Ферромагнетики с памятью формы - фазовые переходы и функциональные свойства (1097950), страница 5
Текст из файла (страница 5)
11). Необходимоотметить, что в ряде работ низкотемпературная мартенситная фаза с нулевойспонтаннойнамагниченностьюрассматриваласькакантиферромагнитная.Проведенные нами исследования методом Мессбауэровской спектроскопиинаглядно доказали, что она является парамагнитной (рис. 12).В разделе 3 рассматриваются16магнитоиндуцированные структурные57Ni50Mn34.3 Fe0.5In15.214фазовые переходы в сплавах Ni-Mn-Ga12иHhf (T)10Ni-Mn-Sn.Фазовыепереходы«ферромагнитный6парамагнитный аустенит» в сплавах4Ni-Mn-Gaи«парамагнитный2мартенсит↔ферромагнитный0050100 150 200 250 300 350T (K)аустенит» в сплавах Ni-Mn-Sn и NiMn-InРис.
12. Эффективное поле Hhf вNi50Mn34.357Fe0.5In15.2какфункциятемпературы. Hhf в образце, охлажденномот 352 K показано треугольником.мартенсит↔8являютсясвязаннымимагнитоструктурнымиперехода.Отличительнойособенностьюмагнитных свойств этих материаловявляется то, что они демонстрируютM (emu/g)ярковыраженныеметамагнитные70аномалии на полевых зависимостях60намагниченности (рис. 13). Поскольку50возникновение40обусловлено магнитоиндуцированным30переходом (полным или частичным) в20фазу с большей намагниченностью,Ni51Mn36Sn130обратимый0102030аномалийметамагнитная аномалия будет иметьT = 275 K10этих405060H (T)Рис.13.ПолевыезависимостинамагниченностиМполикристаллаNi51Mn36Ga13 в окрестности связанногомагнитоструктурногоперехода,измеренные при Т = 275 К в импульсноммагнитном полехарактерограниченномтольковтемпературноминтервале и, как правило, в сильныхмагнитных полях.Шестаяизучениюглавапосвященамагнитодеформационныхоткликов в спеченных порошках иполикристаллах сплавов Ni-Mn-Ga.
Существование мартенситного перехода вферромагнитнойматрицепозволяетвлиятьнахарактерныетемпературымартенситного превращения и топологию мартенситной фазы при помощимагнитного поля. Это открывает возможность управления эффектом памяти формыпосредством магнитных полей. В общем случае изменить линейные размерыферромагнитного сплава с памятью формы при помощи магнитного поля можнодвумя путями: (а) смещением температуры мартенситного перехода; и (б)переориентацией мартенситных вариантов.
Во втором случае магнитодеформациимогут достигать несколько процентов, но, как правило, они легко подавляютсяприложением внешней нагрузки [15]. В Главе 6 исследован первый механизмполучения магнитодеформацийв поликристаллахи спеченных порошкахферромагнетиков с памятью формы Ni2+xMn1-xGa.Смещение температуры мартенситного перехода Tm магнитным полем Hможно описать формулой ΔT = ΔMHTm/q, где ΔM – разность намагниченностеймежду мартенситной и аустенитной фазами, q – скрытая теплота перехода. Вслучае, если переход происходит из ферромагнитного мартенсита в парамагнитныйаустенит, формула приобретает вид ΔT = MМHTm/q, где ММ – намагниченностьмартенситной фазы.
Очевидно, чтодляΔl/l (%)0.00получениязначительныхмагнитодеформаций путем смещения-0.02Ni2.18Mn0.82Ga-0.04T = 350.7 K1 цикл2 цикл3 циклтемпературы мартенситного переходанарядусчувствительностью-0.06мартенситного-0.08приложению-0.10важную роль играет также стрикция-0.12перехода,-5 -4 -3 -2 -1 012345H (T)Рис.
14. Магнитодеформация в спеченномпорошкесплаваNi2,18Mn0,82Gaпритемпературе,фиксированнойвокрестности мартенситного переходапереходамагнитногоаточнеекполяизменениелинейных размеров при переходе –чембольшеразмеровбольшуюнаизменениеодинлинейныхградус,величинутеммагнито-деформации можно получить приодних и тех же условиях.Как известно, двухсторонний эффект памяти формы характеризуетсязначительными изменениями линейных размеров, достигающих значений порядкапроцента, и, что немаловажно, эти изменения являются обратимыми.
Такимобразом, тренировка образцов на двухсторонний эффект памяти формы являетсяперспективной для получения больших значений магнитодеформаций. На рис. 14показан результат измерения магнитодеформации в спеченном порошке сплаваNi2,18Mn0,82Ga, который был натренирован на двухсторонний эффект памятиформы. Из рисунка видно, что приложение магнитного поля 5 Тл приводит ксокращению образца на 0,12% за счет смещения температуры мартенситногоперехода. Отметим, что без предварительной тренировки на двухстороннююпамять формы магнитодеформации в этом сплаве при идентичных условияхдостигали не более 0,04%.Глава 7 посвящена исследованию магнитокалорического эффекта (МКЭ) всплавах Ni-Mn-Z (Z = Ga, Sn) со связанными магнитоструктурными фазовымипереходами.ПредставленырезультатыэкспериментальныхизотермическогоNi2.18Mn0.82Ga30Ni2.20Mn0.80Ga25Ni2.24Mn0.76GaNi2.22Mn0.78GaΔSm (Дж/кгК)Ni2.27Mn0.73Gaизмеренийизменениямагнитнойэнтропии ΔSm и адиабатического изменениятемпературы ΔTad.Впервомразделеприводятся20результаты для изотермического изменения15магнитной энтропии ΔSm в серии сплавов10Ni2+xMn1-xGa (0,18 ≤ x ≤ 0,27) и для сплава50330340350360370380390T (K)Рис.
15. Изотермическое изменениемагнитной энтропии в сплавахопределенноеизNi2+xMn1-xGa,полевыхзависимостейнамагниченности.Ni-Mn-SnсNi50Mn36Co1Sn13.добавкойΔSmкобальтаопределялосьизполевых зависимостей намагниченности припомощи соотношения Максвелла 1HΔS = ∫0∂MdH∂T(2)Изотермическое изменение магнитной энтропии ΔSm сплавов Ni2+xMn1-xGa (0,18 ≤ x≤ 0,27), вычисленное из полевых зависимостей намагниченности, показано на1Несмотря на то, что, строго говоря, соотношение (2) неприменимо к фазовым переходам 1-города, Шнайдер и Печарский [5] предположили, что оно может использоваться для вычисления ΔSmв случае «размытых» фазовых переходов 1-го рода. Поскольку в исследуемых поликристаллахферромагнетиков с памятью формы температурный интервал между началом и окончаниемфазового превращения равен 6–12 К, эти переходы с хорошим приближением можно считать«размытыми».рис.
15. Наибольшие изменения магнитной энтропии, |ΔSm| > 25 Дж/кгК,наблюдаются в сплавах Ni2,18Mn0,82Ga и Ni2,20Mn0,80Ga; дальнейшее увеличениеизбытка атомов Ni в сплавах с x > 0,20 приводит к монотонному понижениюпиковогозначенияΔSm.Соднойстороны,наблюдаемаятенденциявкомпозиционной зависимости ΔSm обусловлена тем, что замещение атомов Mn наатомы Ni приводит к разбавлению магнитной подсистемы (магнитный моментсплавов Гейслера Ni-Mn-Ga обусловлен главным образом атомами Mn).
С другойстороны, эта тенденция является прямым подтверждением выдвинутого в [16]предположения о том, что гигантские значения изотермического изменениямагнитной энтропии в материалах с магнитными фазовыми переходами 1-го родаобусловленывкладомструктурнойподсистемыи,такимобразом,пропорциональны полному изменению энтропии ΔS при магнитоструктурномпереходе. Данные, приведенные на рис.
