Коэрцитивность
Сопротивление ферромагнитного материала размагничиванию внешним магнитным полем
Семейство петель гистерезиса для электротехнической стали с ориентированным зерном , магнитомягкого материала. B R обозначает удерживающую способность , а H C — коэрцитивную силу . Чем шире внешняя петля, тем выше коэрцитивная сила. Движение по петлям происходит против часовой стрелки.

Коэрцитивность , также называемая магнитной коэрцитивностью , коэрцитивным полем или коэрцитивной силой , является мерой способности ферромагнитного материала выдерживать внешнее магнитное поле без размагничивания . Коэрцитивность обычно измеряется в единицах эрстед или ампер /метр и обозначается H C .

Аналогичное свойство в электротехнике и материаловедении — электрическая коэрцитивность — это способность сегнетоэлектрического материала выдерживать внешнее электрическое поле без деполяризации .

Ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой называются магнитно- жёсткими и используются для изготовления постоянных магнитов . Материалы с низкой коэрцитивной силой называются магнитно- мягкими . Последние используются в сердечниках трансформаторов и индукторов , записывающих головках , микроволновых устройствах и магнитном экранировании .

Определения

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

Коэрцитивность в ферромагнитном материале — это напряженность приложенного магнитного поля ( поле H ), необходимая для размагничивания этого материала после того, как намагничивание образца было доведено до насыщения сильным полем. Это размагничивающее поле прикладывается противоположно исходному насыщающему полю. Однако существуют различные определения коэрцитивности, в зависимости от того, что считается «размагничиванием», поэтому простой термин «коэрцитивность» может быть неоднозначным:

  • Нормальная коэрцитивная сила , H Cn , представляет собой поле H , необходимое для уменьшения магнитного потока (среднего поля B внутри материала) до нуля.
  • Собственная коэрцитивная сила , H Ci , представляет собой поле H , необходимое для уменьшения намагниченности (среднего поля M внутри материала) до нуля.
  • Остаточная коэрцитивная сила , H Cr , представляет собой поле H , необходимое для уменьшения остаточной намагниченности до нуля, что означает, что когда поле H наконец возвращается к нулю, то и B , и M также падают до нуля (материал достигает начала координат на кривой гистерезиса). [1]

Различие между нормальной и собственной коэрцитивной силой незначительно в магнитомягких материалах, однако может быть существенным в магнитотвердых материалах. [1] Самые сильные редкоземельные магниты практически не теряют намагниченность при H Cn .

Экспериментальное определение

Коэрцитивность некоторых магнитных материалов
МатериалКоэрцитивная сила
(кА/м)
Супермаллой
(16 Fe :79 Ni :5 Mo )		0,0002 [2] : 131, 133 
Пермаллой ( Fe : 4Ni )0,0008–0,08 [3]
Железные опилки (0,9995 вес .)0,004–37,4 [4] [5]
Электротехническая сталь (11Fe:Si)0,032–0,072 [6]
Сырое железо (1896)0,16 [7]
Никель (0,99 вес.)0,056–23 [5] [8]
Ферритовый магнит
(Zn x FeNi 1−x O 3 )		1.2–16 [9]
2Fe:Co, [10] железный столб19 [5]
Кобальт (0,99 вес.)0,8–72 [11]
Альнико30–150 [12]
Носитель записи на диске
( Cr : Co : Pt )		140 [13]
Неодимовый магнит (NdFeB)800–950 [14] [15]
12 Fe :13 Pt ( Fe 48 Pt 52 )≥980 [16]
?( Dy , Nb , Ga ( Co ):2 Nd :14 Fe : B )2040–2090 [17] [18]
Самарий-кобальтовый магнит
(2 Sm :17 Fe :3 N ; 10 K ) 		<40–2800 [19] [20]
Самарий-кобальтовый магнит3200 [21]

Обычно коэрцитивность магнитного материала определяется путем измерения петли магнитного гистерезиса , также называемой кривой намагничивания , как показано на рисунке выше. Аппарат, используемый для получения данных, обычно представляет собой вибрирующий образец или переменно-градиентный магнитометр . Приложенное поле, в котором линия данных пересекает ноль, является коэрцитивностью. Если в образце присутствует антиферромагнетик , коэрцитивность, измеренная в возрастающих и убывающих полях, может быть неравной из-за эффекта обменного смещения . [ необходима цитата ]

Коэрцитивность материала зависит от временной шкалы, в течение которой измеряется кривая намагничивания. Намагниченность материала, измеренная при приложенном обратном поле, которое номинально меньше коэрцитивности, может в течение длительного времени медленно релаксировать до нуля. Релаксация происходит, когда реверсирование намагниченности движением доменной стенки термически активируется и доминируется магнитной вязкостью . [22] Увеличение значения коэрцитивности на высоких частотах является серьезным препятствием для увеличения скорости передачи данных в широкополосной магнитной записи, усугубляемым тем фактом, что повышенная плотность хранения обычно требует более высокой коэрцитивности в носителе. [ необходима цитата ]

Теория

В коэрцитивном поле векторная составляющая намагниченности ферромагнетика, измеренная вдоль направления приложенного поля, равна нулю. Существует два основных режима перемагничивания : однодоменное вращение и движение доменной стенки . Когда намагниченность материала переворачивается вращением, составляющая намагниченности вдоль приложенного поля равна нулю, поскольку вектор указывает в направлении, ортогональном приложенному полю. Когда намагниченность переворачивается движением доменной стенки, чистая намагниченность мала в каждом векторном направлении, поскольку моменты всех отдельных доменов в сумме равны нулю. Кривые намагничивания, в которых доминирует вращение и магнитокристаллическая анизотропия, встречаются в относительно совершенных магнитных материалах, используемых в фундаментальных исследованиях. [23] Движение доменной стенки является более важным механизмом перемагничивания в реальных конструкционных материалах, поскольку дефекты, такие как границы зерен и примеси, служат местами зарождения для доменов с обратной намагниченностью. Роль доменных стенок в определении коэрцитивности сложна, поскольку дефекты могут закреплять доменные стенки в дополнение к их зарождению. Динамика доменных стенок в ферромагнетиках аналогична динамике границ зерен и пластичности в металлургии, поскольку как доменные стенки, так и границы зерен являются плоскими дефектами. [ необходима ссылка ]

Значение

Как и в случае любого гистерезисного процесса, область внутри кривой намагничивания в течение одного цикла представляет собой работу , которую выполняет над материалом внешнее поле при изменении намагниченности, и рассеивается в виде тепла. Обычные диссипативные процессы в магнитных материалах включают магнитострикцию и движение доменных стенок. Коэрцитивная сила является мерой степени магнитного гистерезиса и, следовательно, характеризует потери магнитомягких материалов для их обычных применений.

