Процессы перемагничивания быстрозакаленных сплавов высокоанизотропных редкоземельных магнетиков Манаков, Николай Александрович

Введение к работе

Актуальность томч. На ссчг;э данной ятапо пррспоктиаы развития кагнитно-твзрдых материале!) з зна-п-їтельної! сгепэн;? связаны с ноеоП'ли'/и тзхнологнями (мгснапіі зпка.тчп из паротюй фазу п гадкого состояния и обуслозлэнн успехам в изучении эакоио-нэрностей форгарованлп структуры и !.гігнитн;іх с:;о"стт б'.'стро-закалонних еллавоч ІБоС). Экстремально пысо^гш:> скорости охлаждения при заїаерДі?в"Кі:н сплавов привод те к ітзг-гзяьчекг.а микроструктуры, іїзк'йнум'лто кокцентрошюшя-я: т'ркшц областей разного фазового состава, появления ноги/ гтгпстабл.чьниг оаз, образование больиг-;?г ?л?.;:ро- :і т.т.кропг.прЕясниГІ, что п определяет шогосбразие птсторсзчсішх авсПсте БОС.

Для зффэкткгнего испельгеваиня потенциальны:: зоз?.'~;-нос-тей КС необходимо создайте нэлостмоЯ оистс-у предстаза-снмй о природе их гистэрэзиаж овоПзтз. Решение зтаі проб'лзгп сдер-"льэетсл рчдок факторов, сред.' потерях з тзрзую зчзрец;-. следует откатить:

1. Отсутствие кзігой-лнбо хлдесіфікапчп В2С.

2. Сложность екяддэиня г.г^сакнэш контсолігрттг'его гроцзес перенагничиванип высскогсоэрц\1Ткг.них ЕЗС.

3. Слабо развитие теоретические основи гшолиза провесов порзмагничквания дисперсних сплавов высокоанизотропиик ;.<згнз~

ТКИОП.

4. Попытки объяснения гистерззкеных свойств БЗО a pawtas
традиционных представлений, развитых для епэченш;:: it порошко
вых магнитных :-атериалон.

Рётзнио указанной выпв проблема возі/тано а результата скстзютического сравшггзльного исследования быстрооакпяеяннх сплавов внеоковнизотропннх и гасоко!.агнитостр:ікцношшх гагнэ-тпков типа $n\to₅ , Рс/_лРг,_к8 и ТЬГе_г , полученных в различии^ условиях. Чз1.*у и посвящена наетопзпя работа.

Цель работы. Изучений основных эаяонЬмэрностэЙ формирования гістерезисних свойств и зысокояоэрцктивного состояния быетрозакаленньте спяазоз рэдяоземэльных гагнэтиксп.

Основний -іддаод:

ї. Иесл'здзваиш связи магнитных свойств, структуры и ус-

- 4 -ловий получения БЭС.

2. Развитие модельных представлений для анализа гистере-зисных свойств дисперсных сплавов высокоанизотропных магнетиков.

3. Анализ процессов перемагничивания и классификация БЗС.

4. Выявление и систематизация основных факторов определявших высококоэрцитивное состояние дисперсных сплавов.

Тематика диссертации входила составной частью в программы научно-исследовательских работ Иркутского государственного педагогического института по темам: "Магнитные, гальваномагнитные свойства и кристаллическая структура пленок редкоземельных металлов и их сплавов (ГР № 7І0І0273 в І97І-ІС80Г. г.), "Физика магнитоупорядоченных сплавов редкоземельных и 3с/-металлов" (ГР » 8І093434 в І98І-І985гг.), "Основные физические свойства аморфно-кристаллических магнитных материалов" (ГР № 01.86.0032724 в 198'5-1990гг.), " Получение и исследование новых магнитных материалов для микроэлектроники" (ГР » 01.91.0056397 в 1991-1993гг.), которые выполнялись в соответствии с планом важнейших НИР Министерства народного образования РФ и Координационным планом НИР РАН по комплексной проблеме "Физика твердого тела".

Научная новизна работы обусловлена тем, что впервые проведено широкое сравнительное исследование гистерезисных свойств БЗС высокоанизотропных редкоземельных' магнетиков, позволившее:

классифицировать указанные сплавы в зависимости от степени дисперсности;

сформулировать экспериментальные критерии для выявления основного механизма их перемагничивания;

систематизировать факторы, определяющие их высококоэрцитивное состояние в зависимости от механизма перемагничивания.

