Магнитные свойства микропроводов с аморфной, нанокристаллической и гранулярной структурой, страница 4

Рассуждая оHN100причинах столь высоких скоростей, следуетпринимать003060180090120вовнимание,чтопомимоцилиндрической формы образцов, метод ихобразец 2получения1200способствуетвозникновениюсильной поперечной анизотропии. В случае,когда обе анизотропии (осевая и поперечная)600скомпенсированы,HN0ДГ,микропроводе, является достаточно высокой300Hn, А/мотклонения030x, мм6090препятствующая120возвращающаяпрецессиисила,магнитногомомента внутри ДГ, на границе между осевойРис.6.

Зависимости скорости ДГ от поля, v(Н),двух образцов аморфного микропроводаFe74Si11B13C2 (образец 1) и Fe75Si12B9C4 (образец 2)(a) и распределением локальных полей зарождениявдоль длины тех же образцов (b)ирадиальнойдоменнымиструктурамидостигает минимального значения. Крометого, ДГ не взаимодействуют с поверхностью- 16 -провода (за счётприсутствия радиальной доменной структуры), что приводит куменьшению поверхностного пиннинга ДГ. Концы ДГ распространяются по границе междуосевой и радиальной доменными структурами, где и осевая, и радиальная анизотропииполностью скомпенсированы.

Это способствует достижению ДГ высокой скоростираспространения. Наконец, в результате аморфного характера структуры микропровода, ониимеют высокое электросопротивление. Поэтому, затухание за счет вихревых токов в этихматериалах очень мало.В третьем параграфе третьей главы описаны результаты исследования эффекта гигантскогомагнитоимпеданса, ГМИ, в магнтно-мягких микропроводах с околонулевой константоймагнитострикции(составы на основе Со-Fe) имагнитоимпеданса подвлияниеммеханических напряжений(стресс-импеданса).Для описания эффекта ГМИ использовался параметр :∆Z/Z = {|Z(H)|–|Z(H0 max)|}/|Z(H0 max),(3)где |Z|- модуль(абсолютное значение) импеданса,(|Z|2=R2+X2) и H0max- максимальноемагнитное поле, при котором достигается магнитное насыщение.Общепринято, что высокая чувствительность полного импеданса магнитно-мягкогопроводника к слабым магнитным полям при высоких частотах переменного тока возникаетза счет зависимости поперечной магнитной проницаемости от статического магнитногополя, влияющей на скин-эффект.

Поперечная магнитная проницаемость определяетсясовокупностью ряда факторов. Следовательно, величина эффекта ГМИ и зависимость ГМИот приложенного магнитного поля связаны с константой магнитострикции, доменнойструктурой и магнитно-мягкими свойствами магнитных материалов. Поэтому мы сначалаисследовали магнитострикцию микропроводов двумя способами - методом малоугловоговращения намагниченности (SAMR), а также из зависимости отношения ГМИ отприложенных напряжений.Зависимость отношения ГМИ от напряжения была исследована в микропроводеCo68.5Mn6.5Si10B15 , отожженном при 100 ºC 1 час. Отношение ГМИ, ∆Z/Z, заметно меняетсяпри приложении напряженийσ: магнитное поле, соответствующее максимуму, Hm, назависимости ∆Z/Z от магнитного поля, Н, растет практически линейно, при увеличенииприложенных напряжений, σ (Рис.7).Природа такой зависимости должна быть связана с изменением доменной структурына поверхности микропровода.

Согласно общепринятой точке зрения, магнитное поле, Hm,при которомна зависимости ∆Z/Z(Н) появляется максимум, соответствует магнитномуполю анизотропии.- 17 -Поэтому в соответствии с соотношнием:(a)120λs = (µοMs/3)(dHk/dσ), (4)∆Z/Z (%)90константа магнитострикции может быть оцененаиз600σ=33МПаσ=66 МПаσ=132 МПа30200приложенныхЭкспериментальная зависимость Hm(σ)400600наклонH (А/м)приблизительно0.7имеетА/м×МПа,чтопозволяет оценить константу магнитострикции в(б)отсутствии напряжений λs,0.∆Z/Z(%)Hm/А/м)210Hm отнапряжений.00зависимости поля120∆Z/Zm140Сравнение значений λs , полученных висходном и отожжённом микропроводеHm100060120σ(МПа)Рис.7.

Зависимость ∆Z/Z(H) аморфногомикропровода Co68.5Mn6.5Si10B15 измеренная приразличных напряжениях, σ (a) и зависимость Ηm(σ) (б).зависимостей∆Z/Z(Н)напряжений,ималоугловоговращенияотизприложенныхполученныхметодомнамагниченности(SAMR) дает разумное согласие. Микропровода свысокимГМИэффектомпоказывалиотрицательную λs , которая колебалась между -0.9•10-6 и -0.3•10-7.

