Коэрцитивность - Coercivity

Семейство петель гистерезиса для текстурированной электротехнической стали , магнитомягкого материала. B R обозначает сохраняемость, а H C - коэрцитивность . Чем шире внешний контур, тем выше коэрцитивность. Движение по петлям - против часовой стрелки.

Коэрцитивная сила , также называемая магнитной коэрцитивностью , коэрцитивным полем или коэрцитивной силой , является мерой способности ферромагнитного материала противостоять внешнему магнитному полю без размагничивания . Коэрцитивность обычно измеряется в Эрстед или ампер / метр единиц и обозначается H C .

Аналогичное свойство в электротехнике и материаловедении , электрическая коэрцитивность , - это способность сегнетоэлектрического материала противостоять внешнему электрическому полю без деполяризации .

Ферромагнитные материалы с высокими коэрцитивным называются магнитно трудно , и используются для изготовления постоянных магнитов . Материалы с низкой коэрцитивной называются магнитно - мягким . Последние используются в сердечниках трансформаторов и индукторов , записывающих головках , микроволновых устройствах и магнитных экранах .

Определения

Графическое определение различных значений коэрцитивности на кривой гистерезиса потока в поле (кривая BH) для гипотетического магнитотвердого материала.
Эквивалентные определения коэрцитивности в терминах кривой зависимости намагниченности от поля (MH) для одного и того же магнита.

Коэрцитивная сила в ферромагнитном материале - это интенсивность приложенного магнитного поля ( H- поля), необходимого для размагничивания этого материала после того, как намагниченность образца была доведена до насыщения сильным полем. Это размагничивающее поле применяется напротив исходного насыщающего поля. Однако существуют разные определения коэрцитивности, в зависимости от того, что считается «размагниченным», поэтому простой термин «коэрцитивность» может быть двусмысленным:

  • Нормальная коэрцитивность , Н Сп , является Н полем , необходимым для уменьшения магнитного потока (среднее В поле внутри материала) к нулю.
  • Внутренняя коэрцитивность , Н Кий , является Н полем , необходимым для уменьшения намагниченности (среднее M поля внутри материала) к нулю.
  • Остаточную намагниченность коэрцитивность , Н Кр , является Н поле , необходимое , чтобы уменьшить остаточную намагниченность к нулю, а это означает , что , когда Н поле , наконец , возвращается к нулю, то и В и М , также попадают в ноль (материал достигает происхождения на кривой гистерезиса ).

Различие между нормальной и собственной коэрцитивной силой незначительно в магнитомягких материалах, однако оно может быть значительным в магнитотвердых материалах. Самые сильные редкоземельные магниты почти не теряют намагниченности при H Cn .

Экспериментальное определение

Коэрцитивность некоторых магнитных материалов
Материал Коэрцитивная сила
(кА / м)
Супермаллой
(16 Fe : 79 Ni : 5 Mo )
0,0002
Пермаллой ( Fe : 4 Ni ) 0,0008–0,08
Железные опилки (0,9995 масс. ) 0,004–37,4
Электротехническая сталь (11Fe: Si) 0,032–0,072
Необработанное железо (1896 г.) 0,16
Никель (0,99 мас.) 0,056–23
Ферритовый магнит
(Zn x FeNi 1 − x O 3 )
1,2–16
2Fe: Co, железный столб 19
Кобальт (0,99 вес.) 0,8–72
Алнико 30–150
Дисковый носитель записи
( Cr : Co : Pt )
140
Неодимовый магнит (NdFeB) 800–950
12 Fe : 13 Pt (Fe 48 Pt 52 ) ≥980
? ( Dy , Nb , Ga ( Co ): 2 Nd : 14 Fe : B ) 2040–2090
Самариево-кобальтовый магнит
(2 Sm : 17 Fe : 3 N ; 10 K )  
<40–2800
Самариево-кобальтовый магнит 3200

Обычно коэрцитивная сила магнитного материала определяется путем измерения петли магнитного гистерезиса , также называемой кривой намагничивания , как показано на рисунке выше. Устройство, используемое для сбора данных, обычно представляет собой магнитометр с вибрирующим образцом или магнитометр с переменным градиентом . Прикладное поле, в котором линия данных пересекает ноль, является коэрцитивной силой. Если в образце присутствует антиферромагнетик , значения коэрцитивной силы, измеренные в увеличивающемся и уменьшающемся полях, могут быть неодинаковыми из-за эффекта обменного смещения .

Коэрцитивная сила материала зависит от шкалы времени, в которой измеряется кривая намагничивания. Намагниченность материала, измеренная при приложенном обратном поле, которое номинально меньше коэрцитивной силы, может в течение длительного времени медленно релаксировать до нуля. Релаксация происходит, когда изменение намагниченности движением доменной стенки термически активируется и во многом определяется магнитной вязкостью . Возрастающее значение коэрцитивной силы на высоких частотах является серьезным препятствием для увеличения скорости передачи данных при магнитной записи с широким диапазоном частот , что усугубляется тем фактом, что увеличенная плотность хранения обычно требует более высокой коэрцитивной силы в носителе.

Теория

В коэрцитивном поле векторная компонента намагниченности ферромагнетика, измеренная вдоль направления приложенного поля, равна нулю. Существует два основных режима перемагничивания : однодоменное вращение и движение доменной стенки . Когда намагничивание материала меняется на противоположное путем вращения, составляющая намагниченности вдоль приложенного поля равна нулю, потому что вектор указывает в направлении, ортогональном приложенному полю. Когда намагниченность меняет направление движением доменной стенки, итоговая намагниченность мала во всех направлениях вектора, потому что моменты всех отдельных доменов в сумме равны нулю. Кривые намагничивания, в которых преобладают вращение и магнитокристаллическая анизотропия , обнаруживаются в относительно совершенных магнитных материалах, используемых в фундаментальных исследованиях. Движение доменных стенок является более важным механизмом обращения в реальных технических материалах, поскольку дефекты, такие как границы зерен и примеси, служат центрами зарождения доменов с обращенной намагниченностью. Роль доменных стенок в определении коэрцитивной силы сложна, поскольку дефекты могут закреплять доменные стенки в дополнение к их зарождению. Динамика доменных границ в ферромагнетиках аналогична динамике границ зерен и пластичности в металлургии, поскольку как доменные стенки, так и границы зерен являются плоскими дефектами.

Значение

Как и в случае любого гистерезисного процесса, область внутри кривой намагничивания в течение одного цикла представляет работу, которая выполняется на материале внешним полем при обращении намагничивания, и рассеивается в виде тепла. Общие диссипативные процессы в магнитных материалах включают магнитострикцию и движение доменной стенки. Коэрцитивная сила является мерой степени магнитного гистерезиса и, следовательно, характеризует потери магнитомягких материалов для их обычных применений.

Остаточная сила насыщения и коэрцитивная сила являются показателями качества для твердых магнитов, хотя обычно указывается произведение максимальной энергии . В 80-е годы появились редкоземельные магниты с высокоэнергетическими продуктами, но с нежелательно низкими температурами Кюри . С 1990-х годов были разработаны новые жесткие магниты с обменной пружиной с высокой коэрцитивной силой.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки