Принуждение
Коэрцитивность , также называемая магнитной коэрцитивностью , коэрцитивным полем или коэрцитивной силой , является мерой способности ферромагнитного материала противостоять внешнему магнитному полю, не размагничиваясь . Коэрцитивность обычно измеряется в единицах эрстед или ампер обозначается HC /метр и .
Аналогичное свойство в электротехнике и материаловедении — электрическая коэрцитивность — способность сегнетоэлектрика противостоять внешнему электрическому полю , не деполяризуясь .
Ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой называются магнитотвердыми и используются для изготовления постоянных магнитов . Материалы с низкой коэрцитивной силой называются магнитно- мягкими . Последние используются в трансформаторов и индукторов сердечниках , записывающих головках , устройствах СВЧ , магнитной защите .
Определения
[ редактировать ]
Коэрцитивность ферромагнитного материала — это интенсивность приложенного магнитного поля ( поля H ), необходимая для размагничивания этого материала после того, как намагниченность образца была доведена до насыщения сильным полем. Это размагничивающее поле прикладывается противоположно исходному насыщающему полю. Однако существуют разные определения принуждения, в зависимости от того, что считается «размагничиванием», поэтому сам термин «принуждение» может быть неоднозначным:
- Нормальная коэрцитивность — H Cn это поле H , необходимое для уменьшения магнитного потока (среднего поля B внутри материала) до нуля.
- Внутренняя коэрцитивность Ci H , представляет собой поле H необходимое для уменьшения намагниченности (среднего поля M внутри материала) до нуля.
- , Коэрцитивная сила остаточной намагниченности H Cr , представляет собой поле H, необходимое для уменьшения остаточной намагниченности до нуля. Это означает, что, когда поле H, наконец, возвращается к нулю, тогда и B , и M также падают до нуля (материал достигает начала координат на кривой гистерезиса). ). [1]
Различие между нормальной и собственной коэрцитивностью незначительно в магнитомягких материалах, однако может быть значительным в магнитотвердых материалах. [1] Самые сильные редкоземельные магниты почти не теряют намагниченности при H Cn .
Экспериментальное определение
[ редактировать ]| Материал | Принуждение (кА/м) |
|---|---|
| Супермаллой (16 Фе :79 Ни :5 Мо ) |
0.0002 [2] : 131, 133 |
| Пермаллой ( Fe : 4 Ni ) | 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 г.) | 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: Что, [10] железный столб | 19 [5] |
| Кобальт (0,99 вес.) | 0.8–72 [11] |
| Алнико | 30–150 [12] |
| Дисковый носитель записи ( Кр : Ко : Пт ) |
140 [13] |
| Неодимовый магнит (NdFeB) | 800–950 [14] [15] |
| 12 Фе : 13 Пт ( Фе 48 Пт 52 ) | ≥980 [16] |
| ?( Dy , Nb , Ga ( Co ):2 Nd :14 Fe : B ) | 2040–2090 [17] [18] |
| Самарий-кобальтовый магнит (2 См :17 Fe :3 Н ; 10 К ) |
<40–2800 [19] [20] |
| Самарий-кобальтовый магнит | 3200 [21] |
Обычно коэрцитивность 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 с переменным градиентом или магнитометр . Прикладное поле, в котором линия данных пересекает ноль, является коэрцитивной силой. Если антиферромагнетик в образце присутствует , то коэрцитивность, измеренная в возрастающих и уменьшающихся полях, может быть неодинаковой из-за эффекта обменного смещения . [ нужна ссылка ]
Коэрцитивная сила материала зависит от шкалы времени, в которой измеряется кривая намагничивания. Намагниченность материала, измеренная в приложенном обратном поле, которое номинально меньше коэрцитивной силы, может в течение длительного времени медленно релаксировать до нуля. Релаксация происходит, когда изменение намагниченности за счет движения доменной стенки термически активируется и определяется магнитной вязкостью . [22] Возрастающее значение коэрцитивной силы на высоких частотах является серьезным препятствием для увеличения скорости передачи данных при широкополосной магнитной записи, усугубляемое тем фактом, что увеличение плотности хранения обычно требует более высокой коэрцитивной силы в носителе. [ нужна ссылка ]
Теория
[ редактировать ]В коэрцитивном поле векторная составляющая намагниченности ферромагнетика, измеренная вдоль направления приложенного поля, равна нулю. Существует два основных режима перемагничивания : однодоменное вращение и доменной стенки движение . Когда намагниченность материала меняется на противоположную в результате вращения, составляющая намагниченности вдоль приложенного поля равна нулю, поскольку вектор указывает в направлении, ортогональном приложенному полю. Когда намагниченность меняется на обратную в результате движения доменной стенки, результирующая намагниченность мала во всех направлениях вектора, поскольку сумма моментов всех отдельных доменов равна нулю. Кривые намагничивания, в которых преобладают вращение и магнитокристаллическая анизотропия , обнаружены в относительно совершенных магнитных материалах, используемых в фундаментальных исследованиях. [23] Движение доменных стенок является более важным механизмом обращения в реальных технических материалах, поскольку дефекты, такие как границы зерен и примеси, служат местами зарождения доменов обратного намагничивания. Роль доменных границ в определении коэрцитивности сложна, поскольку дефекты могут . не только зарождать их, но и закреплять доменные границы Динамика доменных границ в ферромагнетиках аналогична динамике границ зерен и пластичности в металлургии, поскольку и доменные границы, и границы зерен представляют собой плоские дефекты. [ нужна ссылка ]
Значение
[ редактировать ]Как и в случае любого гистерезисного процесса, площадь внутри кривой намагничивания в течение одного цикла представляет собой работу , которая совершается над материалом внешним полем при изменении намагничивания и рассеивается в виде тепла. Общие диссипативные процессы в магнитных материалах включают магнитострикцию и движение доменных стенок. Коэрцитивная сила является мерой степени магнитного гистерезиса и, следовательно, характеризует потери в магнитомягких материалах для их обычных применений.
