《磁性物理》第六章技术磁化理论

第六章技术磁化理论第一节磁化过程概述第二节可逆壁移磁化过程返回第七节剩磁第六节反磁化过程、磁滞与矫顽力第三节可逆壁移的起磁化率第四节可逆畴转磁化过程第五节不可逆磁化过程结束放映前言习题磁化过程：磁体在外场作用下，从磁中性状态到饱和状态的过程。技术磁化：在缓慢变化或低频交变磁场中进行磁化。（所考虑的是磁化已经达到稳定状态的问题）获得磁中性状态的方法：交流退磁：无直流磁场，对磁体施加一定强度的交变磁场，并将其振幅逐渐减小到零。热致退磁：将磁体加热到Tc以上，然后在无H时冷却下来。第一节磁化过程概述一、磁化曲线的基本特征抗磁性、顺磁性、反铁磁性的磁化曲线均为一直线。铁磁性、亚铁磁性磁化曲线为复杂函数关系。磁化曲线可分为五个特征区域：1、起始磁化区H很小，可逆磁化过程M＝χiHB＝μ0μiH（μi＝1+χi）2、Rayleigh区仍属弱场范围，其磁化曲线规律经验公式：H起始磁化区陡峭区趋近饱和区Rayleigh区M瑞利常数）:()(202bbHHBbHμμbHHMiii3、陡峭区中场H范围。M变化很快。是不可逆磁化过程，发生巴克豪森跳跃的急剧变化，其χ与μ均很大且达到最大值——又称最大磁导率区。4、趋近饱和磁化区强H，M变化缓慢，逐渐趋于技术磁化饱和。符合趋于饱和定律：与材料形状有关、其中baHHaHaMMps215、顺磁磁化区需极高的H，难以达到。在技术磁化中不予考虑。二、磁化过程的磁化机制种基本机制。即磁化过程可归纳为两）顺磁磁化（度变化导致的磁化，即饱和磁化强）；第三项为由磁畴内即磁畴转动（磁化变化导致的）；第二项为夹角相当于畴壁位移（致的磁化，一项为磁畴体积变化导上式右边求和符号内第变时，相应的磁化强度改当磁场改变：方向磁化强度沿转动位移顺磁转动位移顺磁转动位移,coscoscoscosMMMMMMMMMMVVMVMMHVMMMHHiisiiiisiisHiiisHH转动位移转动位移HMHMHMH1、磁化过程大致可以分为四个阶段：(1)、可逆磁化阶段：若H退回到零，其M也趋于零。同时存在：a、畴壁位移（金属软磁材料和μ较高的铁氧体中以此为主）。b、磁畴磁矩转动（在μ不高的铁氧体中以此为主）。(2)、不可逆磁化阶段主要指不可逆壁移(3)、磁畴磁矩的转动此时样品内壁移已基本完毕，要使M增加，只有靠磁畴磁矩的转动来实现。一般情况下，可逆与不可逆畴转同时发生与这个阶段。(4)、趋近饱和阶段ΔM很小，M的增加都是由于磁畴磁矩的可逆转动造成的H起始磁化阶段磁畴磁矩转动阶段趋近饱和阶段不可逆磁化阶段M2、反磁化过程磁滞回线铁磁体的不可逆磁化磁滞磁滞回线HMOMr-HC+HCMm第二节可逆壁移磁化过程一、壁移磁化机制在有效场作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化。其实质是：在H作用下，磁畴体积发生变化，相当于畴壁位置发生了位移。1800壁位移磁化过程如图：高低HMHMFHMHMFssHkssHi00000180cos0cos说明H作用下，壁移磁化的物理本质是畴壁内每个磁矩向着H方向逐步地转动1、壁移磁化的动力设单位面积的1800壁，在H作用下位移Δx。00000000cos0cos1802018022sHsssHssMxFMxHMxHMxHxPFPxMxHPxPMHH有的磁矩从转到磁矩的磁位能改变：可以认为在方向对壁有力的作用（压强为）由：得：（外力）壁移的动力是2、壁移的阻力壁移过程中，由铁磁体的内部能量发生变化，将对壁移产生阻力。阻力来源于铁磁体内的不均匀性。①内应力起伏的分布：disisFKAEF234sin23112②成分的起伏分布（如杂质、气孔、非磁性相）壁移时，这些不均匀性引起铁磁体内部能量大小的起伏变化，从而产生阻力。二、应力阻碍畴壁运动的壁移磁化（应力理论）当铁磁体内存在不均匀性的内应力时，壁移时将会在磁体内引起磁弹性能与畴壁能变化。22222sin231cos230cos23cos23cos23sssssFF的一般磁化方程）应力模型中，壁移过程得：由而(00232/0)(1xFFFFFFFFFFFFFKxSxxSSxFSEHHHs即：壁移磁化处于稳定状态时，动力＝阻力。1、1800壁移磁化方程Fσ对1800壁移不构成阻力，阻力主要来自于应力起伏引起的畴壁能密度改变。xHMHMHMHMFxFssssHH00000022180cos0cos而2、900壁移磁化方程设内应力起伏引起的Fσ影响大于Eω，阻力主要来自于磁弹性能的增加。0000020200cos0cos90333cos90cos022232HHssssssssFFFMHMHMHFMH三、含杂理论杂质的作用：杂质的穿孔作用：畴壁位移经过杂质处时，畴壁面积变化引起畴壁能的变化，从而对壁移形成阻力。