Общие сведения о ферромагнетиках

Общие сведения о ферромагнетиках

• Общая информация о ферромагнитных материалах Весовой материал, помещенный во внешнее магнитное поле, намагничивается. Намагниченность связана с наличием микроскопических магнитных моментов в атомах (или ионах, молекулах) материалов, составляющих материал. Для одного атома без внешнего магнитного нуля магнитный момент суммируется с орбитальным моментом электрона, принадлежащего этому атому, и вектором собственного (спинового) момента.

Магнитный момент ядра игнорируется, потому что он намного меньше магнитного момента электрона. Макроскопическими свойствами намагниченности материала являются значения намагниченности I и M, которые равны суммарному магнитному моменту атома на единицу объема. Установлена связь между намагниченностью M и напряженностью H внешнего магнитного поля. М = К » Х, (15.1）

Здесь безразмерный коэффициент пропорциональности называется магнитной восприимчивостью материала. Людмила Фирмаль

В зависимости от знака и величины восприимчивости, все материалы делятся на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. Диамагнетизм относится к материалу, который намагничен и ослаблен на другой стороне приложенного магнитного поля, т. е.£m<0（-10″ 4–10″ 7）вы также можете использовать его в качестве ярлыка на рабочем столе. Отрицательная магнитная восприимчивость связана с действием магнитного поля на орбитальный магнитный момент электрона.

Согласно правилам Lsnpa, в атомах, направленных в магнитное поле, возникает дополнительный магнитный момент (диамагнитный эффект). Диамагнетизм присущ всем веществам, но он слабо выражен expressed. It появляется только тогда, когда спиновые моменты всех электронов в атоме взаимно компенсируются, или на основе спинового импульса доминирует эффект анти-движения. К Диа Магниты включают инертные газы, Непереходные металлы (Be, Zn, Pb, Cu, Ag и др.), полупроводники (Ge, Si), диэлектрики (полимеры, стекло и др.), и сверхпроводники.

Примеры решения и задачи с методическими указаниями

Решение задач	Лекции
Расчёт найти определения	Учебник

• Парамагнетики-это материалы, которые имеют k»> 0 (10 2 до 10″ s) и слабо намагничены внешним магнитным полем. Намагниченность обусловлена наличием некомпенсированных спиновых моментов электронов, направление которых неупорядочено в пространстве вследствие теплового движения атома (рис.15.1).Благодаря действию внешнего поля магнитный момент атома приобретает преимущественную ориентацию (парамагнитный эффект), и в Кристалле появляется определенная намагниченность. К парамагнетикам относятся металлы с нечетными валентными электронами (K, Na, Al и др.) и переходных металлов (Mo, W, Ti, Pt и др.) с незаконченными атомными оболочками.

Ферромагнитные материалы характеризуются высокими значениями магнитной восприимчивости * Исключения-Cu, Ag, Au, etc. In в этом случае диамагнитный эффект электронной оболочки наполнителя преобладает над парамагнитным эффектом валентных электронов. Рисунок 15.1.Схема направления магнитного момента атомов в различных материалах Рисунок 15.2.Обменная энергия ферромагнитных металлов： / — Ферромагнитная » N P-ферроматрица! Показатели /// —

Парамагнетизм (A,» » I) и его нелинейная зависимость от напряженности электрического поля и температуры. Людмила Фирмаль

Редкоземельные металлы, такие как железо, никель, кобальт и гадолиний, имеют очень большое значение, КТ〜106.Способность сильно намагничиваться широко используется в технике. Ферромагнетизм — это результат обменного взаимодействия электронов в незаконченной оболочке соседних атомов, которые перекрываются при образовании crystals. In в этом случае электроны атома могут временно находиться вблизи ядра соседних атомов. Это взаимодействие изменяет энергетическое состояние и оценивается обменной энергией.

Если эта энергия положительна, то параллельная ориентация спинового магнитного момента более выгодна для атомов кристалла. Отрицательный обратный параллелизм (рис. 15.2).Величина и знак обменной энергии зависят от параметра кристаллической решетки (а).Это называется диаметром (J) незаполненной электронной оболочки. Согласно квантовой теории, все основные свойства ферромагнетика обусловлены доменной структурой его кристаллов. Домен представляет собой область размером кристаллов 10×4-10 × 6 м (рис. 15.3).Здесь магнитный момент атома ориентирован параллельно. Рисунок 15.3.4-доменная структура с замкнутым полем энергоэффективности Рис. 15.4.

Изменение ориентации магнитного момента атома в доменной стенке Специфический кристаллографический direction. In при отсутствии внешнего магнитного поля каждый домен добровольно (добровольно) намагничивается до насыщения, но направление магнитного момента отдельных доменов различно, а суммарный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Ширина 10 между доменами〜7-10 8 существует переходный слой m (доменная стенка), внутри которого постепенно вращается спиновый магнитный момент(рис.15.4). В антиферромагнетике, магнитный момент атома направлен антипараллельно, и результирующий момент равен нулю(см. рис. 15.1).Если эти магнитные моменты не компенсируются, то возникает результирующий магнитный момент, и такой материал называется железным магнитом.

Намагниченность ferromax одного кристалла не является анизотропной(рис. 15.5).Железный Кристалл в направлении конца Куба<1 00 > намагниченный до насыщения L-f, по сравнению со случаем, когда он намагничен в диагональном или другом кристаллографическом направлении Куба<111>, напряженность магнитного поля H’L значительно ниже. Поэтому монокристаллы железа 1 * Использование. 15.5.Кривая намагничивания монокристалла железа Рис. 15.6.Петля гистерезиса ферромагнетика имеет намагничиваемость 90 или 180 градусов в 6 направлениях, которые вращаются друг с другом, вдоль которых ориентирован вектор намагниченности домена(см. Рисунок 15.3).

Удельная энергия (Дж / м3), которую необходимо затратить на реверсирование намагниченности (заштрихованная часть рисунка 15.5) от направления легкой намагниченности к направлению трудной намагниченности, называется постоянной кристаллической магнитной анизотропии-к. например, для железа 20°C K = 42 * 104 Дж / m3.In поликристаллические материалы, эффекты анизотропии усредняются, поэтому магнитная анизотропия не обнаруживается. Однако, путем прокатки, кристаллографической анизотропии могут быть созданы и намагниченности может быть ускорен.

Магнитная индукция плотность магнитного потока определяется как сумма внешнего поля H и внутреннего поля M: B = p0 (W + M), (15.2） Здесь магнитная постоянная равна p0 = 4n•10 «7 ГН / м. Скорость роста индукции, при которой сила магнитного поля увеличивается, характеризует проницаемость p. It определяется как касательная наклона склона к первичной кривой намагничивания B = f (H) (рис.15.6). В этом случае начальную проницаемость ТСН различают по H»0 и максимуму Pn. Кроме абсолютной проницаемости u с размерами GN/m, используется также безразмерная относительная проницаемость p ’= p / p0, связанная с восприимчивостью. п ’ = л + * Вт. (15.3）

Процесс намагничивания полностью необратим. Если магнитное поле приносит До тех пор, пока +»»не будет равно нулю (см. Рисунок 15.6), индукция удерживает определенное значение Br, называемое остаточной индукцией. Из-за намагничивания поликристаллов из-за магнитного поля противоположного знака индукция B уменьшается, а индукция становится нулевой, когда индуцируется напряженность поля Ht. Сила магнитного поля, равная Hp, называется коэрцитивностью. Изменение намагниченности от + I к-I и наоборот не соответствует кривой. Область, ограниченная этими кривыми, определяет потери из-за гистерезиса или перемагничивания.

Кривая намагничивания и форма петли гистерезиса являются наиболее важными свойствами ферромагнитного материала. Это неудивительно, ведь именно они определяют его основные константы и, соответственно, область применения. При намагничивании изменяется доменная структура поликристалла ферромагнетика (рис. 15.7).в слабом магнитном поле наблюдается сдвиг границы домена, в результате чего домен увеличивается, где вектор намагничивания уменьшается на угол с направлением поля H (ось x).Эти домены занимают энергетически выгодные позиции и продолжают расти по мере увеличения напряженности поля. Это предполагает переориентацию атомных моментов (см. рис. 15.4). на начальном этапе (график ОА) процесс является обратимым. Затем он становится необратимым, сопровождаясь интенсивным увеличением индукции (секция AB).

Процесс перемещения доменной стенки、 Рис. 15.7.Индукция намагничивания ферромагнетиков и изменения доменной структуры Область, неблагоприятная по отношению к нулю, исчезнет. Доменная структура исчезает, и каждый кристалл превращается в соломинку. Далее идет процесс намагничивания (секция самолета).Вектор намагниченности Кристалла вращается до тех пор, пока он полностью не совпадает с направлением внешнего магнитного поля. Полное направление вектора намагниченности вдоль магнитного поля соответствует индукции насыщения ВЛ. На самом деле точное направление всех моментов атома можно было наблюдать только при абсолютном Zero.

At все остальные температуры, момент получается тепловым движением! Поскольку он не является строго параллельным, он уменьшает намагниченность и induction. At температура точки Кюри 8, намагниченность исчезает полностью. Процесс вращения вектора намагниченности кристалла полностью обратим. Энергия, потребляемая вращением вектора намагниченности, определяется константой анизотропии K. процесс намагничивания на этой стадии более вероятен, когда постоянная магнитной анизотропии мала. Намагниченность в магнитном поле меньшей напряженности называется технической намагниченностью, а в поле большей напряженности-истинной намагниченностью, или paraprocess

. In в последнем случае оставшиеся непараллельные магнитные моменты атома направлены параллельно направлению магнитного поля. В дополнение к магнитной анизотропии, процесс намагничивания также в значительной степени зависит от магнитострикционных явлений, которые могут способствовать, препятствовать и ингибировать намагничивание. Во время технического намагничивания размер области / направление магнитного поля изменяется со значением X =±A///.Это называется линейным коэффициентом магнитострикции. Величина и знак этого коэффициента зависят от природы ферромагнетика. Этика, кристаллографическое направление и степень намагниченности.

При намагничивании в магнитном поле H> H объем Кристалла также увеличивается. Относительное изменение объема называется объемным коэффициентом магнитной деформации K *paraprocess. It обычно он невелик, но в некоторых сплавах, называемых инверторами, он достигает большого значения (см. Главу 16).Феномен Магнитострикционный применяется при проектировании ультразвуковых генераторов и других магнитострикционных устройств. При разработке магнитного материала с заданными свойствами необходимо отметить магнитные свойства Mg, V. К и 6 зависят только от химического состава ферромагнетика, а характеристики с, ГС.

Поскольку VpN является структурно чувствительным, он также зависит от типа термической обработки. Химически чистые ферромагнитные металлы и однофазные сплавы на их основе легко намагничиваются (низкие значения R4).Количество дефектов кристаллов в них должно быть сведено к минимуму. Например, длина поверхности кристалла ipa должна быть минимальной. Это обеспечивается сырой кристаллической структурой. Когда размер кристалла ферромагнетика приближается к размеру домена, вращение вектора намагниченности возможно только при намагничивании и размагничивании, сопровождающихся небольшими изменениями намагниченности M и индукции B.

петли гистерезиса принимают прямоугольную форму. В случае намагничивания нежелательны дислокационные и остаточные напряжения, поэтому в конце технологического процесса применяется термическая обработка отжигом. Особенно вредными являются примеси, образующие примесные дефекты или присущие мелким фазам в кристаллической решетке основного ferromagnet. In в обоих случаях смещение доменной стенки и вращение вектора Nama! Прозвища-это тяжело. Реальная намагниченность ферромагнетика так же проста, как K и Xj малы.

Их действие можно уменьшить, изменив химический состав ферромагнетика. Если сплав изготовлен из компонентов, образующих твердый раствор, то 1 из них имеет положительные и отрицательные константы магнитной анизотропии, и в зависимости от состава сплава, например, для сплавов на основе Fc-Ni, K = 0.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширении	Сплавы с заданным температурным коэффициентом модуля упругости
Хладостойкие материалы	Радиационно-стойкие материалы