Научные основы создания магнитомеханических преобразователей тепловой энергии на ос...нитных материалов с фазовым превращением антиферромагнетизм - ферромагнетизм первого рода Мяликгулыев, Гарлы

Введение к работе

Актуальность проблемы. Ферромагнитные материалы находят более широкое применение в самых разнообразных отраслях науни и техники с тех пор как физика магнитных явлений выявила основные механизмы многих процессов, обусловливающих те или ині-ю свойства этого класса вешеств.

Важным направлением практического применения магнитных на- '
териэдов является использование их в качестве рабочего тела (РТ)
разрабатываемых мэгнитомеханических и магнитоэлектрических прео
бразователей тепловой энергии. Принцип действия этих преобразо
вателей основан на изменении энергии магнитного взаимодействия
РТ с магнитным полем под действием .теплоти. і

. Идея использования магнитных материалов в технике лреобра- і .зовэния теплоьоп_ энергия существует давно (Эдиссон Т., 1887 г., Тесла Н., 1890 г.). Впоследствии были предложены раэличньо'^он- . структигнь-е решения по совершенствование мэгнито-телловш преобразователей (Пресняков А.Г., 1S78, Впади А.Л., 1979, Катзяма А., 1984, Николайчук А. П., 1984, 1Є83, Бобошко К. К.,. 1935, Богларян А. Э., 193? и др.). .

Естественно, усилия исследователей в этой области были направлены на использование в качестве РТ ферромагнитных материалов, как наиболее изученных. Ро всех упомянутых работах рабочее тело (ротор) выполнено из ферромагнитных сплавов.с течкой Кюрі:, близкой к заданной температуре. Необходимое изменение свойств этих сплавов при магнитном фазовом пертходе И рода ферромагне- тизм-парамагнетизм (ФМ-ПМ) происходит в широком интервале температур ~ 50 К, что является основной причиной низкого кпд прееб-' . разозч'ия. Другим недостатком использования перехода ФМ-ПМ ягля-ется необходимость нагрева.РТ в зоне его намагничивания, что приводит к пониженно эффективности преобразования из-аа неизбежного нагрева деталей намагничивающей системы. Вследствие этих причин, преобразователи на фазовой переходе II рода'не нашли широкого применения на практике.

Поэтому требуется поиск магнитных материалов с праісіиііизль--но новьми свойствами, обеспечивающими более приемлема^ длл практических целей рабочие параметры. Это возможно на осноге такого экспериментального и теоретического исслеленанил маги;'.^тііі« _t и электрических свойств различных материалов; Ро?р-.;бг.гг < гг-гх материалов, обоснование преимуществ их нслольсоь лп'.-л, г-:" "* - ~:* ?"-

екая (прогнозная) оценка кпд и экспериментальное подтверждение возможности элективного использования магнитных материалов в преобразователях тепловой, например, солнечной энергии,имеет особую актуальность для Туркменистана и других государств с анало-гичньыи климатическими условиями.

Магнитотопловые устройства, основанные на применении материалов с принципиально ковьмі свойствами, а именно, с магнитными Фзэоьши перекодами I рода, должны функционировать в различные периоды года и суток, то есть в различных температурных режимах. D связи с этим к величине критической температуры перехода рабочего тела преобразователя предъявляются строго дифференцировании? требования в зависимости от условий его работы. Поэтому необходим поиск научно обоснованных методов управления- критической температурой рабочего тела преобразователя, который возможен нэ основе комплексных фундаментальных исследований ^.ізического мо-хэнлзма, обусловливавшего фазовый переход I рода в данном материале, закономерностей влияния на .этот переход различных факторов (магнитного поля, давления, атомной и электронной структуры, состава и т.д.).

Очень удобной шдельо-для изучения вопроса о тоі.«, к% изменение концентрации компонентов влияет на особенности алс;:трснкой , фукутры сплавов переходных элементов 3d- группы, является система мадль-пзллздяевьк сплавов. Это обусловлено гем, что в интервале температур от* абсолютного-нуля вплоть ло точг« плг.зленнй *се cr!^3i:j'Ni-Pd не обнаруживает аллотропных птарашеь/-'"', сохрл-!яя гр.''НецентрипбЕаннус кубическую решетку, параметр которой меняется >>'~его на 10 от чистого Ni к чистому PJ.' Поэтому лсбые особен нс-ол: физических свойств, обнаруженные при изменении те.ч-пер'лту'і: ш.н концентрации компонентов сплава,' будут непосредственно связаны именно с его электронной структурой, и сеіш.-тєльст-лоьзть о и; «исходящих в неп при этом изменениях.