Остаточная магнитная индукция насыщения и коэрцитивная сила являются показателями качества жестких магнитов, хотя максимальное энергетическое произведение также обычно указывается . В 1980-е годы были разработаны редкоземельные магниты с высокой энергией, но с нежелательно низкими температурами Кюри . новые твердые магниты обменной пружины с высокой коэрцитивной силой. С 1990-х годов были разработаны [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Джорджо Бертотти (21 мая 1998 г.). Гистерезис в магнетизме: для физиков, материаловедов и инженеров . Эльзевир Наука. ISBN 978-0-08-053437-4 .
- ^ Тумански, С. (2011). Справочник по магнитным измерениям . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781439829523 .
- ^ MA Ахтер-DJ Mapps-YQ Ма Тан-Аманда Петфорд-Лонг-Р. Дул; Маппс; Ма Тан; Петфорд-Лонг; Дул (1997). «Зависимость коэрцитивной силы в тонких пленках пермаллоя от толщины и размера зерна». Журнал прикладной физики . 81 (8): 4122. Бибкод : 1997JAP....81.4122A . дои : 10.1063/1.365100 .
- ^ Калверт, Дж. Б. (6 декабря 2003 г.) [13 декабря 2002 г.]. "Железо" . mysite.du.edu . Архивировано из оригинала 15 сентября 2007 г. Проверено 4 ноября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с «Магнитные свойства твердых тел» . HyperPhysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 22 ноября 2014 г.
- ^ «тайм-аут» . Cartech.ides.com . Проверено 22 ноября 2014 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Томпсон, Сильванус Филлипс (1896). Динамо-электрические машины . Проверено 22 ноября 2014 г.
- ^ М.С. Миллер-Ф.Е. Стаджберг-Ю.М. Чоу-К. Рук-ЛА Хойер; Стагберг; Чау; Рук; Хойер (1994). «Влияние условий высокочастотного магнетронного распыления на магнитные, кристаллические и электрические свойства тонких пленок никеля». Журнал прикладной физики . 75 (10): 5779. Бибкод : 1994JAP....75.5779M . дои : 10.1063/1.355560 .
- ^ Чжэнхун Цянь; Гэн Ван; Сивертсен, Дж. М.; Джуди, Дж. Х. (1997). «Тонкие пленки Ni- Zn- феррита, полученные методом распыления по мишени». Транзакции IEEE по магнетизму . 33 (5): 3748–3750. Бибкод : 1997ITM....33.3748Q . дои : 10.1109/20.619559 .
- ^ Орлов, Джон (19 декабря 2017 г.). Справочник по оптике заряженных частиц, второе издание . ЦРК Пресс. ISBN 9781420045550 . Проверено 22 ноября 2014 г.
- ^ Ло, Хунмэй; Ван, Дунхай; Он, Цзибао; Лу, Юньфэн (2005). «Тонкие пленки из магнитной кобальтовой нанопроволоки». Журнал физической химии Б. 109 (5): 1919–22. дои : 10.1021/jp045554t . ПМИД 16851175 .
- ^ «Литые постоянные магниты ALNICO» (PDF) . Арнольд Магнитные Технологии . Проверено 4 ноября 2023 г.
