矫顽力
来源于不可逆磁化过程的磁场力
矫顽力(coercive force),也称为矫顽性或保磁力,是磁性材料的特性之一,指磁性材料在饱和磁化后,要使其磁感应强度B减到零所需的磁场强度。矫顽力代表磁性材料抵抗退磁的能力,用HC符号表示,单位为A/m(国际标准制)或Oe(高斯单位制)。矫顽力的大小反映了材料在外磁场作用下保持磁化状态的能力,是磁路设计中的一个重要参量之一。
简介
矫顽力是使已磁化的铁磁质失去磁性而必须加的与原磁化方向相反的外磁场强度。它不仅与铁磁质的性质有关,还依赖于铁磁质原先的磁化强度。在制造变压器的铁芯或电磁铁时,需要选择矫顽力小的材料(如软铁、硅钢等),以使电流切断后尽快消失磁性。而在制造永磁体时,则需要选择矫顽力大的材料(如铝镍钴等),以求尽可能保存磁性,不使其消失。
磁滞回线产生
在永磁材料的退磁曲线上,当反向磁场增大到某一值时,磁体的磁感应强度B为0,称该反向磁场为该材料的矫顽力;在反向磁场为时,磁体对外不显示磁通量,因此矫顽力表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应的能力。是磁路设计中的一个重要参量之一。
矫顽力用表示(这种表示常指)。根据磁感应强度B与磁场强度和磁化强度M的关系,如令,得到。当,得到;常用和来表示其区别。,给出的值称为内部矫顽力。
重要性
矫顽力是衡量磁滞现象程度的指标,反映了材料在被磁化后施加反向外加磁场所需的功,这些能量最终以热能形式散失。磁性材料中常见的耗散过程包括磁致伸缩磁畴壁的运动。矫顽力也是软铁磁性材料在一般应用中损失的一个指标。方形度(squareness)是剩磁除以矫顽力的商,硬铁磁性材料的方形度及矫顽力是其性能的重要指标,而磁能积则是硬铁磁性材料性能的常见度量。
理论
铁磁性材料的矫顽力反映了其磁化反转的方式,包括单域旋转和磁畴壁运动。单域旋转时,磁化强度垂直于外加磁场;而磁畴壁运动时,所有小磁畴的磁化强度总和接近零。在理想的磁性材料中,磁化强度主要受单域旋转和磁晶各向异性影响。在实际应用的材料中,杂质和晶界成为反向磁化磁域的成核来源,磁化强度反向主要由磁畴运动控制晶体缺陷可能是成核来源,但也可能固定住磁畴壁,因此磁畴壁运动在矫顽力中的影响相当复杂。
特点
矫顽力在数值上总是小于剩磁。在处,,在退磁曲线上任意点的磁极化强度值总是小于剩磁,故在数值上总是小于剩磁。例如:的磁体,其不可能大于12.3KGs。换句话说,剩磁在数值上是矫顽力的理论极限。
影响因素
在磁学性能中,矫顽力的大小受晶粒尺寸变化的影响最为强烈。对于大致球形的晶粒,矫顽力随晶粒尺寸的减小而增加,达到一最大值后,随着晶粒的进一步减小矫顽力反而下降。对应于最大矫顽力的晶粒尺寸相当于单畴的尺寸,对于不同的合金系统,其尺寸范围在十几至几百纳米。当晶粒尺寸大于单时尺寸时,矫顽力与平均晶粒尺寸D的关系为:
式中,C是与材料有关的常数。可见,纳米材料的晶粒尺寸大于单畸尺寸时,矫顽力亦随晶粒尺寸D的减小而增加。
同时,因为矫顽力来源于不可逆磁化过程,因此造成不可逆磁化机理的主要因素是材料中存在磁各向异性(包含磁晶、感生和应力等各向异性)以及杂质、气孔、缺陷等因素也会影响矫顽力的大小。
实验量测
矫顽力的量测通常通过磁滞曲线来进行,使用的仪器包括振动样品磁强计或交变梯度磁强计。在量测到的磁通密度数据为零时,对应的磁场强度即为矫顽力。若样品中含有铁磁性材料,在磁场增加及减少时,所量测到的矫顽力可能会不同,这是由于交换偏置场效应的结果。此外,量测到的矫顽力也与量测磁化曲线过程花费的时间有关,长期在相同条件下量测,矫顽力的值会因磁畴在反向磁场下的热效应及磁粘滞系数的影响而驰豫至零。有些材料的矫顽力会随频率增加,这对于需要提高资料速度的高带宽磁性储存设备来说是一个挑战。
参考资料
目录
概述
简介
磁滞回线产生
重要性
理论
特点
影响因素
实验量测
参考资料