К !(-. ге."-*.с-му моменту в объяснении магнитокристалличесн-ой анпзотр",";;;: тт.гтя определилась единая зонная модель, основанная її*, учет-.. '-KJ'tr,o» от віровденньк состояний, расщепленных спин-ср-біп'і!'.>.цу?' го'>','.№м?-Пств;юм (Конлорскиа Е. И., Отрзубе Э., 1972). Aiu;:.;"_:j'i-:'i.' ".'кчети для сплавов в настоящее время отсутствуют. М,^чо к.;е <--г< . к'.ыотич^ких зфректов, то здесь вообще нет никакой тіх>Г"Чп-,'»-ччП "~.':'л.ти,Х''.>7Я бы качественно олисшашей окскеримен-*_ч.-,і-".л и..?.х;:^ v.,r» анизотропно. Поэтому с точки зрения разглтня

Фундаментальных представления большое' значение и моет проведение комплексного исследования магнитных и электрических свойств г.о-иокристаллических сплавов Ni-Pd в широком интервал» концентраций к температур. Сопоставление получаемых: результатов с' томя данными, которые у kg имеют свое теоретическое, обоснование, по-видимому, позволит выявить природу исследуемых эффектов.

Кроме того, теоретические.модели, появившиеся а последнее
гремя для описания взаимосвязи кинетических об'єкте» (Бергер Л.,
1972, Кемпбелл И.Д.. 1977, Грановский А.Б., 1937) дают гоомоя-
ность непосредственно иэ экспериментальных данных проводить чис
ленные сценки некоторых параметров зонной структуры, значения
которых могут быть, в частности, испольсорзны и в практических .
целях. - '_.'

Целесообразность и актуальность проведения исследовании монокристаллических сплавов 3d- элементов, а тэкке изучения н/>з,чо-. яюстеа использования свойств магнитных материалов с .ззов;.!ми переходами I рода подтверждены также постановленном Совета Министров ТССР (1970 г.) при утверждении тематики Проблемной научно-исследовательской лаборатории по физике твердого тела Туркменского госуниверситета. Часть исследования прикладного характера ныполнена в рамках Государственной научно-технической программы "Создание новых материалов с особыми физическими свойствами, разработка и изготовление технических устройств на их основе" {к:Ц>р 2.2.11).

Цель-и задачи работы.' Целью данной работы является теоретическое обоснование и экспериментальное подтперждение препмузіеств . чепог. вонания материалов, обладавших магнитннм фззсвнм переходом I рода в качестве рабочего тела, существенно -улучшагаих, рабочие характеристики энергопреобразователей: разработка конструкторских предложений и рекомендаций по практическому применение этого принципиально нового, более перспективного класса вещестр, имея ввиду значительное повышение кпд энергопресбрззупик устройств, и обоснование нового' направления в технике преобр-.г.о:-я-ния тепловол энергии,

Исходя из этого,в работе были поставлены следупщн.е задачи
-разработать термодинамическую теорию магиктомехзничеокого і г---,
орэь.овакия теплоты, основанного на магнитном .іозс~;<м r,(o---r <
ММЛЦ.1 рода; ' ., '

-разработать технолог;:» получения РТ магнитомеханического преобразователя с оптимальный свойствами на осново комплексного исследовании структурных, мэгнитнвк и электрических свойств мао-' с;;вньх я пленочных образцов сплавов Pe-Rh в зависимости vr состава, температуры, давления и др.;

-определить экспериментально КПЛ магнитомеханического преобразования теплоты с РТ испытывавшим фазовый переход АФМ-ФМ I рода, сравнить^его с расчетным, а такие с КПД преобразования, основанного на переходе II рода; :'

-разработать научно обоснованную нетолику управления критической температурой Т_к фазового перехода ДФМ-СМ рабочего тела преобразователя, обеспечиващей эффективность его функционирования в различных" температурных' режимах внешней среды;

