1、铁磁质的特性及其应用摘要：铁磁质材料被普遍的应用于人们的社会生活和生产中。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，其主要有三个特点：高导磁率、非线性和磁滞。工程技术中仪器设备，大的如发电机和变压器，小的如电表铁心和录音机磁头等。都要用到铁磁材料。对铁磁质特性研究，能够指导它的应用，为现代技术的发展提供借鉴。一般磁介质可以分类三类，分别为铁磁质、顺磁质以及抗磁质，而铁磁质又因为矫顽力的大小不同，将铁磁材料分成软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。关键词：铁磁质；磁介质；特性；应用目 录摘要 1关键词 1目录 21.绪论 31.1 研究背景 .41.2 磁性材料的特性及分类 .61.2.1 磁性材料的概述
2、 .61.2.2 铁磁质的特性 .72.铁磁质的应用 .103.结论与启示 .13参考文献 .141.绪论1.1 研究背景生命科学、信息科学和材料科学已成为 21 世纪新技术革命的三大支柱学科。国民经济的各部门和高技术领域的发展都一定会受到材料发展的制约或推动.材料科学技术为建设现代工业和农业提供基础物质保障，为传统产业的转型和高技术产业的崛起提供关键技术，也为国防建设提供重要的基础物资保证.其实，新材料的发展水平已经成为度量一个国家高技术水平高低和综合国力强弱的重要标志，新型材料的出现和发展往往会给科学技术的进步，乃至整个社会的发展和经济的提升产生重大的影响，使人类的主观能动性跟高，把人类支
3、配自然的能力提高到一个更高的水平。材料一般可以粗略的划分为功能材料和结构材料。功能材料涉及的范围非常广泛，一般指那些具有特定物理、化学或生物学性质的材料。根据能量的转换，它可以作为一种把输入能量传递或转换成其他形式能量的功能元件.一般说来，材料的结构性以原子尺度内部不发生变化为特征，以力学性能为主要要求，用以制造各种机器零件和工程结构的一类材料。，而材料的功能性通常为原子内部的电子以至原子核间的交互作用而表现出来的特性.例如，材料的磁性决定于原子中次壳层电子是否被填满以及它们之间因“交换作用”产生不同原子取向的结果.因而有抗磁体、顺磁体和铁磁体之别。由于微观结构的差异.材料的铁磁性中又可区分为
4、永磁、软磁、矩磁和旋磁等。功能材料按材料的主要使用性能大致可分为 9 种类型:电学功能材料、磁学功能材料、光学功能材料、声学功能材料、力学功能材料、热学功能材料、化学功能材料、生物医学功能材料、核功能材料。这些功能材料还可按在具体应用中所发挥的效能和作用进一步分类在这些功能材料中磁性材料的应用非常广泛，己经从传统的技术领域发展到高新技术领城;从社会生产扩大到百姓家庭:从单纯破学范围.拓展到与磁学相关的交叉学科领域，其广度和深度比其他功能材料都要大得多。就进性材料直接应用的领域看，可以概括为家用电器、自动控制、仅器仪表、通讯、电力、信息、能源、生物工程、空间研究、海洋研究、军事以及科学研究等方面
5、.就与磁性材料相关的学科来看.如生物磁学、地磁学、天休磁学、原子核磁学、基本拉子磁学乃至于徽波磁学、磁流体学、磁勘探、磁化学等。从以上的讨论可以看到，磁性材料在工农业生产、日常生活和现代科学技术各个领域都有着重要的应用，进性材料已经成为功能材料的一个重要分支。因此，从研究物质破性及其形成原理出发，探讨提高磁性材料性能的途径、开拓磁性材料新的应用领城已经成为当代磁学的主要研究方法和内容.对磁性现象的认识可以追溯到遥远的古代 131 我国是最早发现和应用这一现象的国家。早在春秋时代的管子、战国时代的吕氏春秋中就有关于“慈石”和“慈石召铁”的记载，在大约公元前 4 世纪又有关于天然磁铁矿(即 Fe3
6、04)的记载，在公元前 3 世纪，我国发明了指南器(司南)。国外关于磁性的记载，始见于公元前 6 世纪希腊人泰利斯的著作。对磁性现象的深入理解是从丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应开始的。法国物理学家安培在对电流之间的相互作用进行大盘研究的基础上提出了“分子电流”是物质磁性起源的假说，这一假说对于后来理解原了的磁性有互要的愈义。1831 年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应定律，使人们对进与电的内在联系有了更深入的认识。对磁性体本身内在规律的研究始于 19 世纪末.法国物理学家居里在这方面做了开创性的工作。他不但发现了铁磁性存在的临界沮度(后来称为居里温度)，确立了在临界温度以上顺磁进化率与温
7、度的关系，还在总结大最实验结果的基础上指出了抗磁性和顺磁性的存在并提出居里抗磁性定律和居里顺破性定律。尔后，朗之万将经典统计理论应用于具有固定原子磁矩的系统，导出了居里定律。对顺磁性做了唯象解释.不久，外斯又在朗之万理论的墓础上提出了两个假说:分子场假说和磁畴假说。后来，这两个假说被发展成为研究物质铁磁性的两大分支。然而，关于原子具有一定大小磁矩的假说在经典物理学的范围内是无法接受的.因为范列沮己经证明了:从经典力学出发的统计物理学不可能得出存在着平均磁矩的结论。因为在任何磁场中，材料的磁矩恒等于零，而与电子在材料中具体的运动形式无关。换句话说，如果材料中的电子遵循经典物理学定律，则外加磁场与
8、任何材料中的电子之间无相互作用。这就是说经典物理学既不能阐明抗磁性，也不能闸明顺磁性，更不能阐明铁磁性。1.2 磁性材料的特性及分类1.2.1 磁性材料的概述磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、磁电式仪表、电子汁算机、徽波器件等各方面技术要求的金属、合金以及铁氧体化合物材料。进性材料和磁学不但在现在有多方面的发展和重要应用，而且也有悠久的历史和广泛的应用领域。磁现象广泛存在与自然界之中，从微小的基本粒子到宏观的宇宙天体，无不具有磁性.严格地说，一切物质都有磁性，只是强弱程度不同而已.从微观本质上说，物质的磁性都来源于原子中的电子自旋磁矩.大盆的科学研究表明，任何物质都具有磁性
9、，只是有的磁性强，有的磁性弱;任何空间都存在磁场，只是有的磁场高，有的磁场低!19 世纪以前，只认为极少数物质有磁性，其他绝大多数物质都无磁性.到19 世纪中叶，在自然科学特别是电学和进学发展的基础上，从科学实验中观侧到所研究的物质在磁场中都会受到磁力的作用，一些物质受到的磁力很弱，而且受力方向是在磁场强度减弱的方向，好像是对抗磁场的作用，因此把这种磁性称为抗磁性:另一些物质受到的磁力虽也很弱，但受力的方向却是在磁场强度增强的方向，好像是顺着磁场的作用，因此把这种磁性称为顺磁性:只有少数物质，如铁、钻、镍和它们的一些合金才在磁场中受到很强的磁力吸引作用.由于这些物质的强进性首先是在铁和含铁合金
10、中观侧到的，因此称这种磁性为铁磁性.目前大量应用的是强磁性物质。简称进性材料.磁性材料包括铁磁性材料、亚铁磁性材料和旋磁性材料，例如各种金属磁性材料是铁磁性材料，多种氧化物磁性材料是亚铁磁性材料.19 世纪末到 20 世纪初，一些物理学家总结了大最的物质磁性试验结果，提出了若干物质磁性的规律和理论.例如，居里抗磁性定律，居里顺磁性定律，朗之万顺磁性理论，外斯铁磁学学说等.正是这些物质磁性的规律和理论，大大促进了磁性材料在实际中的应用和进一步的发展。目前磁性材料几乎已进入到人类活动的各个领域，并已成为现代化电力和电子工业的重要基础。磁性理论及其应用，也在自然科学领域中成为重要的分支。特别是对磁有
11、序与非磁因素棍合的研究，如磁电效应、磁热效应及磁弹效应等等。又将磁性理论及应用推向了新深度和广度，使其成为探索物质结构有关信息的重要手段.并与信息的获得、传愉和存储提供新的更加有效的途径.磁性材料是功能材料的重要分支.利用磁性材料$1.,成的磁性之器件其有转换、传递、处理信息、存储能最节约能源等功能。广泛地应用于能源电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿等领域，尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分，信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展，从而对磁性材料提出了更高的标准.要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久
12、性、抗震动和低成本的特点，特别是纳米材料在信息技术领域日益显示出具有的重要性。铁氧体磁性材料在国防及其他领域中的应用日益广泛。徽波信息对人类的生活优化具有重要的作用。但是，徽波辐射对人类的身心健康存在着不可忽视的危害.近年来，铁氧体磁性材料在微波吸收及磁记录方面发挥了重要作用，显示了巨大优势.铁氧体徽波吸收剂在吸收雷达波、减少电磁波对侧试信号的干扰和保护人体免受徽波辐射的侵害方面得到了广泛应用;铁氧体磁性材料以其离频损耗小、密度高、耐磨及寿命长等优点而倍受青睐。1.2.2 铁磁质的特性在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质。磁介质在磁场作用下的变化叫做磁化。铁磁质是一种性能特
13、异、用途广泛的磁介质，铁、钻、镍及其许多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)都属于铁磁质。铁磁质的主要特点有三个方面:高导磁率;非线性;磁滞。高磁导率是铁磁质应用特别广泛的主要原因。从铁磁质的性能和使用方面来说，它主要按矫顽力的大小分为软磁材料和硬磁材料两大类:矫顽力很小的叫做软磁材料，矫顽力很大的叫做硬磁材料，矫顽力小就意味着磁滞回线狭长，它所包围的“面积”小，从而在交变磁场中的磁滞损耗小;矫顽力大说明磁质回线接近矩形，它所包围的“面积”大，从而在交变磁场中的磁滞损耗大。对于铁磁材料的磁滞损耗可以计算出来，当磁场强度变化完整的一周期时，每立方米的总能量损失是由磁滞回线的面积来代表的，每个周期的这种
14、能量损失可更具体地用数学表示为：从上式可看出，磁滞回线的面积越大，磁滞损耗越大。铁磁性，是指一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象的性质。什么是自发性的磁化现象?简单的说，对于某种材料而言，他们受到外界磁场的影响而被磁化，然而当外部磁场取消之后却依然能够保持这种磁性，那么我们就说，这种材料具有自发性的产化现象，也就是具有铁磁性了这样说来，就可以很容易地把永久磁铁和这种性质相联系吧?是的，永久磁铁都具有铁磁性或亚铁磁性。在磁场的作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒介叫做磁介质。磁介质在磁场作用下的变化叫做磁化。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，铁、钻、镍及其许多合金、稀上族金属(在低温
15、下)以及含铁的氧化物(如 Cr0 2)等铁介质都属于铁磁质.磁场对磁场中的物质的作用称为磁化，在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。磁化后介质内部的磁场与附加磁场和外磁场的关系为(B 是总磁感强度，Bo 是外加磁感强度，B是附加磁感强度):（1）顺磁质的磁化顺磁体的特征是组成这些物质的原子具有恒定的与外磁场无关的磁矩，在无外加磁场(H =0)时，由于热运动的扰乱作用，这些恒定的原子磁矩没有特定的取向，只有引入和加大磁场时，磁化强度才开始产生并逐渐增长。如果磁场不很强，以致分供休的磁拒 u 在磁场中的能最 与它们的平均热能kT 相比小，即 顺磁体的磁化强度随外磁场的值成比例的增长顺磁磁化率 X.按
16、照居里定律随着沮度而变化其中，上式中 C 是居里常数。这个规律最早是由朗之万用经典的热力学方法导出，他没有考虑原子之间的相互作用，只认为每个分子具有固有磁矩声，类似于理想的由磁针组成的经典气体，他推出的顺磁磁化率 Xm为但只有少数几种顺磁体(如 02 , NO)准确符合这个定律，大多数顺磁体服从于更为复杂的居里一外斯定律;常数可以大于零，也可以小于零。某些铁族金属(如 Sc,Ti,Ba,Cr)，某些稀土金属(如 La,Ce,Pr,Nd,Sm )，某些过渡族元素的化合物(如 MnSO4. 4H20)，金城 Pa,Pt 以及某些气体(如02,NO,NO2 )都属于顺磁性物质。（2）抗磁质的磁化抗磁
17、体和顺磁体统称为弱磁性物体，弱磁性仅在具有外磁场的情况下才能表现出来.并随磁场增大而增强。抗磁性物质的主要特点是 Xm F 反,衔铁又被吸合,从而使衔铁产生振动,发生噪音,为此,必须采取有效措施消除振动与噪音。常用方法是在铁芯端部开一个槽,槽内嵌入短路铜环,当吸引线圈通入交流电后,根据愣次定律,在短路环中产生感应电流,而该感应电流会产生一个新的磁通 阻碍原磁通的变化,而使被短路环包围的磁通由 变成 ,未由短路环包围的那部分磁通由 变成 ,原来铁芯中的 和 在短路环的作用变成 和 其大小不等,相位不同,此时的 F 吸也由原 F 吸 1 和 F 吸 2 合成为 F 吸,由于 F 吸 1 和 F 吸
18、 2 不同时为零,使得 F 吸始终大于零。如果 F 吸F 反那么衔铁会被铁轭牢牢吸住,不会产生振动和噪音,但实际上很难做到 F 吸F 反始终成立,因而这种方法只让电磁式继电器的噪音大为减小。还可以选用另一种方法,消除电磁继电器的振动和噪音,可以利用桥式整流电路获得直流电,经过整流后的电流是非正弦周期函数,满足狄里赫时条件,可以展开为傅立叶级数,但这时交流成分还较大,再进行滤波,滤波后电流的脉动性很小,其交流成分小于直流量的 5%。整流滤波电路如图 1。然后将获得的直流电通入电磁继电器的铁芯,应付支产生一个脉动性很小的B,从而很容易满足 F 吸F 反,利用这种方法就可以完全消除振动与噪音,使电磁
19、继电器在正常工作过程中成为无声继电器。如图 1（3）距磁材料；锰镁铁氧体，铿锰铁氧体等。磁滞回线呈矩形，在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制的“O”和“1“，可适合于制成“记忆”元件。另外，利用铁磁质的磁致伸缩效应，可用来做换能器，在超声及检测技术中大有作为。3.结论与启示地磁场是地球的固有资源, 它的测量不受位置和环境的影响，无论在水下，地面还是高空，地磁场都可以被检测到。地磁场测量技术及应用对我国海洋大陆架勘探监测及核电站、大坝选址，磁力探矿有着重要指导意义。在某一固定的区域，如果存在铁磁质，它就会受地磁场磁化而产生附加磁场，引起铁磁质周围空间磁场分布改变，称为这一区域的干扰场。在地磁
20、测量实验当中，不仅有载体对周围磁场的影响，而且所选择的区域中其他铁磁性物质的干扰也会影响整个实验数据的准确性。我们在为载体磁测实验进行选址的时候应该尽量选择那些地磁值变化不剧烈的区域，避免铁磁质对载体磁测实验的干扰。生活中到处都有与铁磁性相关的东西，特性所在，合理地区分它的好坏.要想充分的利用每种物质的价值，就必须要了解他的原理和特性所在，合理的区分它的好坏。参考文献1.王其申. 经典力学，合肥：中国科技大学出版社 20052.马文蔚。物理学教程，北京：高等教育出版社 20063.倪致祥，朱永忠。大学物理学，合肥：中国科技大学出版社 20104.郭硕鸿，电动力学，高等教育出版社 20115.Jackson JD,Classical Electrodynamics,3rd(Wiley,Hoboked) 19986. 陈俊衡。电磁灶的机理。大学物理，19947. 朱茂华。铁磁材料磁化曲线的智能观测系统。物理与工程，20028. 冯本珍。铁磁材料磁滞回线的研究。中国科技信息，20069. 郑怡。铁磁质的特性与应用。甘肃科技，200010. 姚有峰。铁磁质磁滞回线的动态测量。安徽师范大学学报，200111. 顾晓安。铁磁质在磁场中所受磁场力的数学模型。上海交通大学学报。
