Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов Скулкина Надежда Александровна

Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов
<
Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Скулкина Надежда Александровна. Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.11 / Скулкина Надежда Александровна; [Место защиты: Ур. гос. ун-т им. А.М. Горького].- Екатеринбург, 2007.- 372 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-1/51

Содержание к диссертации

Введение

1. Методические основы исследования комплекса магнитных свойств магнитомягких материалов .

Заключение к главе 1

2. Влияние основных констант материала (намагниченности насыщения, констант магнитострикции и магнитной кристаллографической анизотропии, удельного электросопротивления) на распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических материалов .

Заключение к главе 2

3. Магнитные свойства и распределение намагниченности (магнитная текстура) текстурованных электротехнических материалов .

Заключение к главе 3. 126

4. Магнитные свойства аморфных магнитомягких сплавов . 127

Заключение к главе 4 274

5. Влияние электроизоляционных покрытий на магнитные свойства магпитомягких 279 материалов

Заключение к главе 5 333

Заключение и основные выводы 335

Литература 346

Введение к работе

Актуальность темы исследования.

В настоящее время магнетизм представляет собой широкую научную область, а магнитные материалы нашли разнообразное практическое применение [1]. Совокупность магнитных материалов подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Магнитомягкие материалы используют, в основном, в электротехнике. Трансформаторные и динамные стали применяют в качестве сердечников магнитопроводов в трансформаторах, электрогенераторах и моторах, дросселях и накопителях. Кроме магнитной проницаемости и коэрцитивной силы к числу наиболее важных характеристик магнитомягких материалов относятся удельные магнитные потери, поскольку такие материалы чаще всего используют в переменных магнитных полях. Высокий уровень магнитных свойств магнитомягких материалов достигается в результате уменьшения энергии магнитной кристаллографической анизотропии и магнитоупругой энергии, а также за счет повышения их чистоты и однородности. К материалам, обладающим высокой проницаемостью, относятся пермаллои (сплавы Fe-Ni). Их преимуществом является хорошая технологичность, что позволяет получить ленты толщиной до 0,5 мкм и расширить частотный диапазон их применения. Технология закалки из расплава помогает решить проблему производства лент и проволок на основе трудно деформируемых сплавов, а также получать ленты магнитомягких сплавов с аморфной структурой на основе Fe, Co и Ni, содержащих около 20 ат. % металлоида. Особенности химического состава и структуры аморфных магнитомягких сплавов приводят к формированию уникального сочетания магнитных, электрических, механических свойств и существенно расширяют номенклатуру магнитомягких материалов. При использовании магнитомягких материалов в фильтрах, стабилизаторах частоты и других устройствах большое значение имеет температурная стабильность магнитных свойств.

Ферритовые и металлические магнитострикционные материалы применяются для изготовления магнитострикционных преобразователей. Для магнитострикционных излучателей звука большое значение имеет величина магнитострикции насыщения, которая определяет предельную мощность в условиях нагрузки. Наиболее распространенными металлическими магнитострикционными материалами являются никель и сплавы на его основе, а также железокобальтовые и железоалюминиевые сплавы. Формирование кристаллографической текстуры оказывает существенное влияние на уровень магнитных свойств.

Магнитные свойства магнитомягких материалов зависят также от вида доменной структуры, ширины доменов, типа доменных границ, участвующих в процессах намагничивания и перемагничивания материала, их степени стабилизации, следовательно, и скорости движения доменных границ [2-5]. Определенные физические воздействия могут приводить к изменению кристаллической структуры образцов и к изменению их доменной структуры. Амплитудные и фазовые изгибы доменных границ в процессе перемагничивания и дробление доменной структуры с ростом частоты приводят к изменению скорости движения границ доменов и оказывают влияние на динамические характеристики и уровень удельных магнитных потерь [6-9]. Наиболее достоверную модель внутренней доменной структуры непрозрачного материала можно построить на основании совместных исследований вида поверхностной доменной структуры и измерения магнитострикции.

Развитие отраслей промышленности, которые используют магнитомягкие материалы, требует совершенствования наукоемких технологий. Улучшение свойств магнитомягких материалов, создание новых перспективных материалов с заданными свойствами невозможно без изучения физики процессов, протекающих при их намагничивании и перемагничивании. Изучение влияния различных процессов и факторов на магнитные свойства лежит в основе сознательного подхода к формированию требуемого уровня магнитных свойств. Кроме того, решение обозначенных выше вопросов вносит весомый вклад в развитие науки, поэтому интересно и с научной точки зрения. Следовательно, тема настоящих исследований является актуальной.

В основу проведенных исследований для широкого класса ферромагнитных магнитомягких материалов (кристаллических, нанокристаллических и аморфных) заложены измерения комплекса магнитных свойств, таких как удельные магнитные потери, в широком диапазоне частот, индукций и температур, квазистатические кривые намагничивания и петли магнитного гистерезиса, кривые магнитострикции.

К моменту начала настоящих исследований (семидесятые годы прошлого века) изучение причин преобладания экспериментально измеренных значений удельных магнитных потерь в динамическом режиме перемагничивания над теоретически рассчитанными без учета доменной структуры материала проводили по двум направлениям. Первая группа ученых на основе только вихретокового механизма занималась исследованием влияния скорости движения доменных границ на удельные магнитные потери в металлических магнитомягких материалах. Проведены теоретические расчеты удельных магнитных потерь с учетом влияния амплитудных и фазовых изгибов доменных границ и для комнатной температуры получено удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными [7-10]. Другая группа исследователей занималась выявлением физических процессов, способствующих превращению энергии электромагнитного поля во внутреннюю энергию (механизмов магнитных потерь). Кроме макро- и микровихревых токов выявлены следующие механизмы: спин-спиновая релаксация, магнитострикционная деформация в движущихся доменных стенках, внутриграничные возбуждения, магнитоупругое взаимодействие доменных границ с дефектами кристаллической решетки [11-15].

Вклад различных механизмов в удельные магнитные потери при одних и тех же условиях перемагничивания осуществляется одновременно, а отсутствие комплексных систематических исследований магнитных свойств широкого класса электротехнических материалов не позволяло сделать выводы о возможном вкладе того или иного механизма в удельные магнитные потери или преобладании некоторых из них. Кроме того, изменение температуры приводит к нарушению соответствия теоретически рассчитанных и экспериментально измеренных значений удельных магнитных потерь. Таким образом, модельные представления, на основе которых проводили теоретические расчеты удельных магнитных потерь, объясняют экспериментально наблюдаемые зависимости лишь качественно.

Сложность реального характера движения доменных границ в процессе намагничивания и перемагничивания не дает возможности получения удовлетворительного соответствия с экспериментально измеренными значениями, поскольку учитываются не все факторы, приводящие к изменению скорости движения доменных границ, и не анализируется возможное перераспределение намагниченности в образцах. Существенным недостатком является также и то, что все расчеты проведены для одних и тех же условий: при комнатной температуре, что не позволяет отделить влияние констант материала от изменения условий перемагничивания.

Аморфные магнитные материалы являются сравнительно новым классом магнитных материалов. Они существенно отличаются от кристаллических своей структурой, физическими и магнитными свойствами. В связи с отсутствием атомного упорядочения существенно снижается роль магнитной кристаллографической анизотропии, более ярким становится проявление роли магнитоупругой энергии в формировании уровня магнитных свойств [16]. Сравнительно меньшая плотность аморфных сплавов обеспечивает возможность протекания в них диффузионных процессов уже при комнатных температурах. Эти сплавы достаточно перспективны для применения их в промышленности, особенно при высоких частотах. Аморфные магнитные материалы являются интересным объектом для исследований с научной и практической точек зрения. Оптимизация уровня их физических свойств невозможна без понимания механизмов протекающих в них процессов.

По сравнению с кристаллическими материалами для аморфных сплавов с достаточно высокой степенью вероятности нельзя построить конкретную модель доменной структуры и из-за того, что они обладают низкой анизотропией, и их доменная структура не является сквозной. Вид поверхностной доменной структуры чувствителен к химически активным средам. Тензометрический метод измерения кривых магнитострикции не позволяет получить достоверную информацию о процессах намагничивания и распределении намагниченности в ленте, поскольку напряжения, индуцируемые пленкой клея, приводят к перераспределению намагниченности в ленте. Таким образом, в связи со слабо выраженной кристаллографической анизотропией в быстрозакаленных магнитомягких сплавах, их высокой чувствительностью к напряжениям и химически активным средам, отсутствуют методики, позволяющие достаточно быстро и надежно определять распределение намагниченности в этих сплавах. Знание этого фактора способствует пониманию особенностей протекания процессов намагничивания и перемагничивания в исследуемых материалах.

Магнитные свойства ленты аморфного магнитомягкого сплава зависят от структурного состояния ее поверхностного слоя и матрицы. Обычные методы рентгеноструктурного анализа неприменимы в этом случае. Модифицированный метод рентгенодифрактометрических исследований структуры приповерхностных слоев в параллельных скользящих лучах является достаточно трудоемким.

В закаленном состоянии аморфные ленты обладают сравнительно низкими свойствами из-за достаточно высокого уровня внутренних напряжений, обусловленных процессом закалки. Улучшение магнитных свойств аморфных лент после проведения термо- и термомагнитных обработок достигается, как правило, за счет снижения уровня внутренних закалочных напряжений. До настоящих исследований считали, что именно снижение внутренних напряжений является основной и практически единственной причиной улучшения магнитных свойств в результате термообработки. Сложность проведения и воспроизведения термических обработок применительно к лентам аморфных магнитомягких сплавов заключается в необходимости контроля нескольких параметров, например, таких как оптимальная температура отжига и длительность выдержки при этой температуре, скорость нагрева и охлаждения, атмосфера отжига и т. п. Тем не менее, высокую неоднородность уровня магнитных свойств образцов аморфной ленты после отжига, проведенного одновременно, и, следовательно, в одинаковых условиях, невозможно объяснить учетом лишь этой причины. Считается, что проведение термической обработки лент аморфных сплавов на воздухе не должно приводить к окислению поверхности из-за низких температур изотермической выдержки. Оптимизация уровня магнитных свойств ленты с помощью термической обработки невозможна без понимания физических причин их изменения. Важную роль в понимании особенностей протекания процессов намагничивания и перемагничивания в лентах аморфных магнитомягких сплавов играет установление взаимосвязи распределения намагниченности в ленте с магнитными характеристиками. Эффективность термической обработки также связана с распределением намагниченности в ленте.

Уровень магнитных свойств ленты аморфного магнитомягкого сплава зависит также и от ее структуры, которая, в свою очередь, связана со структурой расплава. Из литературы известно, что увеличение температуры расплава приводит к улучшению его однородности. При этом повышается степень однородности структуры и аморфной ленты [17]. Термовременная обработка расплава перед аморфизацией (ТВО) заключается в нагреве расплава до критической температуры и выдержке перед разливкой при минимально допустимых температурах. Отмечается, что в результате этого уменьшается содержание газов в металле, происходит упрочнение ленты, исчезает зависимость магнитной индукции от толщины ленты в интервале толщин (10-30) мкм и снижается анизотропия свойств. Тем не менее, отсутствуют систематические исследования взаимосвязи степени однородности расплава с распределением намагниченности и комплексом магнитных свойств ленты.

Вследствие пониженной плотности аморфных сплавов и высокой химической активности их поверхности даже окружающая атмосфера может являться химически активной средой для этих материалов. Взаимодействие поверхности ленты с химически активными средами приводит к изменению химсостава ее поверхностного слоя, что, в свою очередь, оказывает влияние на уровень магнитных свойств и распределение намагниченности в ленте. Насыщение лент аморфных сплавов водородом приводит к существенному изменению свойств материала. Известно, что водород легко диффундирует как в кристаллических, так и в аморфных сплавах и, следовательно, оказывает влияние на свойства материалов, зависящие от диффузии [18-20]. Изучение этих вопросов также интересно и с научной, и с практической точек зрения.

