钕铁硼永磁材料的矫顽力理论
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1
、成核理论
Kronmuller
等人提出了在晶粒边界软磁性缺陷区域反磁化成核的理论。他们采用的数学模型表达式为:
K1(Z ) = K1
-
△
K/ch2
(
Z/r0
)
式中,
K1(Z)
和
K1
分别表示缺陷区及晶粒内部的各向异性常数,
△
K
表示缺陷区各向异性常数的减小,
r0
为缺陷区的厚度,
Ζ
表示表面层的深度。
该公式确定的是单变量连续变化的缺陷模型,根据该式,应用总自由能最小原理确定成核场,并指出成核场决定钕铁硼:
Hc = Hn =2K1(Z)/Js
-
2πMs +2K1δB/Msπr0
式中,
δB
为晶粒内畴壁厚度,
Js
和
Ms
分别表示磁极化强度和饱和磁化强度。
该理论认为,钕铁硼磁体的矫顽力是由晶粒边界软磁性缺陷区域反磁化成核场来决定的。成核场高,则磁体的矫顽力就高,反之,磁体的矫顽力会较低。
2
、热激活理论
Givord
等人提出了反磁化的热激活理论,主张晶粒边界激活体积处反磁化核的形成和扩张控制矫顽力。与成核理论的不同之处在于,激活体积处的各向异性常数并不明显地小于硬磁性晶粒内部的相应值,反磁化核的形成是由于热起伏的影响产生的。形成反磁化场的能量
E0
可以表示为:
E0 = μ0VMSHC +μ0VNeffMS2 +25KT
式中,
V
表示激活体积,
Neff
为有效退磁因子,
K
为各向异性常数,
T
为温度。第一项为外磁场能,第二项为偶极相互作用能,第三项为热起伏的能量势垒。
E0
还应等于反磁化核与晶粒其他部分的相互作用能:
E0 = αγV2/3
式中
γ
为晶粒畴壁能密度,
α
为比例系数,对比上两式,得矫顽力为:
HC = Hn =αγ/NeffMSV1/3
-
NeffMs
-
25KT/μ0MSV
Givord
指出,热起伏的影响导致反磁化核的形成,矫顽力是由晶粒边界激活体积处反磁化核的形成和扩张来控制的。
3
、钉扎理论
根据对磁畴结构的观察及宏观磁性的测量,
Li D
等人提出了控制钕铁硼顽力的钉扎理论,认为晶粒的边界对畴壁有强烈的钉扎作用。
Hadjipanayis
提出,晶粒边界处的富
Nd
相薄层具有吸引畴壁的作用,从而成为畴壁运动的钉扎部位。周寿增等经过系统的研究,认为晶界、空位、位错等金属的缺陷是畴壁很强的钉扎中心,它们的存在将限制畴壁的位移,从而提高磁体的矫顽力。