退磁场作用：壁移时，杂质周围退磁场能发生变化，会形成对壁移的阻力。实际材料中，若杂质尺寸很小且Ms低，则杂质对壁移形成的阻力作用主要为穿孔作用引起的畴壁能变化，故可略去退磁场作用。SxFxSSFFFFFxSSxsSxFHHHln0得：由即：壁移磁化过程中磁位能的降低等于杂质穿孔导致的畴壁能的增加。SxHMSxHMssln90ln218000////00壁移磁化方程：壁移磁化方程：第三节可逆畴壁位移的起始磁化率精确计算χi非常复杂，只能在某种程度上作出假定的模型下计算的。但计算结果能反映磁化过程中的物理本质，且与实验现象相符，并能为改善磁材性能指出明确方向。计算方法是：先从畴壁位移平衡条件δF=0建立磁化方程，再分别得到∂H/∂x与∂MH/∂x，最后由：xHxMdHdMHMHHHHHi00来计算χi。sssMxxHxxHMxHM0222200222而单位面积畴壁移动x时，H方向磁化强度增加为：o0coscos1802cos1800osssMMxMx（在壁移中）一、应力模型决定的χi1、180o畴壁位移∴磁化过程中产生的磁化强度为：HMSxMxHxMSMxMSxSMSxMMHHHiSHiSHSsHlim00//2220////////42:(2cos2）单位体积中磁畴总面积∴由H→0和ΔH→0相当于磁中性状态γω=极小值。xKxxSxMxxsSio232400122//222018022⑴、求极小lxnlnxxxlnxxllxxlxxxxxoss43,043:1800,0432cos222sin218033o2222可设畴壁起始位置：极小）处。（均可满足壁可能在时，当中内应力设slxslxlxx224322432263⑵、求S//设畴宽D=l，单位体积内有1/l个畴与畴壁，S//=(1×1)×1/l=1/l∵σ(x)的每个极小值处并不都有180o壁ssiiiissiMlMlxllS202180180180180202180//321131,32,100000　　　对多晶体：称作充实因子极小值的位置数目实际存在的畴壁数目2、90o壁移（采用相同处理）0002090003232cos0cos90322sin090ssssooHsssHssisMHHxMxMMMxSMxSMMSxMMHSxxxxxxl而⑴、求：，（在的各处均有畴壁存在）000000002200909090002090900222cos22:2211212,3392113xxssiiisssiisxxlllSlDlSllMMM⑵、求设畴宽单位体积中有个畴与畴壁单位体积中　二、含杂理论决定的χi计算过程：先写出含杂理论的χi表达式，再假设一个具体的杂质分布模型来计算。//220//////0o00////00ln2ln2180ln:90ln2180SxMxHSxHMSxHMSxHMssss壁为例：以壁壁：磁化方程////20//2180////2202902224ln()lnooHsHssHisiMMSxMMSxMMHSSxxxMSSx而现在考虑求畴壁面积S//：设杂质分布为简单立方点阵，点阵常数为a，杂质为直径为d的球粒。则H=0时，畴壁总面积最小，在杂质中心处Ew最小。H≠0时，畴壁离开中心处，总面积增加，Ew增加。若杂质点阵中一个单胞内壁移x，被杂质穿孔后的畴壁面积为：22222222222222111ln22,4aaxSSxSSxxSxSxxSxdaaSxdaS很小）且，（对于180o壁，由于并非所有杂质处都有畴壁。aMaMaDSaDDDasiisiooo//20180180//20180//3231211)(1)(,单位体积中：单位体积中畴壁数为而又为磁畴宽度充实因子32090902090902090//201801806a113311211adaMaMaMaMsiisiisisiiooooooo铁磁体总体积杂质原子总体积表示。用，则可将若引入杂质的体积浓度同理：13131////112230//1/31801/312201/3901/31632226oosssissidaKKMMKdMMKd而（含杂理论忽略应力作用）～～可见：材料内部存在杂质、气泡或内应力，均会影响到畴壁能的大小变化，导致对壁移产生阻力。由于铁氧体中的不均匀变化比金属磁性材料严重，故铁氧体的μi一般较金属材料低。在壁移磁化中要获得高的χi（或μi），需满足1、材料饱和磁化强度Ms高。2、K1、λs要小。3、材料结构完整、均匀且晶格形变小（内应力要低）。4、材料含杂少。3/1//1203118011)23(623(