- ^ Ян, ММ; Ламберт, SE; Ховард, Дж. К.; Хван, К. (1991). «Ламинированные пленки CoPt Cr / Cr для малошумной продольной записи». Транзакции IEEE по магнетизму . 27 (6): 5052–5054. Бибкод : 1991ITM....27.5052Y . дои : 10.1109/20.278737 .
- ^ CD Fuerst-EG Брюэр; Брюэр (1993). «Быстро затвердевший Nd-Fe-B с высокой остаточной намагниченностью: магниты с осадкой (приглашены)». Журнал прикладной физики . 73 (10): 5751. Бибкод : 1993JAP....73.5751F . дои : 10.1063/1.353563 .
- ^ «WONDERMAGNET.COM — Магниты NdFeB, Магнитная проволока, Книги, Странная наука, Нужные вещи» . Wondermagnet.com. Архивировано из оригинала 11 февраля 2015 года . Проверено 22 ноября 2014 г.
- ^ Чен и Никлс, 2002 г.
- ^ Бай, Г.; Гао, RW; Сан, Ю.; Хан, Великобритания; Ван, Б. (январь 2007 г.). «Исследование высококоэрцитивных спеченных магнитов NdFeB». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 308 (1): 20–23. Бибкод : 2007JMMM..308...20B . дои : 10.1016/j.jmmm.2006.04.029 .
- ^ Цзян, Х.; Эванс, Дж.; О'Ши, MJ; Ду, Цзяньхуа (2001). «Магнитно-жесткие свойства быстро отожженных тонких пленок NdFeB на буферных слоях Nb и V». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 224 (3): 233–240. Бибкод : 2001JMMM..224..233J . дои : 10.1016/S0304-8853(01)00017-8 .
- ^ Накамура, Х.; Курихара, К.; Тацуки, Т.; Сугимото, С.; Окада, М.; Хомма, М. (октябрь 1992 г.). «Фазовые изменения и магнитные свойства сплавов Sm 2 Fe 17 N x, термообработанных в водороде». Журнал переводов IEEE по магнетизму в Японии . 7 (10): 798–804. дои : 10.1109/TJMJ.1992.4565502 .
- ^ 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 напыленных пленок». Журнал прикладной физики . 73 (10): 6023–6025. Бибкод : 1993JAP....73.6023R . дои : 10.1063/1.353457 . ИНИСТ 4841321 .
- ^ де Кампос, МФ; Ландграф, ФЮГ; Сайто, Нью-Хэмпшир; РОМЕРО, SA; Нейва, AC; Мисселл, Ф.П.; де Морэ, Э.; ГАМА, С.; Обручева Е.В.; Джалнин, Б.В. (1 июля 1998 г.). «Химический состав и коэрцитивная сила магнитов SmCo5» . Журнал прикладной физики . 84 (1): 368–373. Бибкод : 1998JAP....84..368D . дои : 10.1063/1.368075 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Гонт 1986
- ^ Гениш и др. 2004 г.
- ^ Кнеллер и Хавиг, 1991 г.
- Чен, Мин; Никлс, Дэвид Э. (2002). «Синтез, самосборка и магнитные свойства наночастиц Fe x Co y Pt 100- x - y ». Нано-буквы . 2 (3): 211–214. Бибкод : 2002NanoL...2..211C . дои : 10.1021/nl015649w .
- Гонт, П. (1986). «Магнитная вязкость и энергия термической активации». Журнал прикладной физики . 59 (12): 4129–4132. Бибкод : 1986JAP....59.4129G . дои : 10.1063/1.336671 .
- Гениш, Исашар; Кац, Евгений; Кляйн, Лиор; Райнер, Джеймс В.; Бизли, MR (2004). «Локальные измерения перемагничивания в тонких пленках SrRuO 3 ». Физический статус Solidi C . 1 (12): 3440–3442. Бибкод : 2004PSSCR...1.3440G . дои : 10.1002/pssc.200405476 .
- Кнеллер, Э.Ф.; Хавиг, Р. (1991). «Магнит обменной пружины: новый принцип материала для постоянных магнитов». Транзакции IEEE по магнетизму . 27 (4): 3588–3600. Бибкод : 1991ITM....27.3588K . дои : 10.1109/20.102931 .
- Ливингстон, доктор юридических наук (1981). «Обзор механизмов принуждения». Журнал прикладной физики . 52 (3): 2541–2545. Бибкод : 1981JAP....52.2544L . дои : 10.1063/1.328996 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Апплет перемагничивания (когерентное вращение)
- Таблицу коэрцитивной силы различных магнитных носителей записи см. в разделе « Размагничивание магнитной ленты для хранения данных » ( PDF ) на сайте fujifilmusa.com.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
