Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 90
Текст из файла (страница 90)
9 10.4). В сплаве примерно с таким же содержанием никеля величина магнитострикции равна нулю (см. рис. 11.8). При этих условиях (см. 8 13.3) весь процесс намагничивания, как смещением границы, так и вращением, происходит с малой затратой энергии. В 9 23.2 сообщалось, что при особо тщательной очистке железа от примесей можно получить в нем большие максимальную и начальную магнитные проницаемости (ртл, и )«о).
Однако подобная очистка весьма трудоемка и дорога. В сплаве никеля с железом оказалось возможным получить большие ро и )«,„„при меньших требованиях к чистоте сплава, благодаря значительно меньшей, чем у железа, энергии анизотропии (см. 9 23.1). В железе константа анизотропии К1 примерно равна 4 1О", а в сплавах железо — никель (от 40% до 80% !х)1) 23.4. Железоникелевые сплавы 433 600 40 60 80 100 Содержание Хь "4 величина К~ принимает значения от нуля до 10з. Столь низкое значение энергии анизотропии облегчает намагничивание как за счет процесса смещения границ, так и за счет процесса вращения вектора намагничивания. Максимальная магнитная проницаемость достигает особенно больших значений, если подвергать сплав так называемому термомагнитному отжигу, т.е.
охлаждению в магнитном поле образца, нагретого предварительно выше точки Кюри. Из рис. 23.10 видно, что при таком отжиге наибольшую ~ 700 максимальную магнитную проницаемость приобретает сплав ,л с 66% 'б)1 (пермаллой 66). Она 6ОО составляет 275000 Гс1Э вме- „."16 400 ~г сто 90000 Гс!3 для пермал- 300 лоя 78, прошедшего пермаллойную обработку. На этом же ри- 8 сунке пунктирная линия изоб- 2 ражает точки Кюри для сплавов 1 с различным содержанием никеля. Следует обратить внимание на то, что у пермаллоя 66 точка Кюри выше, чем у других Рис 23 10. 3ависимость максимальной железоникелевых сплавов.
проницаемости железоникелевых спла- Термомагнитная обработка вов от обработки: охлаждение в песоздает магнитную текстуру чи (1); пермаллойная обработка (2); обне только в железоникелевых работка в магнитном поле (3); точки сплавах (пермаллоях), но и в Кюри (4) кремнистом железе (трансформаторная сталь) [149) и в других сплавах и соединениях. Термомагнитная обработка пермаллоя 66 приводит к уменьшению величины магнитострикции (143), что, в свою очередь, сказывается на увеличении магнитной проницаемости. Бозорт объясняет влияние отжига в магнитном поле на увеличение магнитной восприимчивости пермаллоя 66 следующим образом.
При охлаждении пермаллоя ниже точки Кюри появляется спонтанная магнитострикция (см. гл. 10). Внутри каждого зерна эта магнитострикция будет направлена по всем четырем направлениям легкого намагничивания. Намагничивание подобного материала при комнатной температуре сопровождается магнитострикцией, направление которой определяется внешним полем. Намагничивание затрудняется переориентацией направления магнитострикции.
У пермаллоя 66 точка Кюри высока (около 600 'С). При этой температуре пластичность еще настолько велика, что при медленном охлаждении пермаллоя ниже точки Кюри в магнитном поле все домены ориентируются в одном направлении, чему также способствуют большая положительная магнитострикция 434 Рл. 23. Магнитные материалы для статического режима и малая энергия анизотропии такого сплава. Это приводит к магнитной текстуре материала, что и обусловливает резкое возрастание магнитной восприимчивости в направлении, в котором при охлаждении прикладывалось поле. Рассмотренная теория не всегда может объяснить влияние термомагнитного отжига на улучшение магнитных свойств ферромагнетика.
Как показано в работах Шура (109) и других, отжиг в магнитном поле в некоторых случаях вызывает появление сверхструктуры. Большое количество положительных опытов с термомагнитной обработкой хорошо объясняет теория направленного упорядочения Нееля [62). Для ознакомления с ней рассмотрим плоскую модель ферромагнетика, состоящего из атомов двух различных элементов, причем оба они могут быть ферромагнитными, но с различными магнитными моментами и точками Кюри.
Ферромагнитными могут быть и атомы только одного элемента. Для простоты допустим, что количества атомов каждого элемента одинаковы. При неупорядоченном состоянии (рис. 23.1!,а) примерно половина осей пар одноименных атомов рас- и= ° Я ° ее»- Я= и= $=- Рис 23.1!.
Возможное расположение атомов в бинарном сплаве из белых (50»м) и черных (50»г') атомов: а) неупорядоченный твердый раствор; б) иде- ально упорядоченный раствор; в) направленное упорядочение положена «горизонтально» и столько же «вертикальном В идеально упорядоченной системе»пары» вообще отсутствуют (рис. 23.11, б). Если пары одинаковых атомов обладают магнитными моментами, то при помещении рассматриваемой системы в магнитное поле при температуре ниже точки Кюри, но достаточно высокой для того, чтобы могла идти интенсивная диффузия атомов, пары одинаковых атомов стремятся ориентироваться в направлении поля, поскольку это ведет к уменьшению магнитной энергии (рис.23.1!,в). При понижении температуры настолько, что диффузия уже не может происходить со сколько-нибудь заметной скоростью, пары одинаковых атомов замораживаются на своих местах и создают в вегцестве одноосную анизотропию (индуцированную анизотропию).
