磁性陶瓷

磁性材料按其导电性差异,可分为金属和铁氧体磁性材料两大类,磁性陶瓷(Magnetic Ceramics)也是先进陶瓷材料中极其重要的一类,可分为含铁的铁氧体(Ferrite)陶瓷和不含有铁的磁性陶瓷。它们多属于半导体材料,电阻率为(10~97)x10Ω·m,是现代电子技术中不可缺少的一种材料,用它们代替低电阻率的金属和合金磁性材料,可以大大降低涡流损耗,适用于高频场合。磁性陶瓷的高频磁导率(Magnetic Permeability)也较高。这是其他磁性材料所不能比拟的。铁氧体的最大弱点是饱和磁化强度比较低,大约只有纯铁的1/3到1/5,居里温度(Curie Temperature)也不高,不宜在高温或低频大功率条件下工作,尽管如此,它们在现代无线电电子学、自动控制、微波技术、电子计算机、信息储存、激光调制等方面都得到了广泛的应用。

就材料的磁性而言,可以根据材料的磁化率大小来分类,可分为三类,分别是顺磁性、抗磁性和铁磁性(强磁材料)。

1.顺磁性和抗磁性

在具有未成对的电子的原子、分子或离子中,由于具有未成对电子而具有磁矩(Magnetic Moment),这种磁矩是由于未成对电子的轨道运动和自旋运动共同提供的。这类物质就称为顺磁性。在顺磁体上加上磁场,磁矩则按磁场方向排列,这种现象称为磁化。磁化强度与磁场强度成正比,去掉磁场,则磁化为零。

2. 铁磁体和反铁磁体

在顺磁体中,磁矩的方向杂乱,所以未加磁场时,不被磁化,而对铁磁体(Ferrogmagnet),在无外磁场时,磁矩也向同一方向整齐地排列。此时即磁化或产

生了自发磁化Sponaneous Magnetization),简单地说是形成了所谓的“磁石”。在铁磁体中,使磁矩整齐地排列的能量比搅乱其排列的热运动的能量还大。当对铁磁体加热时间,由于温度提高而增加了热运动的能量,致使磁矩整齐排列的方式受到干扰,因此变为顺磁体,人们把顺磁体和铁磁体相互转化的温度称为居里温度或居里点。

磁性陶瓷

 

3. 磁畴和磁畴壁

在没有外磁场的情况下,铁磁质中电子自旋磁矩可在小范围内“自发地”排列起来,形成一个个小的“自发磁化区域”称为磁畴,在没有外磁场作用时,各磁畴中分子磁矩取向各不相同。磁畴的这种排列方式使磁铁处于能量最小的状态。因此没有磁化的铁磁质各磁畴的失量之和相互抵消,对外不显磁性。磁畴之间的界面即称为磁畴壁。

4. 磁化和磁滞

未磁化前磁畴具有不同磁化方向,各磁畴的矢量之和相互抵消(M=0)。若在铁磁体加

外磁场、此时,其中一些与外磁场方向接近一致的磁畴长大,其他磁场方向磁畴变小。增大外磁场强度,磁进一步长大,此时M较大;但其磁化方向和外磁场方向也不完全相同,即使成了单畴磁区也是如此。

5. 磁致伸缩常数和磁晶各向异性常数

当有一外加磁场平行于一棒状样品轴线进行磁化时,磁场一方面克服各向异性能将磁矩取向于外磁场方向;另一方面棒的长度也将发生变化。磁致伸缩常数λs是铁磁性材料内在特性参数之一,当棒伸长时,λs>0;当棒缩短时,λs<0。

大多数铁磁性材料λs<0,且数量级在10-5~10-6。

磁晶各向异性常数K1是铁磁性材料内在特性参数之一。磁晶体磁化各个方向的程度是不一致的,存在着易磁化方向和难磁化方向,通常把磁化难易程度与晶体对称性相关现象称为磁晶各向异性。晶体对称性不同,K1值不同,如尖晶石,K1<0。

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