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磁性材料(Magnetic materials)

Hightech   2016-09-01    20160901002
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 矯頑磁力(Coercivity)
矯頑磁力是指磁性材料磁化到磁飽和後,要使其磁化強度減到零所需要的磁場強度。呼~要看懂這種文言文還真是困難。簡單的說,就是當磁性材料內部所有的磁矩排列得很整齊時達到「磁飽和」,此時具有最大的磁性,當我們外加一個反向的磁場抵消使磁性材料的磁化強度減到零,則這個外加反向的磁場就稱為「矯頑磁力(Coercivity)」。知識力www.ansforce.com。

使磁性材料的磁化強度減到零稱為「消磁(Degaussing)」,矯頑磁力其實就是代表磁性材料抵抗外加磁場「消磁」的能力,使用HC的符號表示,一般使用磁力計(Magnetometer)或是BH磁性分析儀(BH analyzer)量測,單位為「A/m(國際標準制)」或「Oe(高斯單位制)」。

 

硬磁材料(Hard magnet)
矯頑磁力大(Hc > 200 Oe),代表抵抗外加磁場消磁的能力強,也可以說是磁矩一旦排列得很整齊就不容易受到外加磁場的影響而改變,也就是我們常常聽到的「永久磁鐵」。硬磁材料主要包括稀土永磁材料、鐵氧化合物等,主要應用在永磁馬達、核磁共振儀、測量控制設備等產品上。
永久磁鐵的磁矩排列得很整齊,所有磁矩的N極向右,造成磁鐵的磁性「永久固定」為N極向右,故稱為「永久磁鐵」,如<圖一>所示。永久磁鐵最簡單的想法就是「一直會吸引別人的磁鐵」,也就是我們小時候常常在玩的磁鐵。通常永久磁鐵在長時間使用以後,磁矩難免受到外界環境的影響而變得比較不整齊,因此必須外加一個強磁場對永久磁鐵進行「充磁(Magnetizing)」,使磁矩恢復原來整齊的排列。

 

圖一 硬磁材料(永久磁鐵)的磁矩方向固定不變。

 

半硬磁材料(Semi hard magnet)

矯頑磁力中等(20 Oe < Hc < 200 Oe),代表抵抗外加磁場消磁的能力中等,也可以說是磁矩雖然排列得很整齊,但是仍然容易受到外加磁場的影響而改變。這種磁性材料適合用來製作磁性儲存元件,例如:硬碟機、軟碟機、磁帶機等,這種磁性材料必須容易快速磁化,以便記錄資料,但是又不能在正常情況下失去磁化特性,否則儲存資料也就不見了。
假設半硬磁材料的磁矩原本N極向右,當外加磁場也是N極向右靠近時,受到同性相斥異性相吸的作用,半硬磁材料的磁矩受到外加磁場的影響而N極向左,如<圖二>所示。

 

圖二 半硬磁材料的磁矩受到外加磁場的影響而改變。

 

軟磁材料(Soft magnet)

矯頑磁力小(Hc < 20 Oe),代表抵抗外加磁場消磁的能力弱,也可以說是磁矩即使排列得很整齊也很容易受到外加磁場的影響而改變,甚至變得混亂。軟磁材料主要包括:錳鐵氧化合物、鋅鐵氧化合物等,主要應用在各種變壓器、電源濾波器等。
假設軟磁材料的磁矩原本排列得很混亂,使得磁矩的N極與S極互相抵消而不具磁性,如<圖三(a)>所示;當其他具有磁性的永久磁鐵靠近時,會使磁矩排列變得很整齊而產生磁性,如<圖三(b)>所示,因為「異性相吸」永久磁鐵會貼在冰箱的門上;當其他具有磁性的永久磁鐵遠離時,會使磁矩變回原先混亂的狀態,使得磁矩的N極與S極互相抵消而不具磁性,如<圖三(c)>所示。軟磁材料最簡單的想法就是「會被磁鐵吸引的金屬」,通常都是元素週期表上的B族元素,例如:鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等與其合金都屬於軟磁材料。知識力www.ansforce.com。

 

圖三 軟磁材料的磁矩很容易受到外加磁場的影響而改變。

 

大家都知道,並不是所有的金屬都會被永久磁鐵吸引,其實大部分的金屬都不會被永久磁鐵吸引,只有少數金屬,例如:鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)會被永久磁鐵吸引,換句話說,只有少數的金屬是「磁性材料」,大部分的金屬都是「非磁性材料」,而塑膠、陶瓷、半導體也都是非磁性材料,科學家的解釋是:具有磁矩的材料才是「磁性材料」;沒有磁矩的材料就是「非磁性材料」,至於為什麼這麼多的金屬,唯獨鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等少數金屬具有磁矩,目前科學家仍然無法解釋。

 

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