Аморфные материалы (835546), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Энергия активации диффузии металлов в аморфных сплавах' обычно»в 2— 3 раза меньше по сравнению с таковой в кристаллах.Однако в случаеатомов металлоидов она или одного уровня, или даж е выше, чем в кристалли­ческих аналогах. Для процесса диффузии металлов в аморфных сплавах весьмахарактерным является низкое значение предэкспоненциального множителя (на6— 10 порядков меньше, чем в кристаллах). Отметим также, что диффузионнаяподвижность атомов в аморфной фазе сильно зависит от степени развитияструктурной релаксации, что, очевидно, является одной из причин наблюдающе­гося отклонения коэффициента диффузии от закона Аррениуса, когдаэкспе­рименты проводятся на исходных закаленных образцах (см.

[1 4 ]* ). Прим, ред:119*ной бора в сплаве Feso В 2 0 является кремний, а германий фосфори углерод не дают заметного эффекта. У сплава Feso Р 2 0 температураТх довольно низка и легирование другими металлоидами повыша'етТх. Наиболее значительно этот эффект выражен при легированиикремнием. Таким образом, в сплавах на основе железа кремнийнаиболее существенно повышает стабильность структуры. Этообстоятельство очень важно для разработки промышленных спла­вов.Рис. 4.20. Зависимость температу­ры кристаллизацииаморфныхсплавовнаосновежелезаFesoBvo—xM x (о) и Fe3oP2 0 - х М х (б)от типа и концентрации метал­лоидов МИзменение Тх в сплаве Feso Р 1 3 С7 при замене железа на дру­гие металлы (Си, Ni, Со, Сг, Мп, V, Ti) показано на рис.

4.21 [15].Как видно из рисунка, элементы, стоящие правее железа в перио-■тх,°сРис. 4.21. Влияние металлов М на тем­пературу - кристаллизацииаморфныхсплавов Fe8o-i44iPi3C7Рис. 4.22. Корреляция междутемпературой кристаллизациии средним числом валентныхэлектронов (el а)аморфныхсплавов Fe8o-i44xPi3C7:1 — Fe—Ti—Р—С;2 — Fe—V—Р—С; .

3 — Fe—Сг—Р—С;4 — Fe—Р—С;5 — Fe—Со—Р—С; 6 — Fe—Ni—Р—Сдической таблице Менделеева, понижают величину Тх, а элементы,расположенные левее, повышают ее. Следовательно, Тх сильно за­висит от среднего числа внешних электронов, определяющих связьмежду атомами металла в сплаве (рис. 4.22 [1 5 ]). Если путем ле-120гирования ввести вакантные состояния, которые увеличивают кон­центрацию s- и d-электронов, дающих вклад в связь атомов ме­талла, Тх повысится. При этом усиливается связь между атомамиметалла и металлоида (Р, С).Таким образом, увеличение силы межатомной связи приводитк снижению подвижности атомов (т.

е. к ослаблению диффузии),что, в свою очередь выражается в повышении температуры кри­сталлизации сплава.'Г л а в а 5.МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА5.1. ВВЕДЕНИЕВ настоящей главе описываются магнитномягкие аморфныесплавы, получаемые при закалке из жидкого состояния в виде тон­ких лент толщиной ~ 3 0 мкм.Магнитные материалы наряду с полупроводниками и диэлект­риками жизненно важны для электронной промышленности, поэ­тому они заслуживают особого рассмотрения.

Д о недавнего вре­мени круг магнитных материалов ограничивался кристаллически\ми металлическими сплавами, интерметаллидами и оксидами (фер­риты и т. п.). Однако в последнее время интенсивно исследуетсямагнетизм аморфных металлов и сплавов и уже отчетливо прос­матриваются некоторые направления практического использованияаморфных магнетиков. В настоящее время находят применениемагнитномягкие ленточные аморфные ферро- и ферримагнетики,представляющие собой сплавы переходных металлов с металлои­дами. Научная проблема получения таких материалов путем бы­строго охлаждения из жидкого состояния сегодня становится важ­ной прикладной отраслью техники. Можно утверждать, что вследза эрой кристаллических магнитных материалов наступит эра но­вых магнитных металлических материалов, каковыми являютсяаморфные сплавы.В первых разделах этой главы в общих чертах описываются•основные магнитные свойства аморфных металлических материа­лов.

Далее упор будет сделан на аморфных ферромагнитных ма­териалах, обладающих одним важным отличительным свойством —высокоймагнитнойпроницаемостью, т. е. на магнитномягкихаморфных сплавах. Поскольку существенную роль здесь играютпроцессы намагничивания, особое внимание будет уделено рас­смотрению доменной структуры аморфных металлов,явленияммагнитострикции и магнитной анизотропии. Наконец, будет данкраткий анализ магнитных свойств с точки зрения практическогоиспользования аморфных металлических материалов.Исследование магнетизма аморфных металлов в последнее вре­мя развивается весьма интенсивно, однако в этой области есть121еще много нерешенных проблем, в частности до сих пор не выра­ботана общая теория магнетизма аморфных металлов. Магнитныеявления, протекающие в аморфных металлах, пока еще труднообъяснить с единой точки зрения.

В настоящей главе мы краткоостановимся только на вопросах, касающихся высокой магнитноймягкости аморфных металлов и покажем возможности разработ­ки сплавов и способов их термической обработки, основываясь нафизике явлений, присущих этим материалам, а также практичес­кого их использования.5.2. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ И ФЕРРИМАГНЕТИЗМ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВКак хорошо известно, в основе действия постоянных магнитов,и магнитных сердечников, изготовленных из кристаллических ме­таллических сплавов и химических соединений, лежит явлениеферромагнетизма.

Прежде всего необходимо отметить, что источ­ником магнетизма является наличие магнитного момента, возни­кающего благодаря собственному спиновому моменту импульсаэлектрона. Вещества, способные к сильному намагничиванию, име­нуемые в дальнейшем магнетиками, можно подразделить на такназываемые ферромагнетики и ферримагнетики.

В ферромагнетикахвсе магнитные моменты атомов параллельны друг другу1, в ферримагнетиках магнитные моменты атомов антипараллельныиимеют различную величину, так что суммарный момент отличен;от нуля. Основной причиной возникновения ферромагнитного со­стояния спонтанного намагничивания в таких веществах является:внутренняя структура их атомов12.Ферромагнетизм наблюдается в ЗсГпереходных металлах (ж е­лезе, кобальте, никеле), в гадолинии и некоторых других редко­земельных металлах3, а также в сплавах на их основе и интерметаллидах. Ферримагнетики — это сложные оксиды, содержащиеферромагнитные элементы.

Так как все перечисленные веществаявляются кристаллическими, можно было бы предположить, что для;параллельного упорядочения магнитных моментов необходимо на­личие регулярного расположения атомов. Однако в 1947 г. Бреннер[ 1 ] наблюдал явление ферромагнетизма в полученной электроли­тическим осаждением аморфной пленке Со — Р. Позже Губанов [2]теоретически показал, что для упорядоченности магнитных момен­тов регулярность и симметрия атомных конфигураций необяза1 Это относится к случаю так называемого коллинеарного магнитного по­рядка,характерного для Зй-металлов.

В ферромагнитных РЗМ наблюдаетсяболее сложное, неколлинеарное, магнитное упорядочение магнитных моментов,(например,,, типа геликоидальной структуры, как в Но или Е г). Прим. ред.2 Это необходимое условие (атомы должны иметь внутреннюю недостроен­ную 3d- или 4f- оболочки), но не достаточное. Второе условие появления фер­ромагнетизма— это характер обменного взаимодействия между спинами, прикотором обменный интеграл должен быть положительным. Прим. ред.3 В, Tb, Dy, Но, Ег н Т т (атомные Номераот 65 до 69).

В отличие отферромагнитных Зй-металлов температуры Кюри перечисленных РЗМ значитель­но ниже комнатной температуры (например, у D y Тс « 85 К ). Прим. ред.122тельны. Тем самым было обосновано, что ферромагнетизм можетпроявляться не только в кристаллах, но и в жидкостях и аморф­ных твердых телах.На рис. 5.1 показан наиболее простой случай ферромагнитно­го состояния: магнитные атомы неупорядоченно расположены впространстве, но все магнитные моменты выстраиваются взаимнопараллельно.

Характерно, что в этом случае вектор магнитной по­ляризации 1 имеет строго фиксированное направление, спонтаннаяРис. 5.1. ПростойаморфныйферромагнетикРис. 5.2.Неупорядоченныйаморфный ферромагнетикнамагниченность стремится к насыщению. При этом благодаряособенностям обменного взаимодействия между магнитными мо­ментами могут проявляться и взаимодействия других типов, отлич­ные от ферромагнитного12. Другой случай представлен на рис.

5.2.Здесь магнитные моменты стремятся взаимно уменьшить другдруга, при этом ферромагнитное состояние совершенно не насы­щено. Однако, поскольку угол между магнитными моментами неравен 180°С, возникает возможность для появления спонтанногонамагничивания. Такое состояние, как полагают, действительноможет иметь место в соединениях типа DyNi, относимых к неупо­рядоченным ферромагнетикам, или сперомагнетикам [3].

Предпо­лагают, что подобное магнитное состояние возникает, когда на­ряду с относительно слабым обменным взаимодействием сущест­вует локальная магнитная анизотропия, вследствие которой воз­никает неупорядоченность в расположении магнитных моментоватомов. Например, в соединениях РЗМ магнитная анизотропиявозникает за счет того, что из-за сильных нормальных3 спиновыхвзаимодействий магнитные моменты ионов отклоняются в разныестороны. В аморфном состоянии, поскольку имеются локальныеразличия атомных конфигураций, величина магнитной анизотро­пии и ее направление также должны локально различаться. Вслед­ствие этого параллельность между магнитными моментами, обус­ловленных обменным взаимодействием, может частично нарушать1 Другими словами, намагниченность. Прим.

ред.2 Например,1 антиферромагннтное взаимодействие, когда обменный интегралменьше нуля. Прим. ред.3 Т. е. магнитных взаимодействий. Прим. ред.123ся и в результате конкуренции процессов упорядочения и разупорядочения могут возникать спиновые конфигурации1, подобныетем, что показаны на рис. 5.2. Наличие локальной магнитной ани­зотропии слабо сказывается на величине спонтанной намагничен­ности, а температура Кюри при этом понижается [4, 5].В аморфных металлах встречается еще один тип магнитнойнеупорядоченности, проявляющийся в таких кристаллических ма­териалах, как оксиды (ферриты), а именно ферримагнетизм.

Характеристики

Список файлов книги