实验讲义-用振动样品磁强计测量磁性测量磁性能

实验报告

实验讲义

用振动样品磁强计测量 铁氧体永磁磁性能

吉林大学物理实验中心

实验报告

第一节 预备知识

一 物质磁性

磁性是在自然界所有物质中广泛存在的一种物理性质。任何物质放在磁场H中，都会或多或少地被磁化。通常用磁极化强度J或磁化强度M（J、M为单位体积内的磁矩，J 0M）表示磁化状态，即磁化的方向和磁化程度的大小。M H， 为磁化率。磁感应强度B J 0H或B 0(M H)。依据 的正负和大小，物质磁性体可以分为抗磁性，顺磁性，铁磁性，反铁磁性，亚铁磁性和磁性玻璃等。 1.抗磁性

抗磁性物质没有固有的原子磁矩，磁矩是被磁场感应出来的，所以磁矩方向与磁场方向相反，即磁化率 是负的。抗磁性物质磁化率 的数值很小，约为10-6。在一般实验室条件下， 与H和温度T无关。在超导体内，B 0(H M) 0，因此 1。这个现

象称为Meissner效应。 2．顺磁性

顺磁性物质中原子或离子具有固有磁矩，磁矩间相互作用很弱，没有外磁场时，磁矩在热扰动作用下混乱排列，宏观磁化强度为零。在磁场中，磁矩受到力矩的作用向磁场方向转动，在磁场方向显现出宏观的磁化强度，所以顺磁性磁化率为正。然而由于磁矩在外磁场中

~10 5。在一般实验室的磁场中， 与H

CC

无关，但与温度满足Curie定律 或Curie-Weiss定律 ，C和 C分别为

TT C

的位能远比热能小，磁化很弱， 大小约为10Curie常数和顺磁Curie温度。 3. 铁磁性

铁磁性物质具有固有磁矩，并且磁矩之间存在较强的相互作用，虽然不存在外磁场，所

有的磁矩也都沿着同一方向排列，形成自发磁化。为了降低退磁场能，铁磁体内部分成多个磁畴。在磁畴内，所有磁矩平行排列，自发磁化到饱和值Js。不同磁畴的磁化方向不同，没有磁化的样品总体磁化强度为零。磁畴之间存在畴壁，在畴壁内沿着厚度方向磁矩从一个磁畴的磁化方向逐步过渡到近邻磁畴的磁化方向。铁磁体的磁化主要是通过畴壁位移和磁矩转动两个过程进行。

铁磁性的磁化率 大的多，约为10~10。 对H和T的依赖关系很复杂，一般用J (或M、B)与H的关系 J(H)（或M(H)、B(H))描写其磁性。

由图1可以看出，J不是H的单值函数，而是与H变化的历史有关；存在磁滞现象，J的变化落后于H的变化。热退磁的样品按曲线a（称为初始磁化曲线）磁化饱和后，减小磁化场H，磁极化矢量J并不按原路返回，而是比磁场H的变化滞后（曲线b）。当H减小到零时，样品还保留着一定的磁极化强度Jr，Jr称为剩磁。只有在反向加上一定的磁场

7

6

Hc，磁极化强度才降为零，iHc称为内禀矫顽力。继续增大反向磁场，样品逐渐在反向趋近饱和。改变磁场从负的最大值到正的最大值，J按着与曲线b对称的曲线c变化，曲线b和c构成的闭合曲线叫磁滞回线。在第二象限(J>0, H<0)，从（0，Jr）到（ iHc，0）的一段曲线称为退磁曲线。由公式B J 0H或B 0(M H)可以得到与J(H)相似

B

的B(H)曲线。在B(H)的初始磁化曲线上， 称为磁导率。磁导率是衡量软磁材料

H

i

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性能的一个重要的指标。在B(H)的磁滞回线上，H 0处的Br也称为剩磁，Br Jr，

B 0处的磁场的绝对值称为矫顽力Hc, Hc<iHc，在第二象限，任一点的B与H的乘

积的绝对值(BH)（该点下的面积）称为该点的磁能积，(BH)max为一系列(BH)值中的最大值，叫最大磁能积。最大磁能积代表了磁体单位体积内存储的能量，是衡量永磁材料性能的一个重要指标。

