磁性材料按其導(dǎo)電性差異,可分為金屬和鐵氧體磁性材料兩大類,磁性陶瓷(Magnetic Ceramics)也是先進(jìn)陶瓷材料中極其重要的一類,可分為含鐵的鐵氧體(Ferrite)陶瓷和不含有鐵的磁性陶瓷。它們多屬于半導(dǎo)體材料,電阻率為(10~97)x10Ω·m,是現(xiàn)代電子技術(shù)中不可缺少的一種材料,用它們代替低電阻率的金屬和合金磁性材料,可以大大降低渦流損耗,適用于高頻場合。磁性陶瓷的高頻磁導(dǎo)率(Magnetic Permeability)也較高。這是其他磁性材料所不能比擬的。鐵氧體的最大弱點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度比較低,大約只有純鐵的1/3到1/5,居里溫度(Curie Temperature)也不高,不宜在高溫或低頻大功率條件下工作,盡管如此,它們在現(xiàn)代無線電電子學(xué)、自動控制、微波技術(shù)、電子計算機(jī)、信息儲存、激光調(diào)制等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。
就材料的磁性而言,可以根據(jù)材料的磁化率大小來分類,可分為三類,分別是順磁性、抗磁性和鐵磁性(強(qiáng)磁材料)。
1.順磁性和抗磁性
在具有未成對的電子的原子、分子或離子中,由于具有未成對電子而具有磁矩(Magnetic Moment),這種磁矩是由于未成對電子的軌道運(yùn)動和自旋運(yùn)動共同提供的。這類物質(zhì)就稱為順磁性。在順磁體上加上磁場,磁矩則按磁場方向排列,這種現(xiàn)象稱為磁化。磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度成正比,去掉磁場,則磁化為零。
2. 鐵磁體和反鐵磁體
在順磁體中,磁矩的方向雜亂,所以未加磁場時,不被磁化,而對鐵磁體(Ferrogmagnet),在無外磁場時,磁矩也向同一方向整齊地排列。此時即磁化或產(chǎn)
生了自發(fā)磁化Sponaneous Magnetization),簡單地說是形成了所謂的“磁石”。在鐵磁體中,使磁矩整齊地排列的能量比攪亂其排列的熱運(yùn)動的能量還大。當(dāng)對鐵磁體加熱時間,由于溫度提高而增加了熱運(yùn)動的能量,致使磁矩整齊排列的方式受到干擾,因此變?yōu)轫槾朋w,人們把順磁體和鐵磁體相互轉(zhuǎn)化的溫度稱為居里溫度或居里點(diǎn)。
3. 磁疇和磁疇壁
在沒有外磁場的情況下,鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可在小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來,形成一個個小的“自發(fā)磁化區(qū)域”稱為磁疇,在沒有外磁場作用時,各磁疇中分子磁矩取向各不相同。磁疇的這種排列方式使磁鐵處于能量最小的狀態(tài)。因此沒有磁化的鐵磁質(zhì)各磁疇的失量之和相互抵消,對外不顯磁性。磁疇之間的界面即稱為磁疇壁。
4. 磁化和磁滯
未磁化前磁疇具有不同磁化方向,各磁疇的矢量之和相互抵消(M=0)。若在鐵磁體加
外磁場、此時,其中一些與外磁場方向接近一致的磁疇長大,其他磁場方向磁疇變小。增大外磁場強(qiáng)度,磁疇進(jìn)一步長大,此時M較大;但其磁化方向和外磁場方向也不完全相同,即使成了單疇磁區(qū)也是如此。
5. 磁致伸縮常數(shù)和磁晶各向異性常數(shù)
當(dāng)有一外加磁場平行于一棒狀樣品軸線進(jìn)行磁化時,磁場一方面克服各向異性能將磁矩取向于外磁場方向;另一方面棒的長度也將發(fā)生變化。磁致伸縮常數(shù)λs是鐵磁性材料內(nèi)在特性參數(shù)之一,當(dāng)棒伸長時,λs>0;當(dāng)棒縮短時,λs<0。
大多數(shù)鐵磁性材料λs<0,且數(shù)量級在10-5~10-6。
磁晶各向異性常數(shù)K1是鐵磁性材料內(nèi)在特性參數(shù)之一。磁晶體磁化各個方向的程度是不一致的,存在著易磁化方向和難磁化方向,通常把磁化難易程度與晶體對稱性相關(guān)現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。晶體對稱性不同,K1值不同,如尖晶石,K1<0。