435 22.4 Железапикелевь!е вплавь! Энергия индуцированной магнитной анизотропии для кристаллов кубической анизотропии характеризуется формулой [70[ гги = е 1 а! 'У! + а2(42 + аЗФЗ / ь,2,,2 2 2 2.2! — С(а!а2!Зги+ а!аз!у! Зз + азазо2!Зз) (23 4) где Г и С вЂ” константы наведенной магнитной анизотропии; а, направляющие косинусы углов между вектором намагниченности 1 и кристаллографнческими осями; 3, — направляющие косинусы углов между направлением магнитного поля Н, приложенного при отжиге, и кристаллографическими осями. Следовательно, для суммарной магнитной энергии монокристаллического ферромагнетика, отожженного в магнитном поле, имеем ~~Т ' )'и+Ии з з з з (23.5) И' ---К 2.
-'~а,'+К П ~-Е2 Я-С Е,лФА из=! ь=! ь=! ив=! Для поликристаллического образца, отожженного в магнитном поле, суммарная магнитная энергия У'т = А — — (4Š— ЗС) соз2 О, 1О (23.6) где Π— угол между направлением вектора намагниченности и направлением магнитного поля Н, приложенного во время отжига. Пренебрегая константой А, не зависящей от направления, и вводя обозначение Ки =- (4К вЂ” ЗС)/10, запишем уравнение (23.6) в виде Ю'т = — Ки сов О, (23.7) где К„ — константа магнитной наведенной анизотропии поликристаллического образца.
Магнитно-текстунрованный материал можно получить не только термомагнитной, но и термомеханической обработкой (по предложению Шура и его сотрудников [169]). Заключается эта обработка в том, что ферромагнетики медленно охлаждаются от температуры выше точки Кюри под односторонним напряжением. Направление легкого намагничивания совпадает с направлением линии растяжения (для материалов с положительной магнитострикцией). Пермаллой 78 обладает большой начальной магнитной восприимчивостью и малой коэрцитивной силой (Н, < 0,05 Э) благодаря тому, что при таком содержании никеля и железа в сплаве значения констант анизотропии и магнитострикции близки к нулю.
Естественно, что если бы константы анизотропии и магнитострикции одновременно равнялись нулю, начальная магнитная проницаемость сплава была бы еще больше. Однако в двойных сплавах такое благоприятное сочетание 436 Гл. 23. Магнитные материалы для статического режима не найдено. Оно обнаружено в тройных сплавах, в которых число возможных сочетаний величин констант анизотропии и магнитострикции значительно больше. Например, большой магнитной проннцаемостью и малой коэрцитивной силой обладает сплав, содержащий 783ь !хг1, 3,8% Ъ|о (остальное — железо) и носящий название Мо-пермаллой.
Его максимальная магнитная проницаемость р = 120000 ГсуЭ, коэрцитивная сила Нь = 0,04 Э. У супермаллоя (79% !чг1 и 5ьуь Мо) рт =- 900000 Гс/Э, Н, .=- 0,004 Э. Из других сплавов обращает на себя внимание железо-кремний-алюминиевый сплав (альсифер) с 85ьуь Ее, 9% 8! и 5;ь А1, у которого рт, =- 120 000 Гс/Э, Н„= 0,05 Э. В отличие от железоникелевых сплавов, альсифер не ковок, хрупок и тверд. Поэтому детали из него могут быть изготовлены только фасонной отливкой. Преимуществом альсифера является его дешевизна. В табл. 23.3 приведены основные свойства некоторых мягких магнитных материалов. Материалы, подвергнутые термомагнитной и термомеханической обработке, часто обладают прямоугольной петлей гистерезиса типа приведенной на рис.
!4.3 для деформированного сплава ЕеЖ. Пермаллоевые тонкие пленки толщиной порядка 1000 А, полученные испарением в вакууме в магнитном поле на горячую подложку при температуре около 300 'С, оказываются магнитно-текстуированными и имеют прямоугольную петлю гистерезиса. Они применяются в качестве запоминающих и информационно-логических устройств в электронно-вычислительных машинах. Магнитные свойства ферромагнитных пленок, полученных испарением в вакууме, существенно зависят от толщины и условий их получения [75, 147]. ф 23.5.
Мягкие магнитные материалы с особыми магнитными свойствами !. Ферромагнетики с постоянной магнитной проницаемостью. Радиотехника и телефония требуют магнитных материалов с постоянной проницаемостью при малых намагничивающих полях. К таким материалам относится сплав железо †никель †кобальт (30% Ее, 2536 Со и 45 % Ы), называемый перминваром. Он обладает постоянной магнитной проницаемостью (р 400 †: 600) н безгистерезисной кривой намагничивания вплоть до 2 Э намагничивающего поля. При больших полях появляется петля гистерезиса.
Как видно из рис. 23.12, при намагничивании от 2 до 3,5 Э возникает петля гистерезиса, но коэрцитивная сила и остаточная индукция остаются равными нулю. Только при намагничивании в поле более 4 Э (рис. 23.!2) появляется остаточная индукция, В, 7'= О, и коэрцитивная сила Нч ф О. Петля гистерезиса сужается в середине (перетянутая петля гистерезиса). Отсутствие гистерезиса в малых полях указывает на то, что доминирующую роль при намагничивании перминвара играет обратимый процесс вращения.
2а.а. Мягкие магнитньсе материалы с Особыми свойствами 437 к 3 ~ о о о о о м 333 3 \ ам о СС О о ОХ о о о о о" о С3" А о о 3,33 Х Ю Ю Ю о о о 3- СО Ю Ю 00 СО Ю Ю СО Ю Ю ОС СО Ю Ю Ю СО Й о м а Сс й С о о м в 33 С я я о о о о о о Сс о о о о о Ю Ю СО ~ ;"3„- ,С О О.О Хам о о о о о о о о о Ю Ю С'3 Ю Ю Ю о о о о о о 3 со о о о Й о о. о а о 33 ~о О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
