影响非晶纳米晶材料矫顽力的因素

 磁测相关知识     |      2025-02-10 10:03:02

一、微观结构因素

1、晶粒尺寸:

       根据随机各向异性理论,纳米晶材料的等效磁晶各向异性常数与晶粒尺寸相关,通常晶粒越小,矫顽力反而越小。这是因为当晶粒尺寸减小时,材料的有效各向异性降低,磁化过程中磁矩转向更容易,从而导致矫顽力下降。

2、相组成:

       非晶纳米晶材料一般是由非晶相和纳米晶相组成的双相结构。两相的比例、分布以及相互作用对矫顽力有重要影响。如果纳米晶相均匀地分布在非晶相中,且两相之间的界面能较低,有利于磁畴壁的移动,矫顽力会较低。若相组成不合理,如出现过多的硬磁相或非均匀的相分布,会阻碍磁畴壁运动,使矫顽力增大。

3、缺陷与杂质:

       缺陷如晶格不完整性、位错等,以及杂质的存在会改变材料的磁弹性能、弥散场能以及交换能和磁晶各向异性能,进而影响畴壁的运动和磁化过程。一般来说,缺陷和杂质数量增多,一方面反磁化核更容易形成,另一方面也会作为钉扎畴壁的中心,阻碍畴壁运动,从而增加矫顽力。

二、内应力因素

       内应力的存在会使材料内部产生附加的磁各向异性,改变磁畴结构和磁化过程。对于内应力难以消除的材料,磁畴壁在运动时需要克服更大的阻力,导致矫顽力增大。例如,在制备或加工过程中,由于快速冷却、机械加工等原因会在材料内部引入内应力,进而影响矫顽力。

三、成分因素

1、主要元素:

       不同的铁磁性元素及其含量对矫顽力有影响。例如在铁基非晶纳米晶合金中,添加钴元素,由于钴原子与铁原子之间的强铁磁交换耦合作用,会使原子磁矩发生变化,从而影响材料的矫顽力。

2、微量元素:

       一些微量元素如铜、铌等在非晶纳米晶材料中也起着重要作用。如铜可以促进纳米晶的形核,铌能够抑制晶粒长大,它们的含量和比例会影响材料的微观结构,间接影响矫顽力。

四、外部环境因素

1、温度:

       通常情况下,随着温度的升高,材料内部的热运动加剧,磁畴壁的运动变得更加容易,磁矩的取向也更容易改变,导致矫顽力降低。但在一些特殊的非晶纳米晶材料中,在特定的温度范围内,可能会出现矫顽力异常变化的情况。

2、磁场历史:

       材料在制备或使用过程中所经历的磁场历史会影响其矫顽力。例如,预先施加的强磁场可能会使材料内部的磁畴结构发生改变,形成一定的磁记忆效应,使得后续测量得到的矫顽力发生变化。

五、制备工艺因素

1、退火工艺:

       退火温度、时间和冷却速度等退火工艺参数对非晶纳米晶材料的矫顽力影响显著。合适的退火温度和时间可以使非晶相充分晶化,形成均匀细小的纳米晶结构,降低矫顽力;若退火温度过高或时间过长,可能导致晶粒长大、相组成恶化,使矫顽力增大。

2、制备方法:

       不同的制备方法会导致材料具有不同的微观结构和缺陷分布,从而影响矫顽力。例如,单辊甩带法制备的非晶纳米晶带材,其冷却速度快,形成的非晶相更均匀,缺陷相对较少,矫顽力可能较低;而其他制备方法如溅射法、气相沉积法等,在制备过程中可能引入不同程度的杂质和缺陷,对矫顽力产生不同的影响。