什麼是飽和磁化
施加強磁場使所有磁矩朝同一方向排列時的磁化。鐵約為1.7×10⁶ A/m（以µ₀Ms表示約2.2 T），隨溫度上升而減少。
日文名稱: 飽和磁化
「飽和磁化」出現在2領域的8道練習題中（磁性材料, 電子、磁性與光學材料等）。
這個名詞所屬的領域: 磁性材料
與組織無關的量
飽和磁化Ms是以強磁場使所有磁矩朝同一方向排列時，單位體積的磁矩，單位為 A/m。它由每個原子的磁矩與原子的數目密度決定，因此組成與溫度相同時，幾乎與晶粒大小或加工程度無關。在這一點上，它與隨組織大幅改變的矯頑力或磁導率性質不同，被視為對組織不敏感的量。設計磁性材料時，要依先以組成決定飽和磁化的大小，再以組織控制調整矯頑力與磁導率的順序考慮。
主要材料的值
以室溫的飽和磁通密度 µ₀Ms 比較，鐵約2.15 T，鈷約1.8 T，鎳約0.6 T，0 K時每個原子的磁矩分別約為2.22、1.72、0.61 µB。在鐵中加入約35%鈷的合金可達約2.4 T，是實用材料中最高的值。另一方面，鐵基非晶質合金約1.5～1.6 T，錳鋅鐵氧體約0.5 T，較低。有時也以每單位質量表示，鐵的飽和磁化約為218 A·m²/kg（218 emu/g）。
隨溫度的變化
溫度上升時，熱擾動使磁矩方向不易一致，飽和磁化變小。從0 K升溫時，起初緩慢下降，接近居里溫度時急遽下降，在居里溫度成為0。居里溫度鐵約770℃，鎳約358℃，鈷約1120℃。室溫的值比0 K的值略小，例如鎳由原子磁矩算出的0 K值約0.64 T，室溫則約0.61 T。在高溫使用的馬達或變壓器材料中，必須看使用溫度下的飽和磁化。
與飽和磁通密度、殘留磁化的差異
磁通密度為 B = µ₀(H + M)，因此飽和時的磁通密度Bs是 µ₀Ms 加上 µ₀H 的值，但軟磁材料的 µ₀H 小，因此當作 Bs ≈ µ₀Ms 處理。殘留磁化是磁場回到0時留下的磁化，比飽和磁化小，且大幅受組織與形狀左右。量測時，以振動樣品磁力計（VSM）或SQUID磁力計量測磁化曲線，讀取高磁場下飽和的值。試樣形狀造成的退磁場會使飽和需要強磁場，因此會採取把細長試樣沿磁場方向放置等方法。
練習飽和磁化的題目
設鐵（BCC，晶格常數0.2866 nm）每個原子的磁矩為2.22 µB。所有磁矩都排列整齊之0 K下的飽和磁化Ms最接近下列何者？波耳磁元取 µB = 9.27×10⁻²⁴ A·m²。
- A約8.7×10⁵ A/m
- B約1.7×10⁶ A/m
- C約3.5×10⁶ A/m
查看答案與解析
正確答案：B. 約1.7×10⁶ A/m
BCC的單位晶胞中有2個原子，因此原子的數目密度為 n = 2/a³ = 2/(0.2866×10⁻⁹ m)³ ≈ 8.50×10²⁸ m⁻³。飽和磁化是單位體積的磁矩，因此 Ms = n × 2.22 µB = 8.50×10²⁸ × 2.22 × 9.27×10⁻²⁴ ≈ 1.7×10⁶ A/m。換算成 µ₀Ms 約為2.2 T，與鐵的飽和磁通密度值十分吻合。約8.7×10⁵ A/m 是把單位晶胞的原子算成1個的值，約3.5×10⁶ A/m 是比照FCC算成4個的值。每個原子的磁矩不是整數，是因為擔負磁性的3d電子形成能帶。
常見問題
飽和磁化與飽和磁通密度有何不同？
飽和磁化Ms是材料磁矩的密度，單位為 A/m；飽和磁通密度Bs是飽和時的磁通密度，單位為 T。由 B = µ₀(H + M)，Bs比 µ₀Ms 大 µ₀H 的份量，但差值小，因此有時幾乎以相同意思使用。
飽和磁化的單位如何換算？
SI單位為 A/m，CGS單位為 emu/cm³，1 emu/cm³ = 1000 A/m。以磁通密度表示時用 µ₀Ms（T），CGS中用 4πMs（G），1 T = 10000 G。每單位質量的值，以 A·m²/kg 與 emu/g 表示時數值相同。
熱處理或加工會改變飽和磁化嗎？
只要組成與相不改變，幾乎不會改變。但熱處理產生析出物，或因相變、有序化成為別的相時，各相的值不同，整體的飽和磁化也會改變。沃斯田鐵系不鏽鋼因加工變成麻田散鐵，而變得會被磁鐵吸住，就是一例。
解析中的「飽和磁化」
飽和磁化是單位體積的磁矩，因此 Ms = n × 2.22 µB = 8.50×10²⁸ × 2.22 × 9.27×10⁻²⁴ ≈ 1.7×10⁶ A/m。
設鐵（BCC，晶格常數0.2866 nm）每個原子的磁矩為2.22 µB。所有磁矩都排列整齊之0 K下的飽和磁化Ms最…再增強磁場時，殘留磁區內的磁化本身轉向磁場方向，趨近飽和磁化。
對消磁狀態的鐵磁體施加外部磁場並逐漸增強時，磁化進行的機制，下列何者正確？巨觀上它與鐵磁體一樣呈現磁區與磁滯，但飽和磁化比鐵等鐵磁性金屬小。
下列關於磁鐵礦（Fe₃O₄）等鐵氧體所呈現之亞鐵磁性的敘述，何者正確？由實測飽和磁化求得的值約為4.1 µB，與此估計十分吻合。
磁鐵礦 Fe₃O₄ 為反尖晶石型，A位置（四面體位置）有1個Fe³⁺，B位置（八面體位置）有Fe³⁺與Fe²⁺各1個，…坡莫合金的飽和磁通密度比純鐵（約2.2 T）低得多，因此認為飽和磁化比純鐵大的選項錯誤。
Fe-約78%Ni的高導磁合金（坡莫合金）呈現極高磁導率的主要原因為下列何者？
出現「飽和磁化」的題目（8題）
- 設鐵（BCC，晶格常數0.2866 nm）每個原子的磁矩為2.22 µB。所有磁矩都排列整齊之0 K下的飽和磁化Ms最接近下列何者？波耳磁元取 µB = 9.27×10⁻²⁴ A·m²。
- 對消磁狀態的鐵磁體施加外部磁場並逐漸增強時，磁化進行的機制，下列何者正確？
- 下列關於磁鐵礦（Fe₃O₄）等鐵氧體所呈現之亞鐵磁性的敘述，何者正確？
- 磁鐵礦 Fe₃O₄ 為反尖晶石型，A位置（四面體位置）有1個Fe³⁺，B位置（八面體位置）有Fe³⁺與Fe²⁺各1個，A位置與B位置的磁矩反平行排列。設Fe³⁺為5 µB、Fe²⁺為4 µB，且只有自旋有貢獻，則每個化學式 Fe₃O₄ 的磁矩為下列何者？
- Fe-約78%Ni的高導磁合金（坡莫合金）呈現極高磁導率的主要原因為下列何者？
- 退磁曲線為 B = Br + µ₀H 之直線（HcJ 足夠大）的理想永久磁鐵，殘留磁通密度 Br = 1.40 T 時，最大能量積 (BH)max 最接近下列何者？取 µ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m。
- 以 Nd₂Fe₁₄B 為主相的釹磁鐵能具有大矯頑力，就物質而言的主要原因為下列何者？
- 在電動車馬達等高溫下使用的釹磁鐵中添加Dy或Tb，其主要目的為下列何者？