С целью устранения гальванического контакта и уменьшения магнитных потерь на макровихревые токи в сердечниках из листового материала применяют электроизоляционные покрытия. В литературе показано, что электроизоляционные покрытия являются магнитоактивными, т.е. создают плоские направленные напряжения, способствующие дроблению доменной структуры и снижению скорости движения доменных границ, следовательно, и удельных магнитных потерь [4]. Взаимодействие покрытия с поверхностью листа связывается с адгезией, т.е. действием межмолекулярных сил. Индуцирование покрытием плоских растягивающих напряжений объясняется различием коэффициентов термического расширения покрытия и металла, а псевдоодноосное растяжение вдоль оси текстуры – анизотропией модулей упругости. Применение лент аморфных магнитомягких сплавов в качестве магнитопроводов, работающих в области высоких частот, предполагает формирование электроизоляционных покрытий на их поверхности. Разработанные составы покрытий для лент аморфных магнитомягких сплавов не дают устойчивого эффекта. Кроме того, формируемые на поверхности ленты покрытия тоже являются магнитоактивными и создают плоские псевоодноосные напряжения, причина которых неизвестна, поскольку в них практически отсутствует анизотропия модулей упругости. Выяснение характера взаимодействия покрытия с поверхностью ленты позволит понять причины влияния электроизоляционных покрытий на магнитные свойства аморфных сплавов, оптимизировать это воздействие и получить устойчивый эффект. Поэтому вопрос, касающийся выяснения физических причин влияния электроизоляционных покрытий, является достаточно важным. Использование листовых электротехнических материалов с электроизоляционным покрытием в магнитострикционных преобразователях и других аналогичных устройствах предъявляет совершенно иные требования к покрытиям: они не должны снижать магнитострикцию насыщения. Следовательно, спектр используемых электроизоляционных покрытий должен быть существенно расширен.

Решение этих вопросов требует проведения систематических исследований комплекса магнитных свойств, включающего в себя зависимость магнитных потерь от индукции и частоты при разных температурах для широкого класса магнитомягких материалов.

Основные цели и задачи исследований.

В соответствии с вышеизложенным, целью настоящей работы является выявление роли распределения намагниченности в формировании уровня магнитных свойств кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

    1. Определение потенциального вклада известных механизмов в удельные магнитные потери и выявление механизмов, наиболее вероятных для электротехнических материалов.

    2. Установление влияния распределения намагниченности (магнитной текстуры) на магнитные свойства электротехнических материалов и их температурное изменение для аморфных, нанокристаллических, моно- и поликристаллических текстурованных электротехнических материалов.

    3. Применительно к быстрозакаленным магнитомягким сплавам разработка методов определения

      • распределения намагниченности в лентах;

      • достижения оптимальной толщины поверхностного аморфно-кристаллического слоя;

      • оптимальных параметров термической обработки.

    4. Выявление физических причин влияния термической обработки на магнитные свойства лент аморфных магнитомягких сплавов.

    5. Установление связи распределения намагниченности и магнитных свойств с особенностями структурного состояния лент быстрозакаленных магнитомягких сплавов. Выявление а) физических причин влияния состояния поверхностного слоя ленты на распределение намагниченности и уровень магнитных свойств аморфной матрицы; б) физических причин воздействия электроизоляционных покрытий на магнитные свойства аморфных магнитомягких сплавов.

    Решение поставленных задач достигается с помощью:

    1. Проведения систематического исследования магнитных свойств кристаллографически изотропных электротехнических материалов при вариации удельного электросопротивления, констант магнитострикции и магнитной кристаллографической анизотропии.

    2. Исследования комплекса магнитных свойств при изменении условий перемагничивания аморфных, нанокристаллических, моно- и поликристаллических образцов, анизотропное распределение намагниченности в которых существует на базе кристаллографической текстуры или создается с помощью различных физических воздействий.

    3. Проведения исследований, позволяющих

    с помощью изучения мессбауэровских спектров установить однозначную связь распределения намагниченности в ленте с ее магнитными характеристиками;

    на основе результатов, полученных с помощью модифицированного метода рентгеновской дифракции для исследования структуры приповерхностных слоев в параллельных скользящих лучах выявить структурочувствительную характеристику и ее зависимость от толщины поверхностного аморфно-кристаллического слоя, позволяющую установить достижение его оптимальной толщины в процессе отжига;

    установить связь эффективности термической обработки с уровнем магнитных свойств ленты в исходном (закаленном) состоянии.

    1. Исследования влияния среды отжига и распределения намагниченности в лентах аморфных магнитомягких сплавов на эффективность термической обработки.

    2. Изучения

    а) связи структурного состояния матрицы и поверхности лент быстрозакаленных сплавов, изменение которых происходит в результате различных физических воздействий (термовременной обработки расплава перед аморфизацией, термической, термомагнитной, локальной лазерной обработок, электролитического насыщения поверхности ленты водородом и кислородом, взаимодействия с химически активной средой), с распределением намагниченности и магнитными свойствами лент быстрозакаленных магнитомягких сплавов;

    б) влияния электроизоляционных покрытий различной морфологии на магнитные свойства магнитомягких электротехнических материалов; разработки покрытий и способов их формирования, не снижающих магнитострикцию насыщения магнитострикционных материалов.

    В работе получены и выносятся на защиту следующие новые научные и практически значимые результаты:

    - Установлена взаимосвязь распределения намагниченности с магнитными свойствами аморфных, нанокристаллических, моно- и поликристаллических текстурованных электротехнических материалов и их температурным изменением.

    - На основе совместных исследований магнитных свойств и мессбауэровских спектров разработан экспресс-метод определения распределения намагниченности (магнитных фаз) в объеме лент аморфных магнитомягких сплавов, позволивший установить взаимосвязь распределения намагниченности с уровнем магнитных свойств.

    - Впервые обнаружено аномальное увеличение магнитных потерь за цикл перемагничивания в области низких частот и выявлены основные физические причины формирования низкочастотной аномалии магнитных потерь. Экспериментально доказано, что пик, наблюдаемый при частотах 20-40 Гц, формируется при участии смещения 90-градусных доменных границ в процессе перемагничивания, имеет сложную мультиплетную структуру и удовлетворительно объясняется релаксацией в процессе перемагничивания осей разных типов пар элементов (например, Si-B, C-B, B-B и т.п.).

    - Выявлены физические причины влияния термической обработки на воздухе на магнитные свойства лент аморфных магнитомягких сплавов. Показано, что кроме снятия индуцированных закалкой внутренних напряжений существенное влияние на уровень магнитных свойств оказывают влияние псевдоодноосные плоские напряжения, обусловленные анизотропным насыщением ленты водородом и кислородом из-за взаимодействия ее поверхности с находящимися в воздухе водяными парами и связанной с этим анизотропной кристаллизацией ее поверхности.