Под влиянием отжиганаблюдалось изменение λs, связанное с релаксацией внутренних напряжений в процессеотжига.Зависимость импеданса, Z, от магнитного поля, Н,была измерена длятрёхразличных типов микропроводов (см. Рис.8). Микропровода на основе Co показываютгораздо более высокий эффект ГМИ на всех частотах и форма зависимости Z (H) являетсятипичной для материалов с циркулярной магнитной анизотропией, то есть с максимумом принекотором500 MHz908015012010020000100 MHz100-20000080446040-2000001000020000100100 MHz02000010 MHz5039,248-20000 -100000100002000010 MHz42460H (А/м)20000приводяткрадикальномуизменениюэнергии,Kme, даже для небольшихизменений параметров, как4038,8-20000напряжениямагнитоупругой50-200002000010 MHz020000100 MHz|Z| (Ом)|Z| (Ом)0магнитного поля.Высокие внутренние-20000 -10000-2000039,6500 MHz2001607048500 MHz200|Z| (Ω)100(в)(б)(a)110значении-20000020000-20000 -10000Н (А/м)01000020000H (А/м)Рис.8.

Зависимости Z(H) для аморфных микропроводов Fe75.5B13Si11Mo0.5 (a),Fe3.7Co69.8Ni1Si11B13Mo1.5 (б) и Co77.5Si7.5B15 (в).- 18 -например,толщиныстекляннойоболочки.Поэтомулюбойметодобработки, способныйизменить распределение внутренних напряжений (будь тотермообработка, химическое стравливание стеклянной оболочки и др.) заметным образомвлияет на магнитную анизотропию и на эффект ГМИ.Одним из перспективных методов обработки является отжиг в магнитном поле.Действительно, приложенное в процессе отжига вдоль оси микропровода магнитное поленаводит осевую магнитную анизотропию (Рис.9). Это отражается как в характере петлигистерезиса, так и в увеличении начальной проницаемости, коэрцитивной силы, Hc,остаточнойнамагниченности, и уменьшении поля анизотропии, HK.

Эта анизотропия,наведенная при столь низкой температуре отжига, была объяснена совместным эффектомсильных внутренних напряжений и приложенного магнитного поля в процессе отжига. Какизвестно, при совместном воздействии напряжений и поля результирующая наведеннаяанизотропия оказывается гораздо сильнее,(a)µο M (T)0,60,6исходный0,30,30,00,0-0,3-0,3-0,6отдельности [7].373 KОтжиг не приводил к заметному-0,6-3000,6чем сумма от каждого из этих факторов в-1500150300-3000,6423 K0,3-1500150300микропроводов на основе Fe, лишь слегка473 K0,30,00,0-0,3-0,3-0,6изменяя-1500150300-300-1500150300H(А/м)0,6исходный0,00,0-0,3µ0M(T)-0,6изменениямпетлигистерезиса (Рис.10 б). Петля гистерезиса-0,6-3000,3радикальным373 K0,3-0,30,6же условиях (Тотж =400oC), но поднагрузкой σ =458 МПа, приводит к(б)0,3коэрцитивную силу, Hc (Fig.10б).

Отжиг в том же микропроводе при тех-0,6-3000,6изменению характера петли гистерезиса-1500150300-3000,6423 K-1500150300анизотропии около 1000 А/м.473 K0,30,00,0-0,3-0,3-0,6Поперечная-0,6-300-1500150300становится наклонной с полем магнитной-300-1500150300H(А/м)наведеннаямагнитнаяотжигоммеханическихРис.9. Влияние отжига без поля (a) и в магнитном поле14кА/м (б) на петли гистерезиса аморфного микропровода(Co0.92Mn0.8)75Si10B15 при различных температурах отжига.анизотропия,вприсутствиинапряжений,такжеспособствует появлению эффекта ГМИ втакихобразцах(вмикропроводеспрямоугольной петлей эффект ГМИ принизких частотах очень мал): в образцах Fe74B13Si11C2, отожженных в присутствиимеханических напряжений с наклонной петлей гистерезиса, наблюдался значительнойэффект ГМИ (∆ Z/Z ≈ 13%).- 19 -1,0При исследовании влияния отжига в присутствии(a)0,5механических напряжений при температурах Тотж,0,0между 100 oC и 400oC была обнаружена-0,5µ0M(T)-1,0-1401,0(б)0,5-70070140петлиприложенным-1,0-140-70070140отжигарастягивающимподнапряжениемпрямоугольной,приуменьшенииприложеннымрастягивающим напряжением и приуменьшениитемпературы отжига от 275oC до 100oC.-0,4-1400-70007001400H, (А/м)1,0 исходный1,00,50,50,00,0-0,5-0,5-1,0-0,50,00,51,0260 C0,00,0-0,5-0,5-0,50,00,5-1,00,0-0,5-0,5204060800,00,51,00,00,51,0-1,0-1,00-0,5o0,50,0-1,0-201,0275 C1,0270 C0,5-400,5265 C1,0o1,0-600,0-1,0-1,05-0,5o0,50,5-1,010-1,01,0o1,020260 Co170 C-1,0-1,0µ0M(T)Рис.

