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釹鐵硼永磁材料的矯頑力理論

發表時間:2009-09-28   文章來源:

1、成核理論

    Kronmuller 等人提出了在晶粒邊界軟磁性缺陷區域反磁化成核的理論。他們采用的數學模型表達式為:

               K1(Z ) = K1K/ch2Z/r0

式中,K1(Z) K1分別表示缺陷區及晶粒內部的各向異性常數,K 表示缺陷區各向異性常數的減小,r0為缺陷區的厚度,Ζ表示表面層的深度。

    該公式確定的是單變量連續變化的缺陷模型,根據該式,應用總自由能最小原理確定成核場,并指出成核場決定矯頑力

               Hc = Hn =2K1(Z)/Js2πMs +2K1δB/Msπr0

式中,δB為晶粒內疇壁厚度,JsMs分別表示磁極化強度和飽和磁化強度。

該理論認為,釹鐵硼磁體的矯頑力是由晶粒邊界軟磁性缺陷區域反磁化成核場來決定的。成核場高,則磁體的矯頑力就高,反之,磁體的矯頑力會較低。

2、熱激活理論

    Givord 等人提出了反磁化的熱激活理論,主張晶粒邊界激活體積處反磁化核的形成和擴張控制矯頑力。與成核理論的不同之處在于,激活體積處的各向異性常數并不明顯地小于硬磁性晶粒內部的相應值,反磁化核的形成是由于熱起伏的影響產生的。形成反磁化場的能量 E0可以表示為:

             E0 = μ0VMSHC0VNeffMS2 +25KT

式中,V 表示激活體積,Neff 為有效退磁因子,K 為各向異性常數,T 為溫度。第一項為外磁場能,第二項為偶極相互作用能,第三項為熱起伏的能量勢壘。E0還應等于反磁化核與晶粒其他部分的相互作用能:

              E0 = αγV2/3

式中γ為晶粒疇壁能密度,α為比例系數,對比上兩式,得矯頑力為:

              HC = Hn =αγ/NeffMSV1/3NeffMs25KT/μ0MSV

    Givord 指出,熱起伏的影響導致反磁化核的形成,矯頑力是由晶粒邊界激活體積處反磁化核的形成和擴張來控制的。

3、釘扎理論

    根據對磁疇結構的觀察及宏觀磁性的測量,Li D 等人提出了控制釹鐵硼磁體矯頑力的釘扎理論,認為晶粒的邊界對疇壁有強烈的釘扎作用。Hadjipanayis提出,晶粒邊界處的富 Nd 相薄層具有吸引疇壁的作用,從而成為疇壁運動的釘扎部位。周壽增等經過系統的研究,認為晶界、空位、位錯等金屬的缺陷是疇壁很強的釘扎中心,它們的存在將限制疇壁的位移,從而提高磁體的矯頑力。

4、發動場理論

    高汝偉等人經過系統的研究,結合實驗事實提出了釹鐵硼磁體的發動場理論。該理論認為,反磁化核的體積很小,僅具有疇壁的數量級,需要長大成疇并從晶粒表面到內部不可逆疇壁位移才能將整個晶粒反磁化。在反磁化核的長大過程中,需要克服因疇壁能密度的變化造成的阻力,同時還要提供核的體積和表面積的增加所需要的能量,對應的臨界場H0 和擴張場Hε為:

              H 0 =γ/2Jsr0, Hε=πγ/4J S r0

式中,γ為晶粒內部疇壁能密度。反磁化核的長大(擴張)所需要的發動場Hs應等于H0Hε之和,再考慮到有效退磁場的作用,發動場可表示為:

              Hs =γ/2Js r012/π)-Neff MS

    使晶粒完全反磁化需要的矯頑力應該由成核場和發動場中較大的一個決定。經過對比,發動場大于成核場,因而磁體的矯頑力應該由發動場來決定。

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