Коэрцитивность - Coercivity
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
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
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
- Чен, Мин; Никлес, Дэвид Э. (2002). «Синтез, самосборка и магнитные свойства наночастиц Fe x Co y Pt 100-xy ». Нано-буквы . 2 (3): 211–214. Bibcode : 2002NanoL ... 2..211C . DOI : 10.1021 / nl015649w .
- Гонт, П. (1986). «Магнитная вязкость и энергия термической активации». Журнал прикладной физики . 59 (12): 4129–4132. Bibcode : 1986JAP .... 59.4129G . DOI : 10.1063 / 1.336671 .
- Гениш, Исашар; Кац, Евгений; Кляйн, Лиор; Райнер, Джеймс У .; Бисли, MR (2004). «Локальные измерения перемагничивания в тонких пленках Sr Rb O 3 ». Physica Статус Solidi C . 1 (12): 3440–3442. Bibcode : 2004PSSCR ... 1.3440G . DOI : 10.1002 / pssc.200405476 .
- Кнеллер, EF; Хавиг, Р. (1991). «Магнит с обменной пружиной: новый материальный принцип для постоянных магнитов». IEEE Transactions on Magnetics . 27 (4): 3588–3600. Bibcode : 1991ITM .... 27.3588K . DOI : 10.1109 / 20.102931 .
- Ливингстон, JD (1981). «Обзор механизмов принуждения». Журнал прикладной физики . 52 (3): 2541–2545. Bibcode : 1981JAP .... 52.2544L . DOI : 10.1063 / 1.328996 .
внешние ссылки
- Апплет перемагничивания (когерентное вращение)
- Таблицу коэрцитивности различных магнитных носителей записи см. В документе « Размагничивание магнитных носителей на ленте для хранения данных » ( PDF ) на сайте fujifilmusa.com.