同步電機(jī)之相關(guān)材料的磁性與分類

一、磁性的來(lái)源

原子的電子結(jié)構(gòu)是材料磁性的基礎(chǔ)。在原子內(nèi)部，電子除了繞原子核公轉(zhuǎn)外，還繞自身的軸線自轉(zhuǎn)（即自旋）。電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成一環(huán)形電流，產(chǎn)生一磁矩，稱為電子的軌道磁矩，如圖2一1 ( a）所示。

電子自旋產(chǎn)生自旋磁矩，如圖2一1 ( b）所示。原子核自旋也產(chǎn)生自旋磁矩，如圖2一1 ( c）所示，但由于其質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度慢，只是電子自旋速度的幾千分之一，其磁矩與電子自旋磁矩相比可以忽略。因此，原子磁矩就等于原子核外所有電子的自旋磁矩和軌道磁矩之和。從圖2一1 ( b）可以看出，電子的自轉(zhuǎn)方向有逆時(shí)針和順時(shí)針兩種，所產(chǎn)生的磁矩方向相反，有正反兩種方向。在一些物質(zhì)中，產(chǎn)生正、反磁矩的電子數(shù)目相等，它們產(chǎn)生的磁矩互相抵消，整個(gè)原子以至于整個(gè)物體對(duì)外沒(méi)有磁矩。若產(chǎn)生正、反磁矩的電子數(shù)目不等，則磁矩不能相互抵消，導(dǎo)致整個(gè)原子具有一定磁矩。物理學(xué)研究表明：任何微觀粒子都處于熱運(yùn)動(dòng)中，熱運(yùn)動(dòng)使各原子的磁矩方向不斷地、無(wú)規(guī)則地變化，因而各原子的磁矩互相抵消，如果沒(méi)有其他因素的影響，整個(gè)物體不顯示磁性。然而，相鄰兩個(gè)原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)范圍在空間上發(fā)生重疊，存在一種交換作用，在強(qiáng)磁性材料中，這種交換作用比熱運(yùn)動(dòng)的影響大得多，電子磁矩的相互取向就取決于交換作用的性質(zhì)。交換作用有正負(fù)兩核自旋磁矩行且同方向，顯示固有磁矩，即這些原子磁種：正的交換作用使電子的自旋磁矩互相平矩被整齊地排列起來(lái)，整個(gè)物體也就有了磁性；負(fù)交換作用使電子的自旋磁矩互相平行且互相抵消，不顯示磁性。

因此，根據(jù)磁性能的不同，可將材料劃分為以下5類

( 1）逆磁性材料。原子無(wú)磁矩，或者原子有磁矩、但原子組成的分子無(wú)磁矩。在外加磁場(chǎng)作用下，獲得與外磁場(chǎng)方向相反的弱磁性，其磁化率X < o且｝均＜10一5，包括惰性氣體、許多有機(jī)化合物、石墨以及若干金屬、非金屬等，大多數(shù)物質(zhì)屬于這一類。

( 2）順磁性材料。當(dāng)物質(zhì)中不存在交換作用時(shí)，磁矩間相互混亂排列，且每一磁矩在熱運(yùn)動(dòng)作用下的空間取向不斷變化，為順磁性材料。在外磁場(chǎng)作用下，順磁性材料能呈現(xiàn)出十分微弱的磁性，且磁化強(qiáng)度的方向與外磁場(chǎng)方向相同，磁化率X > o，一般為10一“一10一5 。鋁、鎂、含水硫酸亞鐵等屬于這類材料。

. ( 3）反鐵磁材料。當(dāng)交換作用為負(fù)時(shí)，若磁性電子的自旋磁矩互相平行且互相抵消，不顯示磁性，為反鐵磁材料。當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)，各原子磁矩勉強(qiáng)地轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)，由于它們的磁矩沒(méi)有完全被抵消，顯示出較弱的磁性。其磁化率義＞o，一般為10一5一10一“，如鉻、錳等。

( 4）亞鐵磁材料。當(dāng)交換作用為負(fù)時(shí)，若磁性電子的自旋磁矩不互相抵消，則顯示一定磁性，為亞鐵磁材料，電子技術(shù)中大量使用的軟磁鐵氧體就是亞鐵磁材料。與鐵磁性材料一樣，亞鐵磁材料很容易被磁化，其磁化率X 》 O 。

( 5）鐵磁性材料。當(dāng)交換作用為正時(shí)，磁性磁矩平行排列，顯示很強(qiáng)的磁性，為鐵磁性材料，包括鐵、鎳、鉆及它們的合金，某些稀土元素的合金和化合物，鉻和錳的一些合金等。其特點(diǎn)是，在相當(dāng)弱的磁場(chǎng)作用下也能磁化，其磁化率X 》 O，一般為10一，一1護(hù)。 X不但是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，還與磁化前樣品的磁狀態(tài)有關(guān)，表現(xiàn)為磁滯回線。另外，當(dāng)溫度超過(guò)某一溫度時(shí)，磁性消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判圆牧?。其中，逆磁性材料、順磁性材料和反鐵磁材料都是弱磁性材料，它們的磁性只有用精密儀器才能測(cè)出，稱為非磁性材料。亞鐵磁材料和鐵磁性材料具有很強(qiáng)的磁性，屬于強(qiáng)磁性材料，通常稱為鐵磁材料。