    - Выявлены физические причины взаимодействия поверхности ленты с различными химически активными средами. Показано, что в результате химического взаимодействия индуцируются псевдоодноосные напряжения, связанные с распределением намагниченности в исходном состоянии и обусловленные анизотропным внедрением атомов различных элементов в поверхностный слой ленты, которые вызывают перераспределение намагниченности в ленте и соответствующее изменение магнитных свойств; взаимодействие поверхности ленты с атмосферой обусловлено действием дисперсионных сил (физической адсорбцией) и тоже приводит к перераспределению намагниченности в ленте за счет псевдоодноосных напряжений, обусловленных анизотропным расположением адсорбата. Выявлен механизм влияния электроизоляционных покрытий разной морфологии на магнитные свойства аморфных магнитомягких сплавов, который тоже связан с индуцированием псевдоодноосных напряжений в плоскости ленты из-за анизотропного внедрения элементов покрытия в поверхностный слой ленты, а также анизотропного оксидирования и наводороживания ее поверхности с образованием избыточной концентрации элементов внедрения в направлении, перпендикулярном результирующей намагниченности.

    Комплексные систематические исследования температурной зависимости магнитных свойств электротехнических материалов позволили сформулировать рекомендации по температурным диапазонам их рационального применения и улучшению термостабильности магнитных свойств.

    Установлено, что для получения высокого уровня магнитных свойств в результате термической обработки необходимо формирование поверхностного аморфно-кристаллического слоя оптимальной толщины (например, для сплава Fe-B-Si-C толщиной 25 мкм глубина такого слоя составляет 30-50 нм). Повышение эффективности термической обработки на воздухе может быть достигнуто также за счет предварительной обработки паром поверхности лент аморфных магнитомягких сплавов и повышения скорости охлаждения в процессе обработки.

    Показано, что устойчивость к нагреву эффекта локальной лазерной обработки лент аморфных магнитомягких сплавов связана с частичной кристаллизацией поверхности в месте прохождения луча лазера. Наиболее эффективное улучшение магнитных свойств ленты достигается при совместном применении локальной лазерной и термомагнитной обработок.

    Выявление физических причин влияния электроизоляционных покрытий на магнитные свойства электротехнических материалов позволило

    - для магнитострикционных материалов разработать составы электроизоляционных покрытий, не снижающих магнитострикцию насыщения, и способы их формирования;

    - разработать составы и способы формирования многофункциональных электроизоляционных покрытий для лент быстрозакаленных магнитомягких сплавов;

    - сформулировать общие рекомендации по достижению желаемого эффекта при помощи электроизоляционных покрытий.

    Научная и практическая ценность результатов.

    Представленные в диссертационной работе результаты исследования взаимосвязи распределения намагниченности с магнитными свойствами достаточно широкого класса электротехнических материалов способствуют более глубокому пониманию физики процессов и явлений, протекающих при их намагничивании и перемагничивании. Они служат основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований, особенно в части, касающейся лент быстрозакаленных магнитомягких сплавов. Выявление физических причин влияния термической обработки на распределение намагниченности и магнитные свойства позволит осуществить осознанный подход к оптимизации уровня магнитных свойств лент аморфных магнитомягких сплавов. Установленные механизмы влияния электроизоляционных покрытий содействуют осознанному выбору компонентов раствора электроизоляционного покрытия, способа формирования и его морфологии для получения желаемого устойчивого эффекта.

    Апробация работы.

    По результатам диссертационной работы представлено около 65 докладов на 35 научных конференциях и совещаниях. В их число входят Российские научно-технические конференции в Иркутске (1982, 1992 гг.), Липецке (1985, 1995 гг.), Свердловске (1985, 1986, 1987, 1989 гг.), Ижевске (1995 г.), Екатеринбурге (2007 г.); конференции Всесоюзного уровня и межгосударственные семинары в Донецке (1977 г.), Аше (1981 г.), Москве (1984 г.), Липецке (1988 г.), Ростове Великом (1991 г.), Минске (1991 г.), Обнинске (1993, 1995, 1999 гг.); международные конференции: Soft magnetic materials 4: Munster,1979; 4th European East-West Conference and Exhibition on materials and Process: St-Petersburg (Russia) 1993; Soft Magnetic Materials Conference: Cracov,1995; 9th International conference on Rapidly quenched and metastable materials Bratislava: 1996; Soft Magnetic Materials 13 Conference: Grenoble, 1997; International Conference Texture and Properties of Materials, Ekaterinburg: 1997; VIII International Seminar Dislocation Structure and Mechanical Properties of Metals and Alloys: Ekaterinburg, 1999; Soft Magnetic Materials 14 Conference: Balatonfured, 1999; Аморфные прецизионные сплавы. Технология – Свойства – Применение: Москва, 2000; EASTMAG: Екатеринбург, 2001; Международного семинара ДСМСМС-2002, Екатеринбург, 2002; International conference Functional Materials: Crimea, Ukraine, 2003; EASTMAG – 2004, Krasnoyarsk, Russia. По результатам диссертационной работы опубликовано около 40 научных статей, получены патент и 3 авторских свидетельства на изобретение.

    Достоверность результатов проведенных исследований.

    Научные положения, выводы и рекомендации основываются на экспериментальных результатах, достоверность которых подтверждается применением современных и апробированных экспериментальных методик, статистическим характером экспериментальных исследований, анализом погрешностей измерений, применением компьютерных технологий обработки данных. Достоверность научных положений и выводов базируется также на непротиворечивости и качественном соответствии результатов систематического исследования комплекса магнитных свойств для различных электротехнических материалов. Представленные в диссертации результаты исследований не противоречат результатам других исследователей, опубликованным в открытой печати.

    Основные результаты, полученные лично автором.

    Автор диссертационной работы непосредственно участвовал в разработке новых оригинальных методик исследования для аморфных магнитомягких сплавов. Им осуществлена постановка задач по выявлению физических причин возникновения низкочастотной аномалии магнитных потерь, влияния термической обработки и электроизоляционных покрытий на распределение намагниченности и магнитные свойства лент аморфных магнитомягких сплавов, установлению взаимосвязи структуры поверхностного слоя с уровнем магнитных свойств. Все представленные в диссертации результаты получены при непосредственном участии автора. Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация полученных результатов, предложены представленные в диссертации новые физические модели. В коллективных публикациях автору принадлежат защищаемые в диссертации положения и выводы. Тексты всех публикаций, в которых автор занимает первую позицию, написаны лично диссертантом, в остальных публикациях участие автора заключается в получении и обсуждении результатов.

    Структура диссертации.

    Диссертация состоит из введения, пяти основных разделов, содержащих оригинальные результаты, заключения и основных выводов. Диссертация изложена на 372 страницах, включая 166 рисунков, 75 таблиц и список использованных источников из 322 наименований.

    Методические основы исследования комплекса магнитных свойств магнитомягких материалов

    Исследование связи магнитных свойств с распределением намагниченности проводили на образцах кристаллических, аморфных и нанокристаллических электротехнических материалов в различном структурном состоянии, с различными значениями констант магнитной кристаллографической анизотропии и магнитострикции.

    Оценку возможного вклада различных механизмов в удельные магнитные потери и вариацию основных констант материала (константы магнитной кристаллографической анизотропии, констант магнитострикции, удельного электросопротивления) осуществляли с помощью поликристаллических нетекстурованных образцов кремнистого железа с различным содержанием кремния (3,8; 4,8; 5,7 и б,5мас.%), выточенных из кованых прутков в форме торов с внешним диаметром 18, внутренним 17 и высотой 8 мм; тороидальных образцов никель-цинкового феррита 600НН с высоким значением удельного электросопротивления, внешний диаметр которых составлял 46,6, внутренний 37,2, высота 16,4 мм.

    Изучение влияния распределения намагниченности на магнитные свойства проводили на образцах кристаллических, аморфных и нанокристаллических сплавов. Для этого применяли: 1. кристаллографически текстурованные образцы, изготовленные из промышленного листового материала с ребровой текстурой (текстурой Госса) (поверхность таких образцов совпадала с плоскостью {ПО}, одна из осей легкого намагничивания 100 , лежала в плоскости листа). Неравномерное распределение намагниченности по осям легкого намагничивания (магнитная текстура) в таких образцах существовало на базе кристаллографической текстуры: монокристаллические образцы Fe-3%Si в форме рамок и дисков, вытравленные из одного зерна анизотропной холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм: а) прямоугольные рамки, внешние размеры которых составляли 50 13, внутренние - 38 5 мм; длинная сторона рамок совпадала с одним из главных кристаллографических направлений 100 , 110 , 111 ; для лучшего замыкания магнитного потока к коротким сторонам рамок с обеих сторон прикладывали дополнительные накладки; при использовании таких накладок вплоть до индукции 1,0 Тл рассеивания магнитного потока не превышает 3% [2]; б) диаметр дисков составлял от 20 до 30 мм; поликристаллические тороидальные образцы, изготовленные при помощи точечной сварки из полос анизотропной электротехнической стали производства Верх-Исетского металлургического завода, толщиной 0,35 мм; полоски, предназначенные для изготовления образцов, вырезали под различными углами (0; 55 и 90) к направлению прокатки; внешний диаметр торов - 26, внутренний - 25,3, высота - 9 мм. монокристаллические образцы Fe-6%Al-l%Si и Fe-12%A1 в форме рамок и дисков, вытравленные из одного зерна крупнозернистого листового анизотропного холоднокатаного материала толщиной 0,35 мм производства Санкт-Петербургского сталепрокатного завода: а) квадратные составные рамки, внешние размеры которых составляли от 22 до 31 мм, ширина плеча - от 5 до 7 мм; плечи рамок совпадали с одним из главных кристаллографических направлений 100 , 110 , 111 ; для лучшего замыкания магнитного потока в местах стыка полос использовали замыкающие накладки; б) диаметр дисков составлял от 20 до 30 мм; поликристаллические образцы Fe-(6 - 12)%А1 в форме стандартных эпштейновских полос размерами 30 300 мм, вырезанных вдоль направления прокатки из листового анизотропного холоднокатаного материала производства Санкт-Петербургского сталепрокатного завода толщиной от 0,2 до 0,4 мм; образцы, не имеющие кристаллографической текстуры, магнитную текстуру в которых создавали с помощью различных физических воздействий и специальных обработок: поликристаллические тороидальные образцы сплава Fe-65%Ni, внешний диаметр которых составлял 25, внутренний - 20, толщина 0,22 мм (магнитную текстуру создавали с помощью термомагнитной обработки (ТМО) и термомагнитной обработки во вращающемся поле (ТМОВ)); поликристаллические образцы сплава Fe-65%Ni, изготовленные из листового материала толщиной 0,22 и 0,09 мм; Внешние размеры рамок 38 16, внутренние - 26 6 мм (магнитную текстуру создавали приложением упругих растягивающих напряжений); образцы лент аморфных и нанокристаллического магнитомягких сплавов Fe8iBi3Si4C2 (7421), Fe72Co8Si5Bi5 (9КСР), Fe77NiiSi9Bi3 (2НСР) и Co-B-Si-Ni-Cr-Mo-Fe (86КГСР) и Fe-Nb-Cu-Mo-Co-B-Si (5БДСР) производства Ашинского металлургического завода методом закалки на вращающемся диске; образцы имели форму полос размерами 120 10 0,025 мм.

    Образцы железоалюминиевых сплавов исследовали как в состоянии поставки (после заводского отжига), так и после отжигов в атмосфере гелия в интервале температур (600 - 1200)С. Термомагнитные обработки проводили в атмосфере гелия с длительностью изотермической вьщержки при 800С в течение 1 часа в поле электромагнита, напряженностью 380 кА/м, ориентированном вдоль (ТМОц) и поперек (TMOj.) оси легкого намагничивания 100 , лежащей в плоскости листа. Монокристаллические образцы сплава Fe-12%A1 отжигали в форвакууме при 850С в течение 3 часов, охлаждали образцы вместе с печью. Сплав Fe-12%A1 является упорядочивающимся с близкой к нулю константой анизотропии в упорядоченном состоянии, и наблюдение доменной структуры в этом случае становится практически невозможным [4]. Выбор режима обработки обусловлен сравнительно невысоким (менее 1%) снижением содержания алюминия в сплаве во время отжига, наличием неупорядоченного состояния в сплаве с сохранением высокого значения константы магнитной кристаллографической анизотропии (порядка 10 Дж/м3) [5], что делает возможным наблюдение доменной структуры в монокристаллах этого сплава.

    Термомагнитную обработку образцов сплава Fe-65%Ni осуществляли в вакууме: а) в циркулярном поле (ТМО) напряженностью 1,2 кА/м, которое создавали пропусканием постоянного электрического тока по обмотке из никелинового провода; концы обмотки выводили из вакуумной печи; б) во вращающемся поле (ТМОВ), напряженностью 560кА/м, создаваемом электромагнитом [6]; частота вращения образца составляла 2 об/мин.

    Влияние основных констант материала (намагниченности насыщения, констант магнитострикции и магнитной кристаллографической анизотропии, удельного электросопротивления) на распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических материалов

    Одной из основных характеристик магнитомягких сплавов являются удельные магнитные потери, которые возникают при перемагничивании материала. Перестройка доменной структуры при перемагничивании и, соответственно, изменение магнитного состояния образца приводят к рассеянию и переходу в тепло определенной части энергии внешнего магнитного поля. Именно величина магнитных потерь определяет экономичность, надежность и долговечность магнитопроводов, изготовленных из магнитомягких материалов. Эти материалы применяют для изготовления магнитопроводов различных аппаратов и машин, работающих в широких диапазонах индукции и частоты магнитного поля. В 60 - 70 годы прошлого века аморфные магнитомягкие сплавы широкого распространения еще не получили, в электротехнике использовали только кристаллические материалы. Проблема снижения магнитных потерь в плане энергосбережения в то время являлась весьма актуальной, таковой она является и в настоящее время. Сознательный подход к решению этой проблемы невозможен без изучения механизмов возникновения удельных магнитных потерь, конкретных физических процессов, способствующих превращению энергии электромагнитного поля во внутреннюю энергию. Поэтому уже тогда этому вопросу уделяли большое внимание. Многочисленные исследования магнитных потерь магнитомягких материалов позволяют понять механизмы их возникновения и определить факторы, влияющие на их уровень. К известным механизмам магнитных потерь относятся следующие:

    Вихревые токи, которые, в свою очередь принято подразделять на макро- и микровихревые токи. Макровихревые токи, возникают при перемагничивании материала без учета влияния доменной структуры. При условии равномерного изменения магнитного потока по сечению листа и параллельности вектора магнитной индукции вектору напряженности магнитного поля для их расчета была получена следующая формула [32,33]:

    Процессы диссипации энергии при движении доменных границ принято описывать эффективным трением, препятствующим их смещению и приводящим к необратимому преобразованию энергии магнитного поля в тепло.

    Для доменной границы, упруго связанной с положением равновесия, можно записать уравнение движения т х + /Зх + ах = pHIs cos в , (2.2) где т - эффективная масса границы, приходящаяся на единицу площади; /?- эффективный коэффициент трения; а- коэффициент квазиупругой силы; 9- угол между Н и Is. Для 90-градусной доменной границы коэффициент р = V2 , для 180- градусной р = 1. При синусоидальном изменении магнитного поля (Н = Hmejat), где а - круговая частота изменения напряженности магнитного поля из уравнения (2) можно найти комплексную проницаемость и тангенс угла магнитных потерь. Используя соотношение tgd = а —, на а ходим эффективный коэффициент трения, считая, что он обусловлен микровихревыми токами, возникающими при смещении доменных границ (ДГ): P = gS. (2.3.

    Формула получена с учетом предположений, что во время одного скачка перемагай чива ется средний элементарный объем; v — ДхДуДг (Ay d ); скачки Баркгаузена разделены как в пространстве, так и вовремени, вершины импульсов микровихревых токов, вызванных,этими скачками, не перекрываются. Спин-спиновая релаксация. При помещении!ферромагнетика в магнитное поле прецессия.вектора намагниченности вокруг направления локального эффективного магнитного поля, составляющими которого являются поле анизотропии, обменное поле, поля; рассеяния и, внешнее поле; является: зату-хающей. Затухание прецессии происходит за сравнительно малый промежуток.времени ( 10" с) вследствие обмена энергией как внутри спиновой системы (спин-спиновая релаксация), так и-между системой спинов и другим.аккумулятором энергии, как, например; кристаллическая; решетка или электроны проводимости (спин-решеточная релаксация). Явление спин-спиновой релаксации изучено в работах [4, 40-44].

    Исследования этого механизма магнитных потерь, проведенные в работах [4, 40 - 44]. показали, что резкое возрастание коэффициента 77 с уменьшением толщины образцанель-зя объяснить только лишь соответствующим изменением.доменной структуры образца (возрастанием l/d), часть магнитных потерь, связанных со спин-спиновой релаксацией. возрастает с уменьшением толщины. Независимо от ширины доменов существует критическая толщина dk, при которой имеет место равенство спинрелаксационных и вихрето-ковых потерь.

    При смещении доменных границ в процессе перемагничивания каждый атомный слой границы испытывает магнитострикционнуїо деформацию вследствие поворота магнитных моментов спинов на некоторый угол. В работе [45] показано, что вклад этого механизма в удельные магнитные потери магнитомягких материалов может быть значительным.

    Экспериментальное выделение механизмов удельных магнитных потерь является практически невозможным, поскольку при движении доменных границ все релаксационные механизмы проявляются одновременно. Тем не менее, экспериментальная проверка выдвинутых гипотез и теоретических расчетов возможна за счет вариации констант материала, поскольку имеет место зависимость коэффициентов эффективного трения от констант материала, таких как константа кристаллографической анизотропии, параметр обменного взаимодействия, константа магнитострикции, что позволяет либо усилить, либо ослабить влияние того или иного механизма. Варьировать константы материала можно, например, изменением структурного состояния, вариацией состава сплава, изменением температуры. В настоящей работе оценку возможного вклада различных механизмов в удельные магнитные потери проводили вариацией температуры и состава сплава на примере поликристаллических нетекстурованных образцов кремнистого железа.

    Магнитные свойства и распределение намагниченности (магнитная текстура) текстурованных электротехнических материалов

    Кроме основных констант материала на уровень магнитных свойств и удельных магнитных потерь электротехнических материалов влияет распределение намагниченности или магнитная текстура. Под магнитной текстурой понимают анизотропное распределение намагниченности в пространстве, обусловленное различными причинами, как естественного. так и искусственного происхождения. Например, к таковым можно отнести кристаллографическую анизотропию и анизотропию, наведенную термическими обработками. напряжениями и рядом других факторов. Магнитную текстуру принято характеризовать количественной характеристикой - концентрацией магнитных фаз, т.е. относительным объемом доменов с намагниченностью, ориентированной вдоль определенного кристаллографического направления: п1 = — -, где V, — объем доменов с намагниченностью. ориентированной вдоль /-го направления (как правило, вдоль одного из кристаллографических направлений), а V — объем образца [103]. Достаточно часто концентрацию магнитных фаз выражают в процентах. Тем не менее, статистическое описание распределения намагниченности в магнитопроводе не является однозначной характеристикой его магнитного состояния. Наиболее наглядно распределение намагниченности в магнитопроводе характеризуется его доменной структурой. Само по себе наблюдение доменной структуры на поверхности образца может однозначно описать его магнитное состояние только для прозрачных материалов. Для непрозрачных материалов вид поверхностной доменной структуры также не дает полного представления об их магнитном состоянии, поскольку в большинстве случае доменная структура не является сквозной. В этом случае для определения магнитного состояния материала лучше всего использовать оба способа его описания, поскольку они дополняют друг друга.

    Изменение магнитного состояния и условий перемагничивания оказывает существенное влияние на уровень магнитных свойств. Например, из формулы (2.15) видно. что в ферромагнетике с широкими доменами магнитные потери на вихревые токи могут значительно превышать классические вихретоковые потери из-за увеличения ширины доменов и соответствующего роста скорости движения доменных границ. К изменению скорости движения доменных границ могут приводить следующие факторы: соответствующее изменение индукции, частоты перемагничивания, ширины доменов, степени их стабилизации. изменение конфигурации доменных границ под действием магнитного поля, и т.п. К неоднородности магнитной индукции по сечению листа приводит наличие скин-эффекта в проводящих материалах. В результате этого большая величина магнитного поля на поверхности по сравнению с объемом материала вызывает искажение плоскости доменной границы, происходит их изгиб или излом, влияние которого на удельные магнитные потери изучено в работах [104-116]. В работах [115, 116] показано, что излом доменных границ происходит следующим образом: в результате скин-эффекта плоские 180-градусные доменные границы принимают V-образную форму с вершиной буквы V, направленной противоположно движению доменной границы. Направление излома доменной границы изменяется при изменении ее направления движения, т.е. дважды за цикл перемагничивания. Наклон доменной границы к поверхности листа составляет с нормалью угол 32. В работах [117, 118] показано, что изгиб доменных границ в динамическом режиме перемагничивания может привести как к уменьшению удельных магнитных потерь (если изгиб связан с различием амплитуды колебаний различных участков доменной стенки), так и к их увеличению (если изгиб связан с опережением по фазе поверхностных участков доменной стенки относительно внутренних). Учет изгиба доменных границ несколько улучшает согласование экспериментальных и теоретически рассчитанных значений удельных магнитных потерь, но только при комнатной температуре и для простого вида доменной структуры в монокристаллических образцах. Электротехнические материалы являются поликристаллическими по своей структуре, и, как правило, обладают сложной доменной структурой. Кроме того, модельные представления, учитывающие влияние изгиба и излома доменных границ, в рамках которых проведены расчеты удельных магнитных потерь, не отражают многообразия реально протекающих процессов при намагничивании и перемагничивании ферромагнетика. Например, неоднородность движения доменных границ [34,119-122]: различную скорость их движения, вплоть до возможности движения одних доменных границ, в то время как другие неподвижны [34, 119, 123]; возможность движения отдельных частей доменной границы [120]; перемагничивание большей части объема скачкообразным движением доменных границ, которое имеет место даже в области Рэлея [122] и корреляцию скачков Баркгаузена при более высоких значениях индукции [120-122]. Эти факторы также влияют на уровень магнитных потерь.

    Изменение условий перемагничивания, в свою очередь, может вызывать изменение магнитного состояния образца и, следовательно, оказывать влияние на магнитные потери. Теоретические расчеты дают квадратичную зависимость удельных магнитных потерь от частоты и индукции (см. гл. 2). Если построить зависимость магнитных потерь за цикл перемагничивания от частоты, согласно теоретическим расчетам она должна быть линейной. Экспериментальная же зависимость является нелинейной. Она имеет вид кривой с выпуклостью вверх (см. рис. 4.1.а), которая при определенной частоте пересекает теоретически рассчитанную, т.е. при низких частотах измеренные значения удельных магнитных потерь выше теоретически рассчитанных, а при сравнительно больших частотах, наоборот, ниже. Такую зависимость связывают с динамическим изменением параметров доменной структуры в процессе перемагничивания.

    Исследование доменной структуры монокристаллического образца Fe-3Mac.%Si, имеющего форму узкой длинной полоски с текстурой (001) 110 , в переменном магнитное поле меняющейся частоты, направленном вдоль лежащей в плоскости образца оси легкого намагничивания, позволило выявить следующий характер ее изменения. При фиксированном значении амплитуды синусоидальной магнитной индукции и низких частотах перемагничивания вначале происходит только колебание доменных границ. Дальнейшее увеличение частоты, начиная с некоторого значения, приводит к дроблению доменной структуры, т.е. увеличению числа доменных границ и уменьшению ширины доменов. При дальнейшем увеличении частоты этот процесс продолжается. Преобладание экспериментально измеренных значений над теоретически рассчитанными на начальном участке частотной зависимости удельных магнитных потерь за цикл перемагничивания связывают с существенным повышением скорости движения доменных границ, связанным с неоднородностью их смещения, амплитудными и фазовыми изгибами. Меньшие экспериментальные значения удельных магнитных потерь за цикл перемагничивания обусловлены снижением скорости доменных границ вследствие динамического уменьшения периода доменной структуры [34, 114. 117, 124, 125].

    Дробление доменной структуры происходит и с ростом магнитной индукции. аналогично тому, как это происходит с ростом частоты. Начало процесса дробления доменной структуры зависит от условий перемагничивания: чем выше частота или амплитудное значение индукции, тем, соответственно, ниже значения индукции и частоты, при которых начинается этот процесс. Исследования, проводимые на различных образцах, полученных одинаковым способом и имеющих внешне одинаковые размеры и форму, показали, что они имеют разные значения частот и индукций, при которых начинает происходить дробление доменной структуры. Авторы этих исследований предполагают, что дробление ДС может сопровождаться прорастанием зародышей перемагничивания. Процесс дробления доменной структуры является необратимым [117, 118].

