Исследование магнитных свойств микро- и нанонеоднородных систем (1097561), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рассмотрено влияние гидрогенизации, низко- и высокотемпературногоотжигов, а также криообработки. Полученные результаты указывают на то, чтогидрогенизация сплавов влияет как на процессы их перемагничивания, так и на величинумагнитной анизотропии в них. В аморфных металлических сплавах даже при температурахсущественно ниже температур кристаллизации наблюдался вязко-хрупкий переход, носящийнеобратимый характер.
Следует отметить, что процессы охрупчивания существенно влияютне только на магнитные свойства (анизотропию, коэрцитивную силу, намагниченность), но ина электропроводность и механические свойства. При термоциклировании при низкихтемпературах (менее 250 °С) наблюдается увеличение намагниченности насыщения и0,42,0oTc(a)~190 Cг)1,50,3в)mS, отн.ед.mS, отн.ед.oб)а)1,00,5-50050100150200oTc(г)~195 C0,20,10,00,0Tc(б)~192 Cа)190б)г)1952002050T, С0T, СРис. 5. Изменение магнитного момента аморфногосплава при термоциклировании в магнитном поле100 Э: а) – нагрев исходного образца, б) –охлаждение после первого нагрева, в) – второйнагрев, г) – охлаждение после второго нагреваРис.
6. Изменение температуры Кюри аморфногосплава при термоциклировании в магнитном поле100 Э: а) – нагрев исходного образца, б) –охлаждение после первого нагрева, г) – охлаждениепосле второго нагреванеобратимое смещение температуры Кюри (см. Рис. 5-6.). Следует отметить, чтоаналогичные изменения магнитных свойств (температуры Кюри и намагниченностинасыщения) были обнаружены при термоциклировании образцов сплавов Ni2+x Mn1-xGa(сплавы с памятью формы, обладающие спонтанным магнитным моментом при комнатнойтемпературе). В образцах этих сплавов было обнаружено, что при нестехиометрическихсоставах намагниченность в поле обладает широким температурным гистерезисом и ширинагистерезиса коррелирует с шириной мартенсит-аустенитного перехода, несмотря на то, что- 14 -этот переход осуществляется при существенно более низких температурах.
Нами быловысказано предположение, что происходящие в аморфных сплавах изменения могут бытьвызваны мартенситоподобным фазовым переходом при резком снижении температуры. Этопредположение подтверждается также результатами исследований изменений другихфизических свойств, в том числе, структуры, магнитооптических спектров, спектров энергийактивации, мессбауэровских спектров и др.
Дальнейшая проверка была проведена с цельюисследования воздействия такого вида обработки на магнитные свойства образцовFe60,8Co20,2B14Si5,Fe76,8Ni1,2B13,2Si8,8,Fe78Cu1Nb4B3,5Si13,5,Fe73,5Cu1Nb3Si13,5B9,атакжеобразцов Fe40Ni40 с различными аморфизаторами. Измерения проводились как статическим,так и динамическим методами. Для оценки изменений коэрцитивной силы былаиспользованамодель,основывающаясянасопоставленииотносительныхобъемовдефектных включений до и после обработки.
После вычисления соответствующих значенийбыло получено изменение коэрцитивной силы ΔНс ~ 7 – 12%, в то время как в экспериментеполучены значения от 4 до 22%. Таким образом, рассмотренная модель удовлетворительноописывает наблюдаемые в эксперименте изменения коэрцитивной силы при криогеннойобработке. Проведенные нейтронографические исследования также подтвердили наширезультаты. Полученные с их помощью данные свидетельствуют, что в областипространственных размеров 0,5 - 2 Å атомная плотность для образцов после криообработкивыше, а в области 2 - 4 Å ниже, чем для необработанного. Такое изменение, также как и впредыдущих случаях, указывает на увеличение атомной плотности в ближайшихкоординационных сферах.
Установлено, что перераспределение атомной плотностипроисходит, в основном, в области ~ 4 Å, хотя небольшие изменения радиальной функциираспределения наблюдаются до 12 Å. Таким образом, криообработка оказывает сильноевлияние на ближний порядок. Во всех образцах изменения были отмечены на расстоянияхменее 8 - 12 Å, причем основное изменение происходило на расстояниях до 4 - 5 Å.
Былитакже проведены исследования магнитных свойств микропроводов из аморфных сплавов. Вотличие от аморфных лент аморфные микропровода обладают рядом дополнительныхособенностей, связанных с технологией их изготовления. Аксиальная симметрия приводит квозникновению радиальных закалочных напряжений, которые могут существенно изменятьдоменную структуру микропровода по сравнению с лентой. Еще в конце восьмидесятыхгодов прошлого века было показано, что в зависимости от вида магнитострикции материаламикропроводов в них могут формироваться различные типы доменной структуры,получившие в то время условные названия «зонтичной» и «бамбукообразной».
Кроме того,цилиндрическая симметрия микропровода приводит к тому, что его центральная часть(приосевая) имеет, как правило, доменную структуру, отличную от доменной структуры- 15 -внешней части микропровода, таким образом, в них формируются структуры «корн» «сердечник» с особым распределением намагниченности. Наличие поверхностного слоясущественно изменяет как микромагнитную структуру, так и петли гистерезиса. Все этиособенностиприводяткпоявлениюзначительныхособенностейвпроцессахперемагничивания микропроводов, легко обнаружимых с помощью анизометра, описанноговыше.Намибылапредложенамодельдоменнойструктурымикропроводов,основывающаяся на расчете остаточных напряжений в них.
Предполагалось, что процессизготовления происходил следующим образом: расплавленный провод опускался в среду,температура которой существенно ниже температуры плавления металла (например,150058Температура, градσzzσrrσφφ10000500-5002468Напряжения, 10 ПаТемпература102000-1010Расстояние от центра проволоки, мкмРис. 7. Распределение температуры и соответствующих(рассчитанные данные).закалочных напряжений в микропроводезакалка в жидком азоте). В нашей модели рассматривается самый простой способохлаждения – в начальный момент времени в проводе однородное распределениетемператур, а края провода все время поддерживаются при постоянной температуре –температуре среды Тср.
Это обычная задача теплопроводности с граничными условиямипервого рода. Температурный фронт в тот момент времени, когда центр провода охладитсядо температуры плавления (отвердевания), показан на Рис. 7 (левая шкала). Времяохлаждения в нашей модели 10-3 сек, скорость охлаждения порядка 106 град/сек, чтосогласуется с реальными параметрами при получении аморфных материалов.Полученноеполетемпературиспользованодлявычислениянапряженийвпервоначально ненапряженном проводе. В силу симметрии задачи в цилиндрической- 16 -системе координат тензор напряжений имеет только диагональные компоненты, для которыхбыли получены следующие выражения:R0rα ⋅E1σ rr ={−1/ r 2 ⋅ ∫ rT (r ) dr + 21−σR0σ ϕϕ =σ zz =α ⋅E1{1/ r 2 ⋅ ∫ rT (r ) dr + 21−σR0r∫ rT (r ) dr},0R0∫ rT (r ) dr},( 7)0R0α ⋅E{2 / R 2 ∫ rT (r ) dr − T (r )}.1−σ0Согласно результатам расчета, остаточные напряжения имеют радиальную зависимость ипорядок их величины составляет 108 Па (см.
Рис. 7, правая шкала). Область σ < 0соответствует напряжениям растяжения, а σ > 0 – напряжениям сжатия. Полученныерезультаты были сопоставлены с экспериментальными данными как для проводов сположительной магнитострикцией, так и для проводов с отрицательной магнитострикцией.Данный подход в дальнейшем был развит в работах Усова Н.А., Борисова В.Т., Васкеса М. Вконце главы приведены ее основные результаты.В пятой главе обсуждаются вопросы связи магнитных и магнитоимпедансных свойств.Эффект гигантского магнитоимпеданса (ГМИ)заключается в значительном измененииимпеданса магнитного проводника при его намагничивании.Это классический эффект,связанный с тем, что глубина скин-слоя определяется магнитной проницаемостью образца.Для проволоки это циркулярная проницаемость, для пленки или ленты – поперечная.
Приприложении дополнительного постоянного магнитного поля и намагничивании образцаизменяются все компоненты тензора магнитной проницаемости, глубина скин-слоя и, какследствие, импеданс. К настоящему времени в литературе имеются обзоры по различнымаспектам проблемы сенсоров на ГМИ [12, 13]. Очевидно, что в первую очередьчувствительность ГМИ сенсора определяется магнитной мягкостью материала проводника ипоперечной току проницаемостью.
Так же важны форма и геометрические размеры образца.В данной главе приводятся результаты исследования магнитостатических свойствкристаллических, аморфных, нанокристаллических лент, однослойных и многослойныхпленок и аморфных проволок для ГМИ сенсоров. Основные задачи магнитостатическихизмерений состояли в поиске магнитномягких материалов с оптимальными для ГМИприменений свойствами; выяснении влияния условий изготовления образцов (пленок, лент,проволок) на их магнитостатические свойства, а, как следствие, и на ГМИ параметры;исследовании доменной структуры и механизмов формирования поперечной магнитной- 17 -анизотропии; исследовании роли геометрических размеров и формы образцов и их влиянияна магнитные свойства.Следует отметить, что данные исследования проводились с 1994 г.
в рамках рядапроектов, в том числе и проектов РФФИ и МНТЦ, измерено более 2000 образцов, и внастоящее время продолжаются исследовательские работы с различными новыми видамиГМИ, такими как нелинейный ГМИ, недиагональный ГМИ и т.д., а также внедрение ГМИсенсоров в технику.Исследовались три класса материалов - кристаллические (пермаллой, сендаст),аморфные (на основе Со и Fe) и нанокристаллические (Finemet) в виде однослойных пленокна различных подложках (стекло, сапфир, кварц, керамика) в виде дисков и полоcков (пленкас шириной 1-3 мм и длиной от 6 до 15 мм), а также двухслойные и многослойныетонкопленочные структуры.
Было проведено исследование магнитостатических свойствпермаллоевых пленок, полученных в различных технологических режимах, и показано, чтосоответствующим выбором режима напыления легко достигается следующие значениямагнитных параметров: коэрцитивная сила Нс < 0,1 Э, коэффициент прямоугольности > 0,5.Все образцы из сендаста обладали большей, чем для пермаллоя, коэрцитивной силой ипрямоугольностью петли гистерезиса, а также существенной анизотропией в плоскостипленки, наведенной в процессе напыления и слабо изменяющейся при высокотемпературномотжиге. Результаты измерений на аморфных пленках показали, что по магнитнымпараметрам удается получить образцы со свойствами, превышающими значения дляпермаллоя (меньшая коэрцитивнаясила при большей намагниченности).Однако,наблюдается большой разброс значений магнитных параметров для разных образцов,приготовленных в одинаковых условиях, а также сильная зависимость магнитныхпараметров от условий напыления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
