什么形成 重要内容之一 值所决定的。具体而言，铁磁体磁畴结构的形成以及 磁畴？磁畴的尺寸
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一、磁化过程概述(General of magnetizing process)
1、一些基本概念：
磁化过程：指处于磁中性状态的强磁性体在外磁场的作用下，
其磁化状态随外磁场发生变化的过程，分为静态磁化过程和动态 磁化过程
化过程（又分为技术
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（一）、材料的饱和磁化强度MS： 磁化理论决定的起始磁化率i均与Ms2成正比，所以提高MS的 大小有利于获得高的i； 在软磁材料中可以选择适当的配方成分以后，确实可以提高材 料的MS值； MS值一般不可能变动很大 ，且提高MS后不一定能够同时保证
低的K1和S等
顺磁磁化区 趋近饱和区 陡峭区 Rayleigh区 起始磁化区
（2）、Rayleigh区：仍属弱场范围， 其磁化曲线规律经验公式：
B 0 i H bH 2 M i H bH 2 (μ μi bH ) (b : 瑞利常）
H
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（3）、陡峭区 中等场H范围，M变化很快。 特点是不可逆磁化过程，发生 巴克豪森跳跃的急剧变化，其与 均很大且达到最大值——又 称最大磁导率区
化状态；一般可以理解为铁磁
体磁化至饱和后，在反磁化过 程中保留了大量不可逆的磁化
部分，而退掉了在H > 0区域
中的可逆磁化部分
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以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M B A
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 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 磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原
重要机制） 一般来说，软磁材料中主要是由不可逆畴壁位移导致磁滞， 而某些单畴颗粒材料中，磁滞主要是由不可逆畴转磁化过程来 决定；同时在有些材料中，反磁化是通过反磁化核的生长来实 现，因此其磁滞主要决定于反磁化核生长的阻力
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第二章 技术磁化理论
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注意：矫顽力Hc和剩余磁化强度Mr是磁滞回线上的物 理量，而矫顽力HC是表征磁滞的主要磁学量，在一级近似 下，Hc可看作不可逆磁化过程的临界磁场H0的平均值来进
程中，由应力和杂质所引起的磁滞；（2）在磁畴不可逆转动
过程中，由磁各向异性能所引起的磁滞。
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