- провести численные оценки величины смещения критической те
мпературь; фазового перехода при внесении в сплав FeRh примесей
3d- металлов (Pd, Ni) и сравнить полученные результаты с экспе
риментальными данными;

-'разработать принципиальную конструкцию многофункционального преобразователя тепловой .энергии одновременно в механическую и электрическую о применением,в качестве.рабочего тела сплава FeRh с'фззовьм превращением антиферромагнетизм-ферромагнетизм I рода;

- разработать на основе сплавов Fe-Rh и Ni-Pd датчики дефор
мации и магнитного поля, которые могу г быть использованы в пре
цизионных конструкциях различного назначения.

Таким образом, работа посвящена ряду актуальных задач теоретического и" экспериментального обоснования целесообразности развития нового направления в технике магнитомеханического преобразования тепловой энергии с- применением в качестве рабочего тола нового кла.са магнетиков. ' '.

Научная..новизна и практическая значимость работы. Наиболее сулостЕсншАМ ноыми научными результатами, которые автор выносит на аудиту, является; .

1. BnepBt« вдавинута концепция создания магнитомеханического пгообл^-'ОБателя тепловой энергии с использованием в качестве ,г^;,ч-..-го r-ла класса магнетиков, обладавших магнитным фазоььм геро.чллом I р .-..-і: рлзработзна термодинамическая теория преобра-.>.--^.ги'\";.-! для случая перехода антиферромагнетизм-ферромагнетизм

- 7 -при яндуиироюніїи ого в материала рабочего тела температурой и мзпііітиш полем с учетом термического ПІСТОрОГзИСЗ.

Теоретически доказано и экспериментально,подтБерЕдеио, что
ь.пя нового прообразоватоля почти в 10 раз прс-ншаот кпд преобра
зователя, осюванного на магнитном фаасррм поро ходо ТІ рода в
магераато рабочего тела. "

Таким образом, обосновано новое,- более перспективное направление d технике прямого преобразования .теплово.'; анергии и мека-пя'^скуй и электрическую.

2. Разработана технология получения г.леночніяс и пассивных
образцов сплавов Fe-Rh, обладающих разовим переходом I рода ан—
тифорромагнетизм-фс-рромагнетизи, исслодоЕр.чи »:< фаэовья состав и
структура, магнитные и электрические свойства, а также влияние .
на эти параметры различных режимов термообработки. Доказано,
ЧТО: ' "

а) переход анти^рромагнетиам-1'ерромзгкетазм в сплавах Fe-Rh связан с наличием в них упорядоченной Фжэи типа CsCl;

б) оптимальным режимом термообработки рабочего тела преобразователя, приводящим к наиболее резкому и наименее гистерееи-сноку переходу антифорронэгнетиом-ферромагнеттам, является с жалка от температур вше 1270 К и термоциклирование в температурной области перехода.

3. В результате проведенных гжеперяментэльньк исследования
свойств сплэеов Ni-Pd и Fe-Rh сформулированы новые научит ви-

ВОДЫ: . ' ' ,

а) из экспериментальных исследований по влиянии термообра
ботки на намагниченность, магнитосопротивлендо и мзпштостряк-
цис, также из электроняомикроскопических исследования пченок '
сплавов никель-палладий получены данные о ьаяи.чии упорядоченной
іі^азьі вблизи стехиометрических составов Ni₃Pd и NiPd₃; глиедмко в
международны? справочньк? издания;

б) из анализа полученных данных по магнитной анизотропии.,
эффектам Холла, Нернста-Эттиигсгаузена, магнитосепротивлечглл ;
термомагкитного эЭДекта, впервые установлена природ-.* анл^оч" о-
пии кинетических эффектов в моиокристаллическіїх сплавах N'i-Pd и
а рамках представлений об особенностях их войной структур..: объ
яснена зависимость характера анизотропных свойств от темчер-.гу.-г.^
и концентрации отих сплавов, а также установлено палач:» магн-;-
тострикционных вкладов в анизотропии четных, ойї^ктер.;

в) сделан вывод о том, что сплавы N^-Pd наследует качест-
BC-UHLa характер зокноЯ структуры ферромагнитного никеля' в обла
сти точек симметрии зоны Бриллкжа; . /

г) получена обобщенная формула, устанавливающая взаимосвязь
моаду коэффициентами комплекса кинетических эффектов и позволяп-
щзя проводить численные оценки ряда параметров зонной структуры-
сплавов на основе 3d- элементов.