10. Петли гистерезиса аморфногомикропроводаFe74B13Si11C2 в исходномсостоянии (a), отожженном при Тотж =400oC (б)и отожженном при Тотж =400oC под нагрузкой,σ =458 МПа (в).0-100 -80отпродолжительности отжига под(в)0,015гистерезиса(Рис.11): петля гистерезиса становится все более-0,50,4зависимость поперечной магнитной анизотропии иформы0,0сильная-0,50,00,51,0-1,0-0,5H(Э)100∆Z/Z (%)80275 CРис.11. Влияние температуры отжига в присутствиимеханических напряжений на петли гистерезиса аморфногомикропровода Fe74B13Si11C2 при фиксированнойпродолжительности отжига (0.5 часа).6040200-100 -80-60-40-2002040608015практически не имеют эффекта ГМИ при 10 МГц,400 C10тообразцы,растягивающим50-100 -80Кроме того, если необработанные образцы100-60-40-20020406080100H(Э)Рис.12.

Эффект ГМИ отожженного 0,5 часа приразличныхтемпературахвприсутствиимеханическихнапряженийаморфногомикропровода Fe74B13Si11C2значительныйподвергнутыенапряжением,ГМИотжигуподдемонстрируютэффект(см.Рис.12).Отношение ГМИ, ∆ Z/Z, росло с температуройотжига вплоть до 2750С (где ∆ Z/Z≈60%), а затемначиналоуменьшаться,магнитнаяанизотропиякогдастановиласьпоперечнаяслишкомбольшой (см.

Рис.12). Полевая зависимость ∆ Z/Z,- 20 -имеет форму монотонно спадающей зависимости, начиная с H=0 (такая форма зависимоститипичная для сплавов с λs> 0).1.5Другой, не менее интересный результат,1.0полученный в отожженных под напряжением10.5µ0M(T)образцах, состоит в том, что приложениерастягивающих напряжений к таким образцам,приводило к восстановлению прямоугольного20.0-0.5характера петли гистерезиса, типичного для-1.0исходных образцов (см. Рис.13). То есть,-1.5-1500-1000отожженный под напряжением микропроводFe74B13Si11C2 является тензочувствительным.Кроме того, восстановление прямоугольнойпетли гистерезиса (т.е.

изменение характерапетлигистерезисапрямоугольной)подотнаклоннойдействием-500050010001500H, (А/м)Рис.13ПетлягистерезисамикропроводаFe74B13Si11C2,отожженногоподнапряжением,измеренногоприприложениирастягивающихнапряжений, σappl = 500 МПа (1) и без приложенныхнапряжений показана для сравнения (2).кприложенныхнапряженийприводиткэффектудеформационного или стресс - импеданса, СИ, выраженного в чувствительности импеданса кприложенному напряжению, даже без приложения магнитного поля. Значительноеизменение импеданса, то есть СИ эффект (около 60%), наблюдаемый при приложении∆Z/Z(%)растягивающего напряжения к микропроводу, отожженному под напряжением при 270oC,60продемонстрировано на Рис.14.50Природу этой наведённой под напряжением40анизотропии мы связали со следующимидвумя факторами:30перераспределениемвнутренних напряжений в процессе отжига20под10напряжениеми/илинаведениеммагнитной анизотропии, связанной с атомным00100200300400упорядочением под действием напряжений.Таким образом, нами найден способσappl(МПа)Рис.14.

СИ эффект (деформационный импеданс илиизменение импеданса под действием приложенныхнапряжений)вмикропроводеFe74B13Si11C2отожженном под напряжениями (σappl=468 МПа) при275oC 0.5часа. Измерения выполнены при 10 МГЦ иинтенсивности переменного тока - 2 мА.управленияаморфногомагнитнойанизотропиеймикропровода на основе Fe,посредством его отжига под нагрузкой. Приэтомнаведеннаяфункцией температуры и продолжительности отжига под нагрузкой.- 21 -анизотропияявляетсяВ диссертации показано на примере составов с околонулевой константоймагнитострикции Co67Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7, что можно целенаправленно путем выбораоптимальных геометрических параметров микропровода и обработок, в том числе отжигомтоком, достичь высоких значений параметра ГМИ, вплоть до 600% (Рис.15).