Остаточная намагниченность насыщения и коэрцитивная сила являются показателями качества для твердых магнитов, хотя максимальный энергетический продукт также обычно упоминается. В 1980-х годах были разработаны редкоземельные магниты с высокими энергетическими продуктами, но нежелательно низкими температурами Кюри . С 1990-х годов были разработаны новые обменные пружинные твердые магниты с высокими коэрцитивными силами. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Giorgio Bertotti (21 мая 1998 г.). Гистерезис в магнетизме: для физиков, материаловедов и инженеров. Elsevier Science. ISBN 978-0-08-053437-4.
  2. ^ Тумански, С. (2011). Справочник по магнитным измерениям . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781439829523.
  3. ^ MA Akhter-DJ Mapps-YQ Ma Tan-Amanda Petford-Long-R. Doole; Mapps; Ma Tan; Petford-Long; Doole (1997). "Зависимость толщины и размера зерна коэрцитивной силы в тонких пленках пермаллоя". Журнал прикладной физики . 81 (8): 4122. Bibcode : 1997JAP....81.4122A. doi : 10.1063/1.365100.
  4. ↑ Calvert, JB (6 декабря 2003 г.) [13 декабря 2002 г.]. "Iron". mysite.du.edu . Архивировано из оригинала 2007-09-15 . Получено 2023-11-04 .
  5. ^ abc "Магнитные свойства твердых тел". Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Получено 22 ноября 2014 г. .
  6. ^ "timeout". Cartech.ides.com . Получено 22 ноября 2014 г. .[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  7. ^ Томпсон, Сильванус Филлипс (1896). Динамоэлектрические машины . Получено 22 ноября 2014 г.
  8. ^ MS Miller-FE Stageberg-YM Chow-K. Rook-LA Heuer; Stageberg; Chow; Rook; Heuer (1994). "Влияние условий распыления высокочастотного магнетрона на магнитные, кристаллические и электрические свойства тонких никелевых пленок". Журнал прикладной физики . 75 (10): 5779. Bibcode : 1994JAP....75.5779M. doi : 10.1063/1.355560.
  9. ^ Zhenghong Qian; Geng Wang; Sivertsen, JM; Judy, JH (1997). "Тонкие пленки Ni Zn феррита, полученные методом распыления лицевой мишени". IEEE Transactions on Magnetics . 33 (5): 3748– 3750. Bibcode : 1997ITM....33.3748Q. doi : 10.1109/20.619559.
  10. ^ Орлофф, Джон (2017-12-19). Справочник по оптике заряженных частиц, второе издание. CRC Press. ISBN 9781420045550. Получено 22 ноября 2014 г.
  11. ^ Луо, Хонгмэй; Ван, Дунхай; Хэ, Цзибао; Лу, Юньфэн (2005). «Тонкие пленки магнитной кобальтовой нанопроволоки». Журнал физической химии B. 109 ( 5): 1919– 22. doi :10.1021/jp045554t. PMID  16851175.
  12. ^ "Cast ALNICO Permanent Magnets" (PDF) . Arnold Magnetic Technologies . Получено 4 ноября 2023 г. .
  13. ^ Янг, ММ; Ламберт, СЭ; Ховард, ДжК; Хванг, К. (1991). «Ламинированные пленки CoPt Cr / Cr для продольной записи с низким уровнем шума». Труды IEEE по магнитным полям . 27 (6): 5052– 5054. Bibcode : 1991ITM....27.5052Y. doi : 10.1109/20.278737.
  14. ^ CD Fuerst-EG Brewer; Brewer (1993). "Высокоостаточная намагниченность, быстро затвердевший Nd-Fe-B: высаженные магниты (приглашенный)". Журнал прикладной физики . 73 (10): 5751. Bibcode : 1993JAP....73.5751F. doi : 10.1063/1.353563.
  15. ^ "WONDERMAGNET.COM - Магниты NdFeB, Магнитная проволока, Книги, Странная наука, Нужные вещи". Wondermagnet.com. Архивировано из оригинала 11 февраля 2015 года . Получено 22 ноября 2014 года .
  16. ^ Чен и Никлес 2002
  17. ^ Бай, Г.; Гао, РВ; Сан, И.; Хан, ГБ; Ванг, Б. (январь 2007 г.). «Исследование высококоэрцитивных спеченных магнитов NdFeB». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 308 (1): 20–23 . Bibcode : 2007JMMM..308...20B. doi : 10.1016/j.jmmm.2006.04.029.
  18. ^ Цзян, Х.; Эванс, Дж.; О'Ши, М.Дж.; Ду, Цзяньхуа (2001). «Жесткие магнитные свойства быстро отожженных тонких пленок NdFeB на буферных слоях Nb и V». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 224 (3): 233– 240. Bibcode : 2001JMMM..224..233J. doi : 10.1016/S0304-8853(01)00017-8.
  19. ^ Накамура, Х.; Курихара, К.; Тацуки, Т.; Сугимото, С.; Окада, М.; Хомма, М. (октябрь 1992 г.). «Фазовые изменения и магнитные свойства сплавов Sm2Fe17Nx, подвергнутых термической обработке в водороде». IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan . 7 (10): 798– 804. doi :10.1109/TJMJ.1992.4565502.
  20. ^ Рани, Р.; Хегде, Х.; Наваратна, А.; Кадье, Ф.Дж. (15 мая 1993 г.). «Высокая коэрцитивность Sm 2 Fe 17 N x и родственные фазы в образцах распыленных пленок». Журнал прикладной физики . 73 (10): 6023– 6025. Bibcode : 1993JAP....73.6023R. doi : 10.1063/1.353457. INIST 4841321. 
  21. ^ де Кампос, МФ; Ландграф, ФЮГ; Сайто, Нью-Хэмпшир; Ромеро, ЮАР; Нейва, AC; Мисселл, ФП; де Морэ, Э.; Гама, С.; Обручева Е.В.; Джалнин, Б.В. (1 июля 1998 г.). «Химический состав и коэрцитивность магнитов SmCo5». Журнал прикладной физики . 84 (1): 368–373 . Бибкод : 1998JAP....84..368D. дои : 10.1063/1.368075. ISSN  0021-8979.
  22. ^ Гонт 1986
  23. ^ Гениш и др. 2004
  24. ^ Кнеллер и Хавиг 1991
  • Чен, Мин; Никлес, Дэвид Э. (2002). «Синтез, самосборка и магнитные свойства наночастиц Fe x Co y Pt 100- x - y ». Nano Letters . 2 (3): 211– 214. Bibcode :2002NanoL...2..211C. doi :10.1021/nl015649w.
  • Гонт, П. (1986). «Магнитная вязкость и энергия тепловой 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, М. Р. (2004). "Локальные измерения перемагничивания в тонких пленках SrRuO 3 ". Physica Status Solidi C. 1 ( 12): 3440– 3442. Bibcode :2004PSSCR...1.3440G. doi :10.1002/pssc.200405476.
  • Кнеллер, Э. Ф.; Хавиг, Р. (1991). «Магнит с обменной пружиной: новый материальный принцип для постоянных магнитов». Труды IEEE по магнетизму . 27 (4): 3588– 3600. Bibcode : 1991ITM....27.3588K. doi : 10.1109/20.102931.
  • Ливингстон, Дж. Д. (1981). «Обзор механизмов коэрцитивности». Журнал прикладной физики . 52 (3): 2541– 2545. Bibcode : 1981JAP....52.2544L. doi : 10.1063/1.328996.
  • Апплет перемагничивания (когерентное вращение)
  • Таблицу коэрцитивности различных магнитных носителей записи см. в разделе «Размагничивание ленточных магнитных носителей для хранения данных» ( PDF ) на сайте fujifilmusa.com.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Коэрцитивность&oldid=1209091650"