Впервые быстрой закалкой из жидкого состояния получены сплавы $m-Ft с рекордно высокими для сплавов на основе железа значениями коэрцитивной силы до 4 МА/м при 293К

- 5 -и < 8 МА/м при 4,2К. Обнаружено образование в БЗС новых ме-тастабильных фаз $ги₂Ге_ги ГПУ - Зс* . Установлено, что высококоэрцитивное состояние БЗС обусловлено оптимальным размером кристаллитов основной фазы Sm ft 2 (0,I f 0,3 мкм), высоким уровнем микронапряжений ( " 10 нЛг) и магнитнонеод-нородной микроструктурой.

Впервые показана определяющая роль внутренних макронал-ряжений в формировании шгнитной анизотропии и гистерезисных свойств поликристаллических пленок Ri-'ег t $ ^г S.h,T7i, i)y, Er- ). Зафиксировано анизотропное изменение параметра решетки интерметаллидов Я Ге ₂ (до 2%). Наблюдалось.ьрашение пленок в изменяющемся по величине магнитном поле, завистнее от магнитной предыстории образца. Установлено, что магнитная анизотропия типа "конус осей легкого намагничивания" в пленках

fiFe₂ обусловлена градиентом термических и структурных макронапряжений по толшине образцов.

Впервые детально изучены процессы перемагничивания структурно изотропных нанокристаллических и субмикрокристаллических сплавов высокоанизотропннх магнетиков.

Сделан вывод о перемагничивании субмикрокристаллических сплавов неоднородным вращением намагниченности кристаллитоэ. С помощью теоретического анализа микромзгнитного поведения неоднородных квазиоднодоменных частиц со слабоанизотропным повергчостным слоем дано объяснение экспериментально наблюдаемым значениям параметров гистерезиса этих сплавов.

Выявлен сложный микромагнитный характер перемагничивания нанокристаллических сплавов. Проведено моделирование процесса перемагничивания многослойной стохастической системы, позволившее теоретически обосновать основные особенности гистерезиса этих сплавов:

зависимость' начальной магнитной восприимчивости и хода кривых намагничивания от способа размагничивания;

образование "доменов обданного взаимодействия" - областей с квазиоднородным распределением намагниченности, включающих большие группы кристаллитов;

немонотонную зависимость остаточной намагниченности от степени дисперсности с аномально высоким максимумом;

резкое падение коэрцитивной силы с уменьшением раз-

-6-.

uepa кристаллитов.

Практическая значимость проведенных исследований определяется расширением оо'ших представлений о процессах перемагни-чивания магнитно-твердых материалов. Они закладывают методические основы анализа природы высококоэрцитивного состояния БЗС.

Изучение закономерностей формирования неравновесной структуры БЗС й_и Fe_cr позволило получить сплавы $т-& с гигантской коэрцитивной силой. Предложен способ изготовления высококоэрцитивных сплавов железа с редкоземельными металлами (РЗМ) путем быстрой закалки из жидкого состояния (А.с. & 857277).

В результате исследования природы внутренних напряжений и их влияния на магнитную анизотропию и гистерсзисные свойства пленок Rfii , разработан способ получения высококоэрцитивных пленок ть-fe с перпендикулярной магнитной анизотропией.

С достаточной степеньп надежности подтверждено существование высокотемпературной гексагональной модификации 2.«, &,_т с упорядочением по типу ТІі_гЬ'чт (зарегистрировано 46 дифракционных линий из 52, рассчитанных теоретически; ая0,8375 нм; с=0,8165 нм). Рентгенографические данные по гексагональной модификации $,л_гЬ_1г включены в Международную

ПОрОШКОВУЧ Картотеку ( РепЖг diffract t t.t /JCPOs/ ) изученным и практически важным интерметаллическим

СОСДИНе'ИИЯМ Яї'о,т , /UW-, flj<-'_r , /?Г«з , fifl _г ,

(\ift,₄e . lh главное шимэниэ было уделено составам: і»их&„, f"nfs_s , Prl'c_s , Gel Cc^ , 3,_и ft і , ТЬГе_л ,

Образцы в пяле пленок и фрагментов фольг различной тол яини представляли аморфные, аморфно-кристаллические и кристаллические: сплавы. Для их изготовления использовались ва-

noe напыление, ионно-плг-з;/."лшоэ распыление, закалка на рхности врашахишгосл л чека н прокатка распл?ЕО в атлосфз-.ргона.

D качестве основних технологических параметров испокьзо-їсь температура подлокки при ссаядении пленок ^Т ), ско-?ь охлакдения расплаза ( v ) _и температура отлига (Т _m.). і чи на V* регулировалась скоростью вращения диска или вал-

а оценивалась по толщине фольг. Варьирование указанных іматров позволяло п кироких пределах изменять дисперсность юструктура получаемых сплавов. Все ВЗС условно можно раз-> на 5 групп: I) аморфные, 2) нанскристалли¹ }сккэ, 3) суб-юнристаллические, 4) микрокристаллические и 5) мзлкокрис-іііческие.