居里點(diǎn)（Curie point）又稱為居里溫度（Curie temperature，Tc）或磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)。是指磁性材料中自發(fā)磁化強(qiáng)度降到零時(shí)的溫度，是鐵磁性或亞鐵磁性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成順磁性物質(zhì)的臨界點(diǎn)。當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)溫度時(shí)，該物質(zhì)成為鐵磁體，當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)溫度時(shí)，該物質(zhì)成為順磁體。

鐵磁性物質(zhì)的磁性隨溫度的變化而改變。溫度上升到某一溫度時(shí)，鐵磁性材料就由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，即失掉鐵磁性的特性而轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判晕镔|(zhì)，該溫度稱為居里溫度。居里溫度是磁性材料的本征參量之一，它僅與材料的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，幾乎與晶粒的大小、取向以及應(yīng)力分布等組織結(jié)構(gòu)因素?zé)o關(guān)。不同成份的材料的居里溫度各不相同。如：鐵的居里溫度為769℃，鎳為358℃，鐵硅合金為690℃，鐵氧體永磁鐵為500℃，釹鐵硼永磁鐵為220℃左右。測(cè)定鐵磁性材料的居里溫度對(duì)磁性材料、磁性器件的研究和研制，和對(duì)工程技術(shù)應(yīng)用都具有十分重要的意義。

熱重分析儀是一種熱分析儀器，該儀器可以測(cè)量樣品在程序升溫過程中質(zhì)量的變化。當(dāng)樣品為鐵磁性材料時(shí)，并對(duì)樣品施加一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，鐵磁性材料產(chǎn)生磁性，并與磁場(chǎng)形成相互作用力，導(dǎo)致樣品表觀質(zhì)量的增加或減少。當(dāng)樣品以某一升溫速率加熱到居里點(diǎn)后，鐵磁性材料由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕判韵?，?dǎo)致樣品表觀質(zhì)量響應(yīng)地減少或增加（如圖1）。按照?qǐng)D1方法可計(jì)算外推終止點(diǎn)，即為樣品的居里點(diǎn)（Tc, endset）。對(duì)于常規(guī)的熱重分析儀，通常亦可以采用標(biāo)準(zhǔn)鐵磁性材料的居里點(diǎn)校準(zhǔn)儀器溫度。

圖1. 熱重分析儀測(cè)量鐵磁性材料的溫度——質(zhì)量曲線（加載磁場(chǎng)）

另經(jīng)典鐵磁學(xué)認(rèn)為鐵磁物質(zhì)在其居里溫度點(diǎn)的鐵磁相變是二級(jí)相變，特別是對(duì)Ni、Fe、Co 等典型鐵磁材料的鐵磁相變更是被看作二級(jí)相變的范例。而西安交通大學(xué)的楊森博士從實(shí)驗(yàn)和理論上證明了鐵磁物質(zhì)所發(fā)生的鐵磁相變是一級(jí)（不連續(xù)）相變，而不是目前認(rèn)為的二級(jí)（連續(xù)）相變，他們認(rèn)為前述典型的“二級(jí)"順磁—鐵磁轉(zhuǎn)變?cè)谙嘧冞^程中沒有表現(xiàn)出相應(yīng)的二級(jí)相變的特征，相反而是表現(xiàn)出相變熱滯后和相變潛熱等一級(jí)相變的特征。

本文利用耐馳熱重分析儀TG 209F1和差示掃描量熱儀DSC3500對(duì)鐵磁性材料的居里點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行表征。

1.熱重測(cè)試

儀器：Netzsch TG209F1

樣品： 【鐵磁性材料】

儀器校正：

測(cè)試前，先使用居里點(diǎn)方法對(duì)熱重分析儀進(jìn)行溫度校正。居里點(diǎn)法是較傳統(tǒng)的TG溫度校正方法，耐馳可提供磁鐵附件及鐵磁性標(biāo)物（如圖2）。首先在TG爐體出口處安裝對(duì)鐵磁性標(biāo)樣有一定吸引力的鐵磁環(huán)，在升溫過程中當(dāng)樣品到達(dá)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，鐵磁環(huán)對(duì)樣品的吸引力突然消失，此時(shí)記錄的溫度即為標(biāo)樣的居里點(diǎn)溫度。通過測(cè)量覆蓋儀器溫度范圍的一系列標(biāo)樣，將各標(biāo)樣實(shí)測(cè)居里點(diǎn)溫度與理論值進(jìn)行比較，計(jì)算兩者之間的偏差，即能獲取不同溫度T下的△T。相應(yīng)的溫度T取的是標(biāo)樣的居里點(diǎn)理論溫度。

測(cè)試程序：

首先在TG爐體出口處安裝鐵磁環(huán)，然后將盛有樣品的坩堝放入熱重分析儀內(nèi)，以10℃/min的恒定升溫速率在氮?dú)鈿夥障录訜針悠?，直至居里點(diǎn)轉(zhuǎn)變完成。

圖2. 磁鐵附件及鐵磁性標(biāo)物

2. 差示掃描量熱測(cè)試

儀器：Netzsch DSC 3500

樣品： 【鐵磁性材料】

測(cè)試程序：RT～500 ℃, 10℃/min，N₂

如圖3所示是鐵磁性材料的TG及DTG曲線，起始階段曲線變化較為平緩，當(dāng)溫度升至450℃后，該鐵磁性材料由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，外置磁鐵附件對(duì)其沒有吸引力，使得樣品表觀質(zhì)量增加，即增重的趨勢(shì)。由曲線可知，DTG峰值溫度約為477.6℃，TG曲線的外推終止點(diǎn)溫度約為481.6℃，即樣品的居里點(diǎn)溫度約為481.6℃。

如圖4所示是鐵磁性材料的DSC曲線。根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)在采用差示掃描量熱儀測(cè)試居里轉(zhuǎn)變時(shí)，其居里轉(zhuǎn)變過程表現(xiàn)為一個(gè)較微弱的類似抖動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)變特征，雖然信號(hào)相對(duì)較弱，但還是可以辨識(shí)出來，作為檢測(cè)判定依據(jù)。這里為增加信號(hào)強(qiáng)度，故加大樣品量至80mg左右。由DSC曲線可知，當(dāng)溫度升至450℃后，DSC曲線上有一微弱吸熱峰，峰值溫度約為475.9℃，與圖2中的DTG峰值溫度（477.6℃）相對(duì)應(yīng)，故該微弱吸熱峰可認(rèn)為是樣品的居里點(diǎn)轉(zhuǎn)變。

圖4. 鐵磁性材料的DSC曲線

耐馳TG和DSC具有高靈敏度和較好的控溫精度，操作方便、準(zhǔn)確度高、檢測(cè)時(shí)間短，與傳統(tǒng)居里點(diǎn)檢測(cè)方法相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，是研究磁性材料的居里溫度、磁性相之間相轉(zhuǎn)變的一種有力工具。

作者

盛沈俊

耐馳儀器公司應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室