4. На базе результатов отих фундаментальных исследований '
впервые [разработана научно-обоснованная'методика управления ра
бочей температурой магнитомеханического преобразователя в зави
симости от температурного режима окружающей среды, а именно:

а) установлено, что наиболее оптимальным способом изменения
критической температуры перехода антиферромагнетизм-ферромагне
тизм является внесение в сплав Fe-Rh, используемый в качестве
рабочего .тела, примесей, соответствующим образом смещающих уро-"
вєнь Ферми; ''-.

б) определена величина смещения уровня Ферми при изменении
концентрации РЛ в сплавах Ni-Pd и концентрации Ni в сплавах на
основе Fe и на отой основе сделаны теоретические предсказания
величины смешения критическойуг'емпературы перехода антисерромаг-
иетизм-$ерромагнетиэм при внесении в сплав Fe-Rh одного атомного

. процента примесей Pd и Ni, которые были подтверждены эксперимен
тально. .

5. Впервые разработанная к предложенная принципиальная кон
струкция многофункционального преобразователя тепловой энергии
отличается от ранее известных тем, что: .

а) принцип действия-его основан на использовании магнитного фазового перехода I рода в рабочем теле.- Кпд устройства почти в 10 раз вше, чем кпд аналогичных устройст-в, принцип действии которых основан на магнитной фазовом переходе II рода;

, б) в данном устройстве совмещены преобразователи тепловой энергии в механическую и электрическуо, каждый из которых может функционировать автономно;

в) управляя критической температурой перехода 1 рода в ма
териале' рабочего тела, можно обеспечить его действие в любое
время года, используя тепло природных возобновляемых источников
rwprwj ига проищи ленных установок, и в лсбое время, суток за счет
лкумукироьзниг тепловой энергии Солнца. '"".'

й. Из оснлч> пленок сплавов Ni-Pd впервые разработаны дат-

- -j -:.- 'Л ::->[ \:нщ-уг._ы r.-j^strri.'.L.^-.c- _^-„їь-й^її.. і'ПР?рмикЛ-«сіктеод>> zu-i2X->a+*KH с; линчи::', '^.лЦСгі^от^рр:.-.

7. Я\ осново пшіс.с .-.гглі-.сь F«-Rh enepsj,*? разрзботани д«т-^;,:"(К а-зцлрния и магнитного поля, споссбнш не только фгкепрогип-лсЯотвуюаяо на них лавлеедл ч чоля, цс п запомагать их.

ОС70!>ЄСНЄСТЬ .ГГОІЇОУ'гІШП Л ?>.і>.г.йСЗ .'Л'.СССрЛІ'Л'Лі СбССИОМНЭ

'-'f, что "они'базируются *:j ггео-спр^сн-'ь-х розультотах зксл^річг--'

'Гі|'!:"У ІІССЛУ-ЛСЕЗШіЯ, ПрСч> Лі Ч: ;'й:' Z ПСЧОЛЬПОВЗЬ'ЧС-М ПрСВОрОЛЧсІХ

<-.': лик на современной йсіфріі-ууш.нс^ сгаа-хкуре, э тгяжо т^м, -і::; ї«:.? <->исленн« оценки :гссл.~-йозз;:кіс-: г,з.>.ам?тров, сделакныэ ні ч\:іі.;-і(? печученных результатов г,Єдї':*.->:їл,"г/!ся сравнением с япто-р'лтурн&та даиніма к прямой ^хепергч'-нтол/гне;! проверкой.

Практическая- значимость полученных результатов такке поят-, ^рулона полученными авторским» сенлотє-яьстеомп на изобретения.

Ли^тое участке автора з- получении н?ууиід< результатов. IU ;:рлтлжекии Core? двадцати г--т автор является научным руководите-

""Ч И НОГТОСреДСТВеННЬМ ИСЧ0ЛНК7ЄЛЄМ ПО ВСеМ разделам ТОМЫ, ЕКЛ1-

n.j постановку и решение задач, анализ, обобщение результатов » о-да.яеление перспективы исