Аморфные материалы (835546), страница 32

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

Текст из файла (страница 32)

ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ В АМОРФНЫХ СПЛАВАХ,ПОЛУЧЕННЫХ ЗАКАЛКОЙ и з ж и д к о г о с о с т о я н и яВ этом разделе рассматривается поведение аморфных метал­лических лент при намагничивании. Для понимания такого свой­ства аморфных. магнитных материалов, как высокая магнитнаяпроницаемость (что является темой настоящей главы), очень важ­но изучить основные закономерности процессов намагничивания.В аморфной структуре на рис. 5.1 все магнитные моменты рас­положены параллельно друг другу и направление суммарного маг­нитного момента в этом случае совпадает с направлением каждо­го магнитного момента.

Это идеальный случай, когда не учитыва­ются ни локальные изменения ближнего порядка, плотности илихимического состава, ни какие-либо деформации. При этом отсут­ствует какая-либо магнитная анизотропия. Такая ситуация никог­да не реализуется в кристаллическом состоянии. Кроме того, по­скольку неупорядоченная аморфная структура макроскопическиоднородна во -всем объеме образца, свойства также должны бытьоднородными. Однородность структуры проявляется, в частности,в том, что в аморфном состоянии отсутствуют такие дефекты, пре­пятствующие перемещению границ доменов (толщина которыхообычно ~ 102 А ), как границы зерен, -поры, включения и т.

д.Можно ожидать, что именно благодаря этим своим особенностямаморфныеферромагнетикиимеютчрезвычайно высокую магнитную про­ницаемость. В так называемых нуле­4вых ферромагнетиках, обладающихидеальной магнитной анизотропией,Опараллельность магнитных моментовподдерживается только за счет энер­гии обменного взаимодействия, а маг­нитный поток замыкается внутри об­разца вследствие конкуренции с магнитостатичеокой энергией. Как видноиз схемы ,на рве. 5.13, в этом случаенаправление вращениямагнитногоамомента в некоторых частях образцаодинаково, в результате чего можетНек^ОНеквозникнуть так называемая круговаяРис. 5.13.

Схема распреде­доменная структура.ления намагниченностивВ кристаллических веществах, гдеполностью изотропном фер­направления магнитного момента иромагнетике [49]оси легкого намагничивания в различ­ных доменах отличаются, ситуация существенно иная. В свое вре­мя Киттель указывал, что в веществах, в которых магнитная ани­зотропия стремится к нулю, ширина доменных стенок существенноувеличивается, что может привести к образованию доменной струк­туры, подобной круговой.

Действительно, круговая доменнаяструктура наблюдается, например, в пермаллоях, но она, как ус-IО□ '' гJS=4□и133тановлено методом электроной микроскопии, весьма локальна иимеет характерную тонкую структуру [50]. При этом, посколькупроцесс намагничивания происходит не посредством движениякруговых доменов, а границы доменов не перемещаются на сколь­ко-нибудь значительные расстояния, потери на перемашичиваниесводятся только к классическим потерям на вихревые токи, кото­рые локализуются в областях круговых доменов. Это Приводит кснижению суммарных потерь, что имеет важное значение для ма­териалов, применяемых в качестве 'сердечников трансформаторов.Таким образом, аморфные металлы как магнитномягкие мате­риалы весьма привлекательны.

Свойство высокой магнитной про­ницаемости аморфных металлов является наиболее очевидным ипервоначально именно этому свойству уделяли основное внимание.Например, можно сослаться на работу ![51] как одну из наиболееранних (1967 г.), где’ изучалось намагничивание переменным то­ком сплава Fe8oPi2 ,5 C7 ,5 . Здесь, однако, коэрцитивная сила соста­вила ~ 2 4 0 А/м, поэтому данный сплав трудно квалифицироватькак магнитномягкий материал. В более поздних исследованиях налентах из аморфных сплавов на основе железа, никеля и кобальта,полученных закалкой из жидкости, были определены характери­стики процесса статического намагничивания: в 1974 г.

на сплавеFe8oPi3 C7 [[52], и затем в 1975 г. на сплавах (Fe—N i)— Р— В [53].В этих материалах при индукции насыщения 1,0— 1,3 Тл коэрцитив­ная сила составила 8—0,8 А/м, поэтому они оказались перспектив­ными как магнитномягкие материалы. После этого в 1975—76 гг.еще лучшие характеристики получены на сплавах CojjoFesSiisBio[54—56] и CoFePB [57, 58], обладающих к тому же практическинулевой магнитострикцией. С тех пор исследования в этой обла­сти развиваются очень интенсивно (см.

гл. 10).5.4.1. Петля гистерезисаАморфные сплавы, изготовленные по .методу закалки ,из жид­кого состояния, как правило, представляют собой тонкие лентытолщиной 20—60 мкм и шириной от одного до нескольких десятковмиллиметров. При изучении процессов намагничивания таких лентможно пользоваться одним из способов, показанных на рис. 5.14.В первом способе используется цилиндрический соленоид, в кото­рый вставляется аморфная лента (диаметр соленоида составляет1—3 см, а длина его — около 15 см). Во втором способе лента,свернутая в спираль, помещается внутрь тороидальной обмотки.Наконец, в третьем способе из широкой ленты вырезаются кольца,которые также помещаются внутрь тороидальной обмотки.

Притаких схемах можно получить обычные петли гистерезиса в коор­динатах В—Н, при этом несмотря на малую толщину ленты полу­чается довольно высокая (чувствительность измерений.Протекание процесса намагничивания зависит от таких факто­ров, как форма образца, химический состав, способ изготовления,скорость закалки, термообработка, прокатка, степень растяжения134и т. д. Соответствующим обр-азом изменяются и характеристикикривых намагничивания. Рассмотрим, например, кривую намагни­чивания, полученную при наложении поля вдоль оси аморфнойРис.

5.14. Различные виды образцов и схемы измерения намаг­ниченности быстрозакаленных аморфных лент в слабых магнит­ных полях:а — прямая лента; б — тороидальный сердечник; в — кольцевойсердечник; 1 — аморфная лента; 2 — измерительнаяобмотка(возбуждения); 3 — компенсирующая обмотка; 4 — намагничи­вающая обмоткаленты Fe8oPi3 C7, закаленной на центрифуге (рис. 5.15). Анализэтой кривой позволяет сделать следующее заключение:1) в области слабых магнитных полей образуется петля гисте­резиса, в сильных магнитных полях происходит насыщение, намаг­ничивание аморфной ленты происходит так же, как и кристалличе­ских ферромагнетиков, что обусловлено тем, что намагничиваниев обоих случаях происходит путем легко достижимого смещенияграниц доменов и обратимого вращения вектора спонтанной на­магниченности Ms\Н,79,6А/м2) коэрцитивная сила имеетвеличину ~ 8 А /м , что соответ­ствует средним значениям коэр­цитивной силы для магнитно-мяг­ких материалов;3) для насыщения необходи­мы сильные магнитные поля, приэтом коэрцитивная сила дости­гает значений в тысячу раз мень­ших этих полей, остаточная на­магниченность мала;4) с увеличением напряжен­Н,79,6ммности магнитного поля намагни­Рис.

5.15. Криваянамагниченностиченность изменяется прерывистоаморфной ленты из сплава F e— 13Р—(скачки Баркгаузена).7С после закалки иа центрифугу [52]135Ранее предполагалось, что поскольку аморфные сплавы имеютизотропную и однородную в магнитном отношении структуру, онидолжны легко намагничиваться.

Подтверждением этому можетслужить то,' что коэрцитивная сила не превышает 8 А/м. Однаковидно, что аморфные ферромагнетики, согласно 3 и 4, могут про­являть анизотропию при намагничивании, т. е. доменные стенкипри своем перемещении преодолевают потенциальный барьер.

Этоуказывает на то, что аморфные металлические ленты не всегданаходятся в идеально однородном магнитном состоянии. Магнит­ная анизотропия аморфных сплавов как следствие неоднородностиих магнитного состояния, хотя полностью не разрушается при тер­мообработке, но все же, за счет дротекания процессов структурнойрелаксации значительно уменьшается, вследствие чего аморфныесплавы .становятся гораздо более магнитномягкими. Возможностьулучшения магнитных свойств аморфных сплавов является сейчасстимулом для разработки новых химических составов, совершенст­вования способов изготовления и режимов термической обработки.При этом сам поиск оптимальных составов и режимов улучшениямагнитных свойств способствует в конечном итоге лучшему пони­манию физики процессов намагничивания аморфных ферромагне­тиков.5.4.2.

Д ом енная структураДля более полного понимания процесса намагничивания и при­чин появления гистерезиса в аморфных ферромагнетиках (рис.5.15) необходимо рассмотреть их доменную структуру. На рис.5.16 показана структура аморфной ленты из сплава FesoPisC?. Вработе [59] установили связь между такой доменной структуройи особенностями кривой намагничивания. Основные выводы, сде­ланные в [59], следующие.Рис. 5.16.

Доменная структураобразца, кривая намагничива­ния которого приведенанарис. 5.15. (в состоянии остаточ­ной иамагничеииости) [59, 60],Данные получены методом Биттера121. На концах ленты часто наблюдается характерный узор, ори­ентированный вдоль оси ленты. Этот узор соответствует образова­нию доменов, разделенных 180°-ными границами (коэрцитивнаясила составляет ~ 8 А/м); в слабых магнитных полях эти границыперемещаются параллельно оси ленты. Образование петли гисте­резиса происходит, когда возможно перемещение этих 180°-ныхдоменных границ.2. Наблюдаются длинные извилистые линии, проходящие от136концов ленты к ее центральной части, которые изгибаются и пере­секают ось ленты. С наличием этих линий связаны, вероятно,большие значения коэрцитивной силы (800 А/м и выше).

Не ясен,однако, характер перемещения этих линий в центральной частиленты. Тем не менее, отсюда следует, что. в центральных частяхленты контролирующим фактором является вращение вектора на­магниченности.3.Наблюдаются причудливо изгибающиеся 180°-ные границыдоменов, окружающие тонкие зигзагообразные (лабиринтные)группы доменов. На рис. 5.17 видно, что такая структура стремит­ся к расширению. В отсутствии магнитного поля (рис. 5.17, а)структура выражена нечетко, но с увеличением напряженностимагнитного поля доменные стенки перемещаются в плоскости лен­ты перпендикулярно направлению поля и лабиринтная структурастановится более отчетливой (рис. 5.17 6 и в).

При перемене на-Рис. 5.17. Увеличенное изображение доменной структуры, показанной на ,рис. 5.16 [59]:а — в состоянии остаточной намагниченности; б — в магнитном поле,перпендикулярном плоскости ленты; в — в магнитном поле, антипараллёльном магнитному полю на рис. 5.17,6правления магнитного поля узор лабиринтной структуры также из­меняется, -при этом белые участки становятся черными, и -наоборот,При сильном магнитном поле лабиринтная структура исчезает[59] .

Предполагают, что такая лабиринтная структура отражаетобразование основных доменов1. Простейшая схема основных до­менов приведена на рис. 5.18. Приложение сильного магнитногополя вдоль оси ленты приводит к вращению векторов Мя основныхдоменов и к исчезновению лабиринтной доменной структуры. Кри­тическое поле для такого вращения составляет (8-М 2) 103 А/м,что практически соответствует насыщению кривой намагничиванияна рис.

Характеристики

Список файлов книги