    Магнитные свойства аморфных магнитомягких сплавов

    Электротехнические стали являются традиционными магнитомягкими материалами. Удачное сочетание физических свойств поликристаллических сплавов Fe-Si, сравнительно простая технология их изготовления и относительно низкая стоимость привели к их широкому применению в качестве материалов для магнитопроводов электрических машин, трансформаторов и других устройств, в основном, рассчитанных на работу при частотах 50-500 Гц в области малых, средних и сильных магнитных полей. Тонколистовые стали применяются при повышенных частотах, вплоть до 10 кГц [26,43,117,146].

    Аморфные магнитные материалы являются сравнительно новым классом магнитных материалов [147-149]. Они существенно отличаются от кристаллических своей структурой, физическими и магнитными свойствами. В связи с отсутствием атомного упорядочения существенно снижается роль магнитной кристаллографической анизотропии, более ярким становится проявление роли магнитоупругой энергии в формировании уровня магнитных свойств. Сравнительно меньшая плотность аморфных сплавов обеспечивает возможность протекания в них диффузионных процессов уже при комнатных температурах. Эти сплавы достаточно перспективны для применения их в промышленности, особенно при высоких частотах. Оптимизация уровня физических свойств невозможна без понимания механизмов протекающих в них процессов, поэтому аморфные магнитные материалы являются интересным для исследований объектом, как с научной, так и с практической точек зрения.

    Аморфные магнитомягкие материалы обычно содержат 75-85 % одного или нескольких переходных металлов (Fe, Со, №), сплавленных с 15-20 % металлоида (В, С, Si, Р и др.). Большое по сравнению с кристаллическими материалами содержание немагнитных элементов в аморфных магнитных сплавах ( 20 ат.%) понижает индукцию насыщения этих материалов [43,147], но является необходимым условием для получения аморфного состояния. Исследования показывают, что они обладают высокими магнитными характеристиками, хорошим сочетанием магнитных, механических и физических свойств, что обусловлено особенностями их структуры. Аморфные сплавы представляют собой неупорядоченные магнетики, в которых отсутствует дальний порядок частиц (атомов, ионов). Такая структура сплавов обусловлена методами их получения, которые можно разделить на три группы [147, 150-153]: осаждение металла из газовой среды (вакуумное напыление вещества на холодную подложку; плазменное напыление); затвердевание жидкого металла (сверхбыстрая закалка расплава в валках или на диске со скоростью охлаждения 104-106 К/с; расплющивание капли расплава между охлаждаемыми металлическими наковальнями); - введение дефектов в металлический кристалл (методы облучения поверхности кристалла, воздействия ударной волной; ионная имплантация).

    В промышленности для получения аморфных магнитомягких сплавов широко используется- метод закалки расплава на вращающемся диске (или спинингование расплава) [147]. Этот метод заключается в экстру дировании расплава под давлением через сопло на вращающийся холодильник. Получаемые таким образом ленты имеют толщину -20-30 мкм; ширину - 0,5-150 мм; длину - до нескольких километров.

    Аморфные металлические материалы обладают сочетанием высоких твердости, прочности, пластичности и хорошо поддаются механической обработке. Высокая коррозионная стойкость, механическая прочность и пластичность связаны, прежде всего, с однородностью аморфной фазы, в которой нет межзеренных и межфазных границ, вакансий и других, характерных для кристаллической фазы неоднородностей [147]. Удельное электросопротивление аморфной фазы, как правило, в 2-4 раза выше кристаллической, что обеспечивает низкие (по сравнению с электротехнической сталью) потери на вихревые токи [117, 147, 151]. Аморфное состояние является термодинамически неустойчивым, поэтому одной из важных характеристик является временная стабильность физических свойств. Например [147], для сплава FesoB2o с относительно невысокой временной стабильностью кристаллизация при 175С наступает через 550 лет, а при 200С через 25 лет. Промежуточное положение жидкого и аморфного состояний между газообразным и кристаллическим предопределило неоднозначный подход к интерпретации их структуры с помощью различных моделей. Берналом [147,148,153] была предложена модель хаотических упаковок твердых сфер, основанная на предположении, что необходимая совокупность координационных многогранников определяется только условием максимального заполнения пространства, исходя из существования двух типов плотнейшей упаковки сферических атомов одного размера - кубической и гексагональной. Все остальное многообразие структур может быть получено их деформацией или заполнением остающихся пустот (объемные - тетраэдрические, октаэдрические; плоские - тригональные) могут заполняться атомами других элементов с другими атомными радиусами. Измерения показали, что в модели присутствует пять типов координационных многогранников: тетраэдр, октаэдр, тригональная призма, накрытая тремя полуоктаэдрами, архимедова антипризма, накрытая двумя полуоктаэдрами, тригональный додекаэдр.

    На основе этих представлений и статистики полиэдров Бернала Полком была предложена модель структуры аморфных сплавов, согласно которой случайная плотнейшая упаковка атомов переходных металлов обладает свободным объемом полостей Бернала от 15 до 20 % для размещения атомов металлоидов с меньшими радиусами (В, Si, Р, С). Действительно, для формирования устойчивых структур аморфных сплавов это правило соблюдается - общий атомный процент металлоидных элементов в сплавах обычно устанавливается в указанных выше пределах. Дальнейшие уточнения модели Бернала для многокомпонентных сплавов с достаточно сильным химическим упорядочением методами статистической релаксации позволяют получить модель сверхплотной упаковки, которая хорошо описывает эксперимент и в настоящее время составляет один из наиболее обширных классов моделей структуры аморфных сплавов.

    В формировании доменной структуры лент аморфных магнитомягких сплавов с отличной от нуля магнитострикцией определяющую роль играют энергия анизотропии формы и магнитоупругая энергия. Минимум энергии полей рассеяния соответствует отсутствию поверхностных зарядов. Магнитоупругая энергия описывает взаимодействие между упругими напряжениями а и Is. Для материалов с A,s 0 Is устанавливается параллельно осям растягивающих и перпендикулярно осям сжимающих напряжений и [149,152]. Высокий уровень закалочных напряжений обусловлен наличием температурных градиентов как по толщине ленты из-за разной скорости .теплоотвода между контактной и свободной поверхностями ленты, так и вдоль контактной поверхности ленты из-за неровностей поверхности валка, наличия газовых пузырьков между лентой и валком.

    Похожие диссертации на Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов