第072章 投名状
占坑 在金属学上，这里又引出了『磁性材料』这一概念。 能对磁场作出某种方式反应的材料，便被称为磁性材料。 根据任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同这一定律。 于是根据物质在外磁场中表现出的特性，物质便可以分为五类:顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚铁磁性物质，反磁性物质。 又根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉大家，物质在外磁场中的特性差别很大。 这反映了分子电流假说的局限性。 分子电流假说: 为了解释永磁和磁化现象，安培提出了分子电流假说。 安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，而分子电流相当一个基元磁体。 当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流做的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性。 在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流，将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。 ...... 实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性，才是物质磁性差异的原因。 实际上大多数材料是抗磁性或顺磁性的，它们对外磁场反应较弱。 1，顺磁性物质。 顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部会存在永久磁矩。但在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子，在做无规则的热振动。 宏观看来，顺磁性物质没有磁性。 在外加磁场作用下，每个原子磁矩又比较规则地取向，物质会显示极弱的磁性。磁化强度与外磁场方向一致，为正，而且严格地与外磁场H成正比。 顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度。 其磁化率H与绝对温度T成反比，公式中，C称为居里常数，取决于顺磁物质的磁化强度和磁矩大小。 顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下H约为10^-5。 一般含有奇数个电子的原子或分子，电子未填满壳层的原子或离子，如过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质。 ...... 顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质和亚铁磁性物质称为强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性物质。 磁性材料按磁化后去磁的难易，可分为软磁性材料和硬磁性材料。 磁化后容易去掉磁性的物质，叫软磁性材料，不容易去磁的物质，叫做硬磁性材料。 一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大 第2点，抗磁性物质。 当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。 铋、铜、银、金等金属具有这种性质。 在外磁场中，这类磁化了的介质内部的磁感应强度，会小于真空中的磁感应强度M。 抗磁性物质的原子的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。 当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场会使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。 所以抗磁性的来源，是原子中电子轨道状态的变化。 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般约为-10^-5，为负值。 铁磁性物质和亚铁磁性物质是强磁性物质 铁磁性材物质一般是铁，钴，镍元素及其合金，稀土元素及其合金，以及一些锰的化合物。 第36点，铁磁性物质 对诸如铁，钴，镍等物质，在室温下磁化率可达10^-3数量级，称这类物质的磁性为铁磁性。 铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，其磁化率为正值。 但当外场增大时，由于磁化强度迅速达到饱和，其H会变小。 铁磁性物质具有很强的磁性，主要起因于它们具有很强的内部交换场。 铁磁物质的交换能为正值，而且较大，使得相邻原子的磁矩平行取向相应于稳定状态，在物质内部会形成许多小区域——————磁畴。 每个磁畴大约有1015个原子。 这些原子的磁矩沿同一方向排列，假设晶体内部存在很强的称为“分子场”的内场。 “分子场”足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态。 这种自生的磁化强度，便叫自发磁化强度。 而由于它的存在，铁磁物质能在弱磁场下强列地磁化。因此自发磁化是铁磁物质的基本特征，也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在。 铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热sao动，而破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失。 这一温度称为居里点。 在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里——外斯定律， 第4点，反铁磁性物质，反铁磁性是指由于电子自旋反向平行排列。 在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的。 在不同子晶格中，电子磁矩反向排列。 两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体。 反铁磁性物质大都是非金属化合物，如一氧化锰。 不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的，M与H处于同一方向，磁化率为正值。 温度很高时，磁化率极小。 温度降低，磁化率逐渐增大。 在一定温度时，磁化率达最大值，这称为反铁磁性物质的奈尔温度。 对奈尔点存在的解释是:在极低温度下，由于相邻原子的自旋完全反向，其磁矩几乎完全抵消，故磁化率几乎接近于0。 当温度上升时，使自旋反向的作用减弱，磁化率增加。 当温度升至奈尔点以上时，热sao动的影响较大，此时反铁磁体与顺磁体有相同的磁化行为。 第5点，亚铁磁性物质 亚铁磁性物质是指有两套子晶格的形成的磁性材料。 亚铁磁性物质不同子晶格的磁矩方向，和反铁磁一样，但是不同子晶格的磁化强度不同，不能完全抵消掉。 所以有剩余磁矩，称为亚铁磁。 反铁磁性物质大都是合金，如TbFe钛铁合金。 亚铁磁也有从亚铁磁变为顺磁性的临界温度，称为居里温度。 总结，磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。 按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。 功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等。 国内算是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。 早在战国时期，就有关于天然磁性材料-磁铁矿的记载。 11世纪更是发明了制造人工永磁材料的方法。 1086年《梦溪笔谈》便记载了指南针的制作和使用。 1099～1102年便有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。 在近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片（Si-Fe合金）的研制。 而永磁金属从19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。 而随着通信技术的发展，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，却仍满足不了频率扩展的要求。 值到20世纪40年代，J.L.斯诺伊克发明了电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。 50年代初，随着电子计算机的发展，王安首先使用矩磁合金元件，作为计算机的内存储器，但不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代。 而后者在60～70年代，曾对计算机的发展起过重要的作用。 50年代初，人们发现了铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。 压磁材料在第一次世界大战时，即已用于声纳技术，但是由于压电陶瓷的出现，使用有所减少。 后来又出现了强压磁性的稀土合金。 非晶态即无定形磁性材料，也是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年便解决了制作工艺，向实用化过渡。