同步电机之相关材料的磁性与分类

一、磁性的来源

原子的电子结构是材料磁性的基础。在原子内部，电子除了绕原子核公转外，还绕自身的轴线自转（即自旋）。电子绕原子核作轨道运动时，形成一环形电流，产生一磁矩，称为电子的轨道磁矩，如图2一1 ( a）所示。

电子自旋产生自旋磁矩，如图2一1 ( b）所示。原子核自旋也产生自旋磁矩，如图2一1 ( c）所示，但由于其质量大，运动速度慢，只是电子自旋速度的几千分之一，其磁矩与电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电子的自旋磁矩和轨道磁矩之和。从图2一1 ( b）可以看出，电子的自转方向有逆时针和顺时针两种，所产生的磁矩方向相反，有正反两种方向。在一些物质中，产生正、反磁矩的电子数目相等，它们产生的磁矩互相抵消，整个原子以至于整个物体对外没有磁矩。若产生正、反磁矩的电子数目不等，则磁矩不能相互抵消，导致整个原子具有一定磁矩。物理学研究表明：任何微观粒子都处于热运动中，热运动使各原子的磁矩方向不断地、无规则地变化，因而各原子的磁矩互相抵消，如果没有其他因素的影响，整个物体不显示磁性。然而，相邻两个原子内电子的运动范围在空间上发生重叠，存在一种交换作用，在强磁性材料中，这种交换作用比热运动的影响大得多，电子磁矩的相互取向就取决于交换作用的性质。交换作用有正负两核自旋磁矩行且同方向，显示固有磁矩，即这些原子磁种：正的交换作用使电子的自旋磁矩互相平矩被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性；负交换作用使电子的自旋磁矩互相平行且互相抵消，不显示磁性。

因此，根据磁性能的不同，可将材料划分为以下5类

( 1）逆磁性材料。原子无磁矩，或者原子有磁矩、但原子组成的分子无磁矩。在外加磁场作用下，获得与外磁场方向相反的弱磁性，其磁化率X < o且｝均＜10一5，包括惰性气体、许多有机化合物、石墨以及若干金属、非金属等，大多数物质属于这一类。

( 2）顺磁性材料。当物质中不存在交换作用时，磁矩间相互混乱排列，且每一磁矩在热运动作用下的空间取向不断变化，为顺磁性材料。在外磁场作用下，顺磁性材料能呈现出十分微弱的磁性，且磁化强度的方向与外磁场方向相同，磁化率X > o，一般为10一“一10一5 。铝、镁、含水硫酸亚铁等属于这类材料。

. ( 3）反铁磁材料。当交换作用为负时，若磁性电子的自旋磁矩互相平行且互相抵消，不显示磁性，为反铁磁材料。当外加磁场时，各原子磁矩勉强地转向外磁场，由于它们的磁矩没有完全被抵消，显示出较弱的磁性。其磁化率义＞o，一般为10一5一10一“，如铬、锰等。

( 4）亚铁磁材料。当交换作用为负时，若磁性电子的自旋磁矩不互相抵消，则显示一定磁性，为亚铁磁材料，电子技术中大量使用的软磁铁氧体就是亚铁磁材料。与铁磁性材料一样，亚铁磁材料很容易被磁化，其磁化率X 》 O 。

( 5）铁磁性材料。当交换作用为正时，磁性磁矩平行排列，显示很强的磁性，为铁磁性材料，包括铁、镍、钻及它们的合金，某些稀土元素的合金和化合物，铬和锰的一些合金等。其特点是，在相当弱的磁场作用下也能磁化，其磁化率X 》 O，一般为10一，一1护。 X不但是磁场强度的函数，还与磁化前样品的磁状态有关，表现为磁滞回线。另外，当温度超过某一温度时，磁性消失，转变为顺磁性材料。其中，逆磁性材料、顺磁性材料和反铁磁材料都是弱磁性材料，它们的磁性只有用精密仪器才能测出，称为非磁性材料。亚铁磁材料和铁磁性材料具有很强的磁性，属于强磁性材料，通常称为铁磁材料。