矯頑力(coercive force),也稱為矯頑性或保磁力,是磁性材料的特性之一,指磁性材料在飽和磁化后,要使其磁感應強度B減到零所需的磁場強度。矯頑力代表磁性材料抵抗退磁的能力,用HC符號表示,單位為A/m(國際標準制)或Oe(高斯單位制)。矯頑力的大小反映了材料在外磁場作用下保持磁化狀態的能力,是磁路設計中的一個重要參量之一。
簡介
矯頑力是使已磁化的鐵磁質失去磁性而必須加的與原磁化方向相反的外磁場強度。它不僅與鐵磁質的性質有關,還依賴于鐵磁質原先的磁化強度。在制造變壓器的鐵芯或電磁鐵時,需要選擇矯頑力小的材料(如軟鐵、硅鋼等),以使電流切斷后盡快消失磁性。而在制造永磁體時,則需要選擇矯頑力大的材料(如鋁鎳鈷等),以求盡可能保存磁性,不使其消失。
磁滯回線產生
在永磁材料的退磁曲線上,當反向磁場增大到某一值時,磁體的磁感應強度B為0,稱該反向磁場為該材料的矯頑力;在反向磁場為時,磁體對外不顯示磁通量,因此矯頑力表征永磁材料抵抗外部反向磁場或其它退磁效應的能力。是磁路設計中的一個重要參量之一。
矯頑力用表示(這種表示常指)。根據磁感應強度B與磁場強度H和磁化強度M的關系B=μ0(H+M),如令B=0,得到HC=-M。當,得到;常用和來表示其區別。,給出的值稱為內部矯頑力。
重要性
矯頑力是衡量磁滯現象程度的指標,反映了材料在被磁化后施加反向外加磁場所需的功,這些能量最終以熱能形式散失。磁性材料中常見的耗散過程包括磁致伸縮和磁疇壁的運動。矯頑力也是軟鐵磁性材料在一般應用中損失的一個指標。方形度(squareness)是剩磁除以矯頑力的商,硬鐵磁性材料的方形度及矯頑力是其性能的重要指標,而磁能積則是硬鐵磁性材料性能的常見度量。
理論
鐵磁性材料的矯頑力反映了其磁化反轉的方式,包括單域旋轉和磁疇壁運動。單域旋轉時,磁化強度垂直于外加磁場;而磁疇壁運動時,所有小磁疇的磁化強度總和接近零。在理想的磁性材料中,磁化強度主要受單域旋轉和磁晶各向異性影響。在實際應用的材料中,雜質和晶界成為反向磁化磁域的成核來源,磁化強度反向主要由磁疇壁運動控制。晶體缺陷可能是成核來源,但也可能固定住磁疇壁,因此磁疇壁運動在矯頑力中的影響相當復雜。
特點
矯頑力在數值上總是小于剩磁。在處,,在退磁曲線上任意點的磁極化強度值總是小于剩磁,故在數值上總是小于剩磁。例如:的磁體,其不可能大于12.3KGs。換句話說,剩磁在數值上是矯頑力的理論極限。
影響因素
在磁學性能中,矯頑力的大小受晶粒尺寸變化的影響最為強烈。對于大致球形的晶粒,矯頑力隨晶粒尺寸的減小而增加,達到一最大值后,隨著晶粒的進一步減小矯頑力反而下降。對應于最大矯頑力的晶粒尺寸相當于單疇的尺寸,對于不同的合金系統,其尺寸范圍在十幾至幾百納米。當晶粒尺寸大于單畸尺寸時,矯頑力與平均晶粒尺寸D的關系為:
式中,C是與材料有關的常數。可見,納米材料的晶粒尺寸大于單畸尺寸時,矯頑力亦隨晶粒尺寸D的減小而增加。
同時,因為矯頑力來源于不可逆磁化過程,因此造成不可逆磁化機理的主要因素是材料中存在磁各向異性(包含磁晶、感生和應力等各向異性)以及雜質、氣孔、缺陷等因素也會影響矯頑力的大小。
實驗量測
矯頑力的量測通常通過磁滯曲線來進行,使用的儀器包括振動樣品磁強計或交變梯度磁強計。在量測到的磁通密度數據為零時,對應的磁場強度即為矯頑力。若樣品中含有鐵磁性材料,在磁場增加及減少時,所量測到的矯頑力可能會不同,這是由于交換偏置場效應的結果。此外,量測到的矯頑力也與量測磁化曲線過程花費的時間有關,長期在相同條件下量測,矯頑力的值會因磁疇在反向磁場下的熱效應及磁粘滯系數的影響而馳豫至零。有些材料的矯頑力會隨頻率增加,這對于需要提高資料速度的高帶寬磁性儲存設備來說是一個挑戰。
參考資料 >