6.9: Imanes duros y blandos

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Si un material ferro o ferrimagnético es un imán duro o blando depende de la fuerza del campo magnético necesario para alinear los dominios magnéticos. Esta propiedad se caracteriza por H _c, la coercitividad. Los imanes duros tienen una alta coercitividad (H _c), y así conservan su magnetización en ausencia de un campo aplicado, mientras que los imanes blandos tienen valores bajos.

La figura de la derecha compara bucles de histéresis para imanes duros y blandos. Recordemos que la energía disipada en la magnetización y desmagnetización del material es proporcional al área del bucle de histéresis. Podemos ver que los imanes blandos, si bien pueden lograr un alto valor de B _sat, disipan relativamente poca energía en el bucle. Esto hace que los imanes blandos sean preferibles para su uso en núcleos de transformadores, donde el campo se cambia rápidamente. Permalloy, una aleación que consiste en aproximadamente 20% Fe y 80% Ni, es un imán blando que tiene una permeabilidad magnética muy alta µ (es decir, una gran pendiente máxima de la curva B vs H) y un bucle de histéresis muy estrecho.

Algunos materiales, como el hierro metálico, pueden existir como imanes duros o blandos. Si el hierro bcc es un imán duro o blando depende del tamaño del grano del cristal. Cuando los granos cristalinos en hierro tienen un tamaño submicromérico y son comparables al tamaño de los dominios magnéticos, entonces los dominios magnéticos están anclados por los límites de los granos cristalinos. Cuando los dominios magnéticos están anclados, es necesario aplicar un campo magnético coercitivo más fuerte para hacer que se vuelvan a alinear. Cuando el hierro se recuece, los granos cristalinos crecen y los dominios magnéticos se vuelven más libres para alinearse con los campos magnéticos aplicados. Esto disminuye el campo coercitivo y el material se convierte en un imán blando.

Bucles de histéresis comparando un imán duro (hierro-acero al silicio) con un imán blando (permalloy) en la misma escala. H _c para permallloy es 0.05 Oe, aproximadamente 10 veces menor que el del imán duro. Las magnetizaciones remanentes de los dos materiales son comparables.

Imanes duros como CRo ₂, γ-Fe ₂ O ₃ y ferrita de cobalto (CoFe ₂ O ₄) se utilizan en medios de grabación magnética, donde la alta coercitividad les permite retener el estado de magnetización (leído como 0 o 1 lógico) de un bit magnético durante largos periodos de tiempo. Los imanes duros también se utilizan en unidades de disco, imanes de refrigerador, motores eléctricos y otras aplicaciones. Los motores de accionamiento para vehículos híbridos y eléctricos como el Toyota Prius utilizan el imán duro Nd ₂ Fe ₁₄ B (también se usa para hacer fuertes imanes de refrigerador) y requieren 1 kilogramo (2.2 libras) de neodimio. ^[6]. A continuación se muestra una imagen de microscopio electrónico de transmisión de alta resolución de Nd ₂ Fe ₁₄ B y se compara con la estructura cristalina con la celda unitaria marcada.