图1，铁磁性样品的初始磁化曲线（a）和磁滞回线（b、c）

随着温度的提高，磁畴内原子磁矩的平行排列被热运动破坏，自发磁极化强度Js减小，在Curie温度Tc处近似为零。在高于Tc的温度呈现顺磁性，满足Curie-Weiss定律。 常温下只有过渡族金属Fe、Co、Ni和稀土金属Gd具有铁磁性。其它铁磁性物质大部分是含有上述四种金属元素的合金和化合物，如SmCo5、Nd2Fe14B等永磁材料和坡莫（Fe－Ni）等软磁材料。 4．反铁磁性

反铁磁性物质的原子有固有磁矩，有两个或多个次晶格。在同一个次晶格内原子磁矩平行排列，不同次晶格的原子磁矩取向相反，总磁矩等于零。反铁磁性存在Néel温度TN，在在TN以上变为顺磁性，满足Curie-Weiss定律 TN以下， 随温度的升高增加，

因此 在TN处存在最大值。反铁磁性的磁化率 约为105. 亚铁磁性

亚铁磁性的磁矩排布和反铁磁性类似，在一个次晶格内磁矩平行排列，不同次晶格间磁矩反平行，但次晶格的磁矩大小不同，不能完全互相抵消，自发磁化强度不等于零，显示出的宏观磁性与铁磁性类似，但饱和磁化强度一般小于铁磁性。当温度提高到Néel温度TN时转变为顺磁性。这种顺磁性的 (T)关系比较复杂。

具有亚铁磁性的典型材料有尖晶石铁氧体、磁铅石铁氧体、石榴石铁氧体及重稀土-3d过渡金属化合物。 6. 磁性玻璃

在这种磁性物质中，磁矩即不平行也不反平行排列，是无规则的非共线结构。属于这个磁性的有散铁磁性，散亚铁磁性，散反铁磁性，自旋玻璃等。

4

C

，

T TN

~10 1。

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具有自发磁化的铁磁性、亚铁磁性、散铁磁性、散亚铁磁性统称为强磁性。目前能够应用的磁性材料绝大部分是磁化强度大、磁性转变温度高的强磁性物质。3d、4f磁性元素是这些材料的基本组成。抗磁性、顺磁性、反铁磁性、散反铁磁性等弱磁性物质，以及磁化强度小或磁性转变温度低的强磁性物质还没有被应用。

二，磁性材料 1， 软磁材料

软磁材料是这样一种磁性材料，加上磁场时，它们很容易被磁化；去掉磁场，又很容易退磁。这类材料主要应用于电机、变压器等要求磁通密度（B）随磁化场的变化而变化的场合，因此对这类材料的要求主要是高磁导率、低矫顽力、低损耗。因为交变的磁场会产生涡流，因此要求软磁材料有尽可能高的电阻率以降低损耗。常用的软磁材料有纯Fe、Fe－Si合金、坡莫合金（Fe－Ni）、非晶和纳米晶合金以及Mn-Zn和Ni－Zn铁氧体等。

2，永磁材料

与软磁材料相反，对永磁材料的要求是饱和磁化去掉磁化场后，能够保留尽可能多的磁性。因此除了要求高的饱和磁化强度Js外，还要求有尽可能高的矫顽力iHc和较好的方形度，从而得到高的最大磁能积(BH)max。(BH)max代表单位体积内存储的磁场能量。永磁体常用于永磁磁路，在给定气隙中产生磁场。当气隙的体积和永磁体的体积确定后，气隙中磁场强度的平方与(BH)max成正比。因此(BH)max是衡量永磁体性能的最重要的参数。常用的永磁材料有永磁铁氧体，铝镍钴，SmCo5、Sm-Co-Cu-Fe-Zr和Nd-Fe-B等稀土永磁。

实验 用振动样品磁强计测量磁性材料磁性能

实验目的：

1 了解振动样品磁强计的测量原理，了解锁相技术概念，鞍点的概念及鞍点调整方法，掌握VSM定标方法。

2 掌握软磁、永磁材料的概念及两类材料主要技术特征和测量、数据处理方法。

实验原理

振动样品磁强计（VSM）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。与一般的感应法不同，VSM不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂 …… 此处隐藏：4536字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……