交流磁滞回线顶点的轨迹就是交 流磁化曲线
交流振幅磁场强度增大到饱和磁 场强度Hs时的磁滞回线极限交流 磁滞回线，从中可以确定材料的 Bs，Br
特点：形状与磁场强度及其变化频率和波形有关；一定频率下振幅减小，趋 于椭圆
第二节 铁磁性的宏观表征
磁各向异性
单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的，称为磁晶各向异性 晶体磁化时所增加的自由能等于磁场所做的功，为 沿铁磁单晶体某些方向磁化时所做的功比沿 另外一些方向磁化时所做的功小得多，这些 晶体学方向称为易磁化方向或者易磁化轴， 而其他方向称为难磁化轴
G HdM
0
M
（磁化曲线与M坐标所包围的面积）
第二节 铁磁性的宏观表征
沿不同方向的磁化功不同，表明：磁化强度矢量M沿不同方向上取 向的能量是不同的，M沿易磁化轴方向时能量最低，沿难磁化轴时能量 最高，磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能， 用Ek表示，是磁化强度矢量方向的函数，对于立方晶系有：

C T
对于存在铁磁转变的物质，Δ =-Tc
还有一些物质，如碱金属，磁化率与温度无关
第二节 铁磁性的宏观表征
1 磁化曲线（B-H 磁化曲线
& M-H）和磁滞回线（B-H）
饱和磁化强度：Ms
饱和此感应强度：Bs 起始磁导率：μ a 最大磁导率： μmax
第二节 铁磁性的宏观表征
磁滞回线
磁化到饱和磁化状态后．当H＝0时， 磁感应强度B并不等于零，而是保留一定 大小的数值Br(剩余磁感应强度）， 铁磁
明朝郑和七下西洋比哥仑布、达加玛早半世纪。
磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性的材料。
早期的磁性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世
纪六十年代起，非晶态软磁材料、纳米晶软磁材料、稀土永
磁材料等一系列的高性能磁性材料相继出现。 磁性材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装 置如磁盘、磁带，电工产品如变压器、电机，以及通讯、无 线电、电器和各种电子装置中，是电子和电工工业、机械行 业和日常生活中不可缺少的材料之一
无外磁场的情况下,材料所发生的磁化 金属内部的自发磁化是由于电子间的相互作用产生的 当两个原子相接近时，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列
第三节 铁磁性的微观理论
自发磁化的交换作用理论
1、交换作用的基本思想： 最先引入交换作用的是海特勒-伦敦，他们在计算氢分 子的结合能时，认为不能只考虑两个独立的氢原子能量， 还要考虑它们之间的相互作用能，这包括：两个核之间的 相互作用能、两个原子中的电子之间的相互作用能、一个 原子的核和另一个原子的电子的相互作用能。 1928年，海森堡把氢分子交换作用模型推广到多原子 情况，并用它讨论铁磁物质的自发磁化起源。
e 2 m l 0.5er 2 i F m r 2 e 2r He r 2 2 F F m r（ ） F H m l er H 4m
2 2
将左手掌摊平，让磁力线穿过手掌心，四 指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的 大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。 运动电荷受到磁场的作用力，叫做洛伦兹力Δ F
一般磁致伸缩系数大致在0.001%，把磁致伸缩系数在0.1-0.2%之间
的现象称为“超磁致伸缩”，其应用广泛。
第二节 铁磁性的宏观表征
形状各向异性与退磁能
磁化曲线随几何尺寸的不同而不同的现象称为 铁磁体的形状各向异性，是由退磁场引起的。 试样在内部和外部存在外加磁场的同时，还存 在由于物体表面上的表面磁荷所形成的附加磁场， 此附加磁场与磁化方向相反，称为退磁场。
第三节 铁磁性的微观理论
退磁能增加，必然要限制自旋磁矩的同向排列，若晶体分为两个反向 磁化区(磁畴)，可使退磁能大大降低（b） 封闭磁畴时，可使退磁能降为零 （c） 闭合磁畴的出现，一方面使退磁能下降为零，另一方面由于闭合磁畴 和基本磁畴的磁化方向不同，产生一定的磁致伸缩能（磁畴越大，伸缩能
越大）封闭式磁畴结构需要由较小的磁畴构成，弹性能才可能更低（d）
第三节 铁磁性的微观理论
2、交换作用模型与交换作用积分 对N个原子的系统，其交换作用能为
H ex Aij i j
i , j 分别是第i,j 个电子的自旋角动量。考虑到交换作用
i, j
N
只能在最临近之间发生，距离远的原子之间，Aij=0, 所以 Aij只需考虑Ai,i±1, 并统一用A表示，则交换作用能可写为
第一节
顺磁性
基本磁学性能
产生条件：原子的固有磁矩不为零
顺磁物质磁化率是抗磁物质磁化率的1-1000倍，顺磁物质中抗磁性被掩盖了。
第一节
居里定律
基本磁学性能
少数物质原子的磁化率与温度成反比（即服从居里定律）

C T
相当一部分固体顺磁物质，原子的磁化率与温度的关系由居里-外斯 （Curie-Weiss）定律表示
2
rij是第i,j个电子之间的距离，
ri,rj是第i,j个电子与其原子核之间的距离。
i (ri ), j (rj ), i (rj ), j (ri )
其交换后的波函数。
是i、j电子在其原子核附近和
第三节 铁磁性的微观理论
海森堡指出：
交换作用积分A>0 是产生自发磁化 的必要条件。
一些金属和合金 的交换积分：a是 原子间距，r是3d 或4f电子的轨道 半径。
程度可以用原子固有磁矩（矢量）的总和表示。单位体积磁矩称为磁化
强度M
P M
V
m
磁化强度M(附加磁场强度H’）不仅与外加磁场强度有关，也与物质本
性，磁化率（χ
）有关，
即：
M H B （H M） （ ）H 0 r H H 01 0
第一节
二 物质磁性的分类
第三节 铁磁性的微观理论
技术磁化的微观机制
畴壁迁移+磁畴旋转
第四节 铁磁性的影响因素
外因：
温度、应力、加工硬化、晶粒细化等
内因：
成分、组织结构（固溶体、化合物和多相合金） 组织敏感参数：与技术磁化有关的量，Hc、μ 、χ 、Br 组织不敏感参数：与自发磁化相关的量，Ms、K1、Tc和λs
磁滞损耗
磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周 所产生的能量损耗
退磁曲线
磁滞回线中，第二象限部分也称为退磁 曲线。最大磁能积、隆起度(凸出系数)、
回复系数 软磁材料（Hc小χ 很大），硬磁材料或永 磁材料（Hc很大而χ很小）
第二节 铁磁性的宏观表征
动态磁化（交变磁场）
磁场强度是周期变化的，磁感应强 度也跟着周期对称地变化，变化一 周构成的曲线称为交流磁滞回线
第二节 铁磁性的宏观表征
磁致伸缩
铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称 为磁致伸缩（包括伸长，即正磁致伸缩和缩短，即负磁致伸缩）。磁化 引起机械应变，应力也影响铁磁材料的磁化强度。因此，把磁化强度和应 力相互作用的效应统称为磁致伸缩。 单晶体的磁致伸缩具有各向异性。 对于正磁致伸缩，可加强拉应力方向的磁化；对于负磁致伸缩，可减 弱拉应力方向的磁化。
Prius混合动力汽车及其永磁同步电机
第一节
一 基本磁学量
磁性基本概念
1、磁场强度、磁感应强度和磁导率
一根通有I（A）直流电的无限长导线，在距导线中心r（m）处 产生的磁场强度（H）为
H
I 2r
材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在其内部产生一定 的磁通量密度，称为磁感应强度B
金属的剩磁现象。要使B值继续减小，必
须加一个反向磁场-H，当H等于一定值Hc 时，B=0。Hc为去掉剩磁的临界外磁场， 称为矫顽力．
反向磁场继续增大，B将沿着de曲线变化为
-Bs． 从-Bs改为正向磁场，随着磁场强度的增大， B沿efgb曲线变化为+Bs
第二节 铁磁性的宏观表征
磁滞效应
磁感应强度的变化总是落后于磁场强度 的变化 是铁磁材料的重要特性之一 磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合 回线，称为磁滞回线
第三节 铁磁性的微观理论
铁磁性主要起因
是在这类物质内部形成 许多自发磁化的小区 域——磁畴。每个磁畴
大约有1015个原子。对
磁畴中原子磁矩自发沿 同一方向排列，有几种 不同的理论解释。
第三节 铁磁性的微观理论
磁畴结构
自发磁化相同的区域
第三节 铁磁性的微观理论
畴壁
磁畴间的边界或者过渡层，有一定厚度，磁化方向逐步改变
第九章 材料的磁学性能
磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状 态的功能,是极其重要的功能材料 概述
第一节 磁性基本概念
第二节 铁磁性的宏观表征 第三节 铁磁性的微观理论 第四节 影响铁磁性的因素 第五节 磁性材料及其应用
第六节 磁化曲线和磁滞回线的测量
概
述
我国是发现并最早应用磁现象的国家。 磁现象的发现要比电现象早得多。公元前六、七 世纪（春秋战国时期），就发现磁石吸铁现象。 东汉时期，发明了磁性指南器具～“司南”； 十一世纪北宋时，发明了“指南针”。
Ek K 0 K1 ( 2 2 2 2 2 2 ) K 2 2 2 2
K1和K2为各向异性常数，K2小可忽略，因此，把K1视为磁晶各向异 性常数。 磁晶各向异性常数的大小关系到磁化的难易程度。高磁导率的软磁 材料K1要小，而大矫玩力的硬磁材料要求K1要大
H ex 2 A i j
第三节 铁磁性的微观理论
其中Aij为任意两个原子中的电子的交换作用积分
Aij i* (ri ) * (rj )Vij i (rj ) j (ri )d i d j , j 1 1 1 Vij e ( ) rij ri rj 式中
180o畴壁：一个易磁化轴上有两个相反的磁化方向 90o 畴壁：易磁化轴互相垂直