测量铁磁材料在直流磁场下的静态磁特性

测量铁磁材料在直流磁场下的静态磁特性

一、试验目的.了解振动样品磁强计的结构、原理、功能和使用方法；.用振动样品磁强计测量铁磁材料在直流磁场下的静态磁特性

二、试验原理.磁学基本学问铁磁材料1铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率＞0而且数值大到10—16数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的简单函数关系这种类型的磁性称为铁磁性2铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩的定向排列被破坏，使得铁磁性消逝，这时物质转变为顺磁性3特点A、磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质B、磁滞现象磁性物质都具有保留其磁性的倾向，磁感应强度B/磁化强度的变化总是滞后于磁场强度H的变化的，这种现象称为磁滞现象在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线按磁滞回线的不同，磁性物质又可分为硬磁材料、软磁材料和矩磁材料三种＞软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，对外磁场变化响应快，由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软磁性材料制成如软铁、硅钢、锦锌铁氧体和银锌铁氧体等＞硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，难磁化也难退磁，可用来制造永磁体，如钻钢、铝银钻合金、铉铁硼和钢铁氧体等C、自发磁化铁磁性物质内的原子磁矩，通过相邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自发平行排列、有序取向，按不同的小区域分布，这种现象称为自发磁化未配对的3d电子壳层Fe＞Ni、Co、MnD、磁畴自发磁化的小区域，称为磁畴各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁E、剩磁F、磁饱和性G、高导磁性.振动样品磁强计振动样品磁强计（VSM）（VibratingSampleMagnetometer）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用它是采用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使接近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统与一般的感应法不同，VSM不用对感应信号进行积分，从而避开了信号漂移另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到107emu对测量薄膜等弱磁信号更具优势假如一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z轴作微小振动，放在四周的一个小线圈（轴向与Z轴平行）将产生感应电压其中G二二5二）为线圈的几何因子

①为振动频率，b为振幅，）为样品的磁矩，N、A为线圈的匝数和面积原则上，可以通过计算确定出4和，〃之间的关系3从而由测量的电压得到样品的磁矩但这种计算很简单，几乎是不行能进行的实际上是通过试验的方法确定比例系数3即通过测量已知磁矩为〃的样品的电压金，得到女=皂，这一过程称为定标定标过m程中标样的详细参数（磁矩、体积、外形和位置等）越接近待测样品的状况，定标越精确VSM测量采纳开路方法，磁化的样品表面存在磁荷，表面磁荷在样品内产生退磁场MWN为退磁因子，与样品的详细外形有关所以在样品内，总的磁场并不是磁体产生的磁场H而是H-NM测量的曲线要进行退磁因子修正，把H用”-NW来代替样品放置的位置对测量的灵敏度有影响假设线圈和样品按图4放置，沿x方向离开中心位置感应信号变大;沿y和z方向离开中心位置感应信号变小中心位置是x方向的微小值和y、z方向的极大值，是对位置最不敏感的区域，称为鞍点测量时，样品应放置在鞍点，这样可以使由样品具有有限体积而引起的误差最小图4线圈放置位置图5鞍区示意图基本的VSM由磁体及电源、振动头及驱动电源、探测线圈、锁相放大器和测量磁场用的霍耳磁强计等几部分组成，在此基础上还可以增加高温柔低温系统实现变温测量振动头用来使样品产生微小振动振动频率应尽量避开50Hz及其整数倍，以避开产生干扰为了使振动稳定，还要实行稳幅措施在振动杆上固定一块永磁体，永磁体与样品一同振动当振动幅度发生变化时，放置在永磁体四周的一对探测线圈会探测到这一变化并反馈给驱动电源，驱动电源依据反馈信号对振动幅度作出调整，使振幅稳定驱动方式有机械驱动、电磁驱动和静电驱动几种VSM结构示意图

三、试验步骤.检查计算机、电源掌握柜与插座连接线是否正确.检查振动样品杆位置是否处在电磁铁间隙中间，并与霍尔探头平行，否则需进行调整.开启电源掌握柜开关预热，（室内潮湿则至少预热30min）.打开计算机测量软件，此时应保证设施处于振动关闭状态（假如能听见振动声音，则手动在软件上选择振动关闭，软件显示状态应与设施状态全都）；进入参数设置，设置相关参数（样品质量）；进入零点调整，磁场、磁矩调零.在样品室中放入球状银样移出振动样品杆将样品室安装到样品杆上旋紧样品杆归位点击增加磁场调整鞍部区进行磁矩定标.定标后，将标样取出，将待测样品放入样品室中并安装好，并用洁净的棉花压住固定以免脱落，样品质量提前测定.软件界面上选择测试样品，开头测量样品的磁滞回线.测量完成后，纪录试验数据后，关闭测量软件及计算机，关闭电源掌握柜开关.移出振动样品杆，卸下样品室，样品杆归位

四、材料及设施样品硅钢片、锄铁硼磁铁设施VSM-100型振动样品磁强计

五、试验报告要求.试验目的要求.试验原理、仪器结构.主要试验步骤.磁滞回线曲线及分析结果（比饱和磁化强度八比剩余磁化强度小、矫顽力He）.回答思索题

六、思索题.简述振动样品磁强计的特点及用途.对比试验所测量的磁滞同线，说明软、硬磁材料的磁滞回线的特点.从实际应用的角度说明测量磁滞回线中各磁性参数的意义。