15.3. Магнитно-твердые материалы

Основные требования к магнитнотвердым материалам.

Магнитно-твердые материалы используют для изготовления постоянных магнитов. Они намагничиваются в сильных полях имеют большие потери при перемагничивании, остаточную индукцию и коэрцитивную силу

Важной характеристикой магнитнотвердых материалов является максимальная удельная магнитная мощность , которая в лучших материалах достигает значений Удельная магнитная мощность при размагничивании изменяется от 0 до как это показано на рис. 15.16, и соответствует половине произведения определенных на кривой размагничивания значений индукции и напряженности Более выпуклая форма кривой

Рис. 15.16. Изменение магнитной индукции В и удельной магнитной мощности при размагничивании магнитно-твердого материала

ТАБЛИЦА 15.9. Значения однодоменных кристаллов для различных видов анизотропии

размагничивания соответствует большей магнитной мощности.

Размагничивание связано с теми же процессами, что и намагничивание: смещением доменной стенки и вращением векторов намагничивания. Необратимость этих процессов приводит к несовпадению кривых намагничивания и размагничивания, а при перемагничивании к появлению петли гистерезиса. Существующие теории необратимость процессов намагничивания связывают либо со смещением доменной стенки, либо с вращением векторов. В последнем случае даются количественные закономерности, определяющие При различном химическом составе и структурном состоянии материала доля участия каждого из этих двух процессов различна, но для большинства магнитно-твердых материалов основным процессом при размагничивании, видимо, является процесс вращения векторов намагничивания, который и определяет величины и

Для однодоменных кристаллов размагничивание идет только в результате вращения векторов намагничивания.

Размер однодоменных кристаллов определяется формой кристалла, параметром кристаллической решетки и магнитными характеристиками (точкой Кюри 0, константой анизотропии К и намагниченностью насыщения Для железа диаметр однодоменного кристалла равен 0,05 мкм.

Для однодоменных частиц значения определяются различными видами анизотропии (табл. 15.9). Значения зависят от константы кристаллографической анизотропии К и намагниченности насыщения Наибольшее значение К и среди рассматриваемых металлов имеет кобальт, а наименьшее - никель, поэтому кобальт используется в большинстве магнитно-твердых материалов.

Влияние анизотропии формы на велико для всех ферромагнетиков, и оно более сильное, чем влияние остальных видов анизотропии. Анизотропия формы вызывает появление размагничивающего поля так как магнитная система не замкнута (рис. 15.17). Такое противоположно направленное поле уменьшает намагничивающее поле и тем самым увеличивает Величина анизотропна, а поэтому для однодоменного неравноосного кристалла значение зависит от отношения осей кристалла (рис. 15.18).

Рис. 15.17. Размагничивающее поле однодоменного неравноосного кристалла

Рис. 15.18. Влияние анизотропии на порошка железа неравноосной формы

Магнитно-упругая анизотропия проявляется при возникновении неоднородных внутренних напряжений вследствие магнитострикции или приложения внешних сил. Наибольший вклад этот вид анизотропии дает в значение для никеля, который имеет большое значение (см. с. 318).

Сумма всех перечисленных составляющих и определяет значение однодоменного неравноосного кристалла.

Необратимые процессы врашения векторов намагничивания определяют тонких пленок и многих многофазных сплавов. Тонкие пленки толщиной мкм однодоменны и магнитоанизотропны. При толщинах, близких к 30 мкм, в пленках появляется полосовая доменная структура (рис. 15.19). Длинные домены намагничиваются во взаимно противоположных направлениях и вращаются всей системой полос под действием внешнего поля. Это свойство используют в информационных устройствах.

Большие значения имеют многофазные сплавы со структурой однодоменных неравноосных ферромагнитных включений в немагнитной основной фазе. В таких сплавах размагничивание идет в результате вращения векторов намагничивания ферромагнитных включений.

В сплавах с ферромагнитной основной фазой и неферромагнитными включениями размагничивание может развиваться путем смещения доменной стенки. В таком случае значение коэрцитивной силы определяется константой кристаллографической анизотропии К ферромагнитной основы, объемом неферромагнитных включений и величиной Коэрцитивная сила имеет максимальное значение, если диаметр неферромагнитных включений соизмерим с шириной доменной стенки 8 (для железа ).

Все описанное позволяет сформулировать требования к составу и структуре магнитно-твердых материалов. Преимущественное применение имеют сплавы, а не чистые металлы. Можно использовать однофазные сплавы с однодоменной неравноосной формой кристаллов либо многофазные сплавы с различной магнитностью основы и включений. Для ферромагнитных включений желательна однодоменная неравноосная форма кристаллов; для неферромагнитных включений важны их количество и размер; ферромагнитная основа должна иметь различного рода искажения: структура - предпочтительно неравновесный пересыщенный твердый раствор внедрения; желательны остаточные внутренние напряжения. Перечисленные условия обеспечивают высокие значения

Свойства магнитно-твердых материалов оценивают стабильностью в условиях длительной эксплуатации при возможных колебаниях температуры. Нестабильность свойств может вызываться структурными изменениями (структурное старение), а также ударами и вибрацией (магнитное старение). В последнем случае свойства легко

Рис. 15.19. Полосовая доменная структура в тонких пленках

Рис. 15.20. Ориентация вторичных фаз в сплавах Fe - Ni - Al: охлаждение при закалке без поля (а) и в магнитном поле (б)

восстанавливаются повторным намагничиванием. Структурная нестабильность при нагреве ограничивает применение магнитно-твердых материалов с неравновесной структурой.

Свойства магнитно-твердого материала определяют на образцах-кольцах. Полученные значения и ытах предельные, так как при иной форме магнита на незамкнутых концах возникает размагничивающее поле и свойства будут занижены.

Магнитно-твердые материалы для постоянных магнитов классифицируют по способу изготовления на литые, порошковые, деформируемые.