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磁性和磁性材料的分類
所有的物質(zhì)具有磁性，但并不是所有的物質(zhì)都能作為磁件材料來應用。有些物質(zhì)具有
很強的磁性，而大部分物質(zhì)磁性很弱，因此實際上只有很少一部分物質(zhì)能夠作為磁件材料來應用。并且磁性材料發(fā)展到今天，已出現(xiàn)一大批磁性體和磁性器件，其品種繁多，功能各異。
因此有必要把物質(zhì)磁性和各種磁性材料進行分類。
物質(zhì)的磁性分類
按照磁體磁化時磁化率的大小和符號，可以將物質(zhì)的磁性分為五個種類：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。
(1)抗磁性 是在外磁場的作用下，原子系統(tǒng)獲得與外磁場方向反向的磁矩的現(xiàn)象。它
是種微弱磁性，相應的物質(zhì)被稱為抗磁牲物質(zhì)。其磁化率χd為負值且很小，-般在10-5數(shù)量級。抗磁性材料χd的大小與溫度、磁場均無關(guān)，其磁化曲線為一直線。抗磁性物質(zhì)包括惰性氣體、部分有機化合物、部分金屬和非金屬等。
(2）順磁性 一些物質(zhì)在受到外磁場作用后，感生出與外磁場同向的磁化強度，其磁化
率χp>0，但數(shù)值很小，僅為10-6～10-3數(shù)量級，這種磁性稱為順磁性。順磁性物質(zhì)的χp與溫度T有密切關(guān)系，服從居里一外斯定律，即
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χp |
= |
C |
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T- Tp |
式中，C為居里常數(shù)，T為絕對溫度，Tp為順磁居里溫度。順磁性物質(zhì)包括稀土金屬和鐵族元素的鹽類等。
（3）反鐵磁性 這類物質(zhì)的磁化率在某一溫度存在極大值，該溫度稱為奈爾溫度TN。當溫度：T>TN時，其磁化率與溫度的關(guān)系與正常順磁性物質(zhì)的相似，服從居里一外斯定律：當溫度/T＜TN磁化率不是繼續(xù)增大，而是降低，并逐漸趨于定值。這種磁性稱為反鐵磁性。反鐵磁性物質(zhì)包括過渡族元素的鹽類及化合物等。
（4）鐵磁性 鐵磁性物質(zhì)只要在很小的磁場作用下就能被磁化到飽和，不但磁化率χf而且數(shù)值在101?106數(shù)量級。當鐵磁性物質(zhì)的溫度比臨界溫度Tc高時，鐵磁性將轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾判裕?/SPAN>服從居里一外斯定律，即：
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χf |
= |
C |
|
T-Tp |
式中，C是居里常數(shù)，Tp是鐵磁性物質(zhì)的順磁居里溫度。具有鐵磁性的元素不多，但具有鐵磁性的合金和化合物卻各種各樣。到目前為止，發(fā)現(xiàn)11個純元素晶體具有鐵磁性，它們是3個3d金屬鐵、鈷、鎳，以及4f金屬軋、鋱、鏑、鈥、鉺、銩和面心立方的鐠、面心立方的釹。
(5)亞鐵磁性 亞鐵磁性的宏觀磁性與鐵磁性相同，僅僅是磁化率低一些，大約為100?103數(shù)量級。典型的亞鐵磁性物質(zhì)為鐵氣體。它們與鐵磁性物質(zhì)的最顯著區(qū)別在于內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)的不同。
以上五種磁性及--些相應物質(zhì)的磁化率數(shù)據(jù)見表。
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磁性類型 |
元素或化合物 |
磁化率χ |
|
抗磁性 |
銅Cu |
-1.0×10-5 |
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鋅Zn |
-1.4×10-5 | |
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金Au |
-3.6×10-5 | |
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汞Hg |
-3.2×10-5 | |
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水H2O |
-0.9×10-5 | |
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氫H |
-0.2×10-5 | |
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順磁性 |
鋰Li |
4.4×10-5 |
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鈉Na |
0.62×10-5 | |
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鋁AL |
2.2×10-5 | |
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釩V |
38×10-5 | |
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鈀Pd |
79×10-5 | |
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釹Nd |
34×10-5 | |
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空氣 |
36×10-8（氮是抗磁性） | |
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反鐵磁性 |
MnO |
0.69[X（O）/X(TN)] |
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FeO |
0.78 | |
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CoO | ||
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NiO |
0.67 | |
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CrO | ||
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Cr2O3 |
0.76 | |
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鐵晶體 |
-1.4×10-6(相對磁導率) | |
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鈷晶體 |
-103 | |
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鐵磁性 |
鎳晶體 |
-106 |
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3.5%Si-Fe |
-7×104 | |
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AINiCo(鋁鎳鈷) |
=10 | |
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亞鐵磁性 |
Fe3O4 |
-102(相對磁導率) |
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各種鐵氧體 |
-103 |
上述五種磁性物質(zhì)的磁化率和溫度有著不同的關(guān)系。
物質(zhì)的磁性并不是恒定不變的。同一種物質(zhì)，在不同的環(huán)境條件下，可以具有不同的磁性。例如，鐵磁性物質(zhì)在居里點溫度以下是鐵磁性的，到達居里點溫度則轉(zhuǎn)變成為順磁性：重稀土金屬在低溫下是強磁性的，在室溫或高溫下卻變成了順磁性。
五種磁性對應站不同的磁結(jié)構(gòu)，抗磁性物質(zhì)由于是電子的抵抗磁矩，所以值很小，順磁性物質(zhì)和反鐵磁件物質(zhì)于磁矩混亂取向和相互抵消，磁化率也很小。因此這三種磁性是弱磁性。鐵磁性物質(zhì)中磁矩平行取向，磁化率很高。亞鐵磁性物質(zhì)磁矩雖為反平行排列，但是磁矩不能完全抵消，因而顯示較高的磁化率。因此鐵磁性和亞鐵磁性為強磁性。
由于抗磁性、順磁性和反鐵磁性都是弱磁性，需要精密儀器才能檢測出來，因此在技術(shù)上很少應用。鐵磁性和亞鐵磁性是強磁性，在技術(shù)上有著廣泛的應用，通常所說的磁性材料就是指具有鐵磁性或亞鐵磁性的強磁性材料。
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