2, явно указывают на то, что сплавыNi2,18Mn0,82Ga и Ni2,20Mn0,80Ga характеризуется наибольшим изменением полнойэнтропии ΔS. Изотермическое изменение магнитной энтропии ΔSm сплавовNi2+xMn1-xGa, полученное из «прямых» измерений, находится в качественномсогласии с зависимостью, приведенной на рис. 15.
Сравнение количественныхзначений ΔSm, полученных двумя разными методиками, указывает на то, что ΔSm,измеренное «прямым» методом, меньше ΔSm, вычисленной при помощисоотношенияМаксвелла.АналогичнаяситуациянаблюдаетсявсплавеNi50Mn36Co1Sn13, где ΔSm, вычисленное из полевых зависимостей намагниченности,оказалось больше, чем ΔSm, определенное из температурных зависимостейтеплоемкости, измеренной в поле и без поля.
На наш взгляд, это свидетельствует отом, что использование соотношения Максвелла (2) приводит к завышенномузначению ΔSm. Это указывает в первую очередь на то, что при фазовых переходах1-го рода резкое изменение намагниченности с температурой, приводящее кбольшимзначением|(∂M(T,H)/∂T)H|,нехарактеризуетвполноймеречувствительность спиновой подсистемы к влиянию внешнего магнитного поля.Однойизосновныхпричинявляетсято,чтодажевокрестностимагнитоструктурного фазового перехода воздействие магнитного поля наспиновую подсистему будет незначительным, если виртуальная температура Кюринизкотемпературной фазы значительно выше температуры магнитоструктурногоперехода.Во втором разделе описаны результаты прямых измерений адиабатическогоизменения температуры ΔTad в сплавах Ni-Mn-Z (Z = Ga, Sn).
Полученные данныеуказывают на то, что ΔSm не характеризует в полной мере МКЭ в ферромагнетикахс памятью формы. Например, обратимая величина ΔTad при магнитоструктурномпереходе в сплавах Ni2+xMn1-xGaΔH = 1,85 Т1.2(0,18 ≤ x ≤ 0,27) не превышала 1 К,Ni2.19Mn0.81GaнагревохлаждениеΔTad (K)1.0чтосопоставимосΔTadвокрестности обычного магнитного0.8перехода сплавов системы Ni-Mn-0.6Ga0.4подробно0.2Ni2,19Mn0,81Ga,300320340360380[17].Вкачествепримерарассматриваетсясплавтеплоемкостькоторого в нулевом магнитном полесообщалась в работе [18].
Исходя изT (K)Рис. 16. Температурные зависимостиадиабатического изменения температуры ΔTadв Ni2,19Mn0,81Ga, измеренные при нагреве иохлаждении.этихданныхпоказано,чтосообщавшиесяврядеработ«гигантские»значенийΔSm,полученные из соотношения (2),являются сильно завышенными. Так, величина ΔSm, опубликованная в работе [19],предполагает, что адиабатическое изменение температуры в Ni2,19Mn0,81Ga должнодостигать значений ΔTad ~ 10 К при изменении магнитного поля ΔH = 2 Тл.
Вдействительности экспериментально измеренное ΔTad оказалось примерно напорядок меньше ожидаемого (рис. 16). Далее показано, что для объяснения этогоразличия также необходимо принять во внимание магнитную неоднородностьобразца в области магнитоструктурного перехода. Учитывая то, что виртуальнаятемператураКюриаустенитнойфазызначительнонижетемпературымагнитоструктурного перехода (см. рис. 1), часть образца, который находится впарамагнитном аустенитном состоянии, не дает вклада в ΔTad и, более того,действует как паразитная нагрузка.Тот факт, что в сплавах Ni2+xMn1-xGa пик ΔTad выше в случае измерений приохлаждении, чем при нагреве (рис. 16), обусловлен дополнительным вкладом вадиабатическоеизменениетемпературы,возникающимзасчетмагнитоиндуцированного мартенситного перехода, который в данных магнитныхполях может быть реализован только в случае прямого мартенситногопревращения.Похожиерезультатыбылиполучены также для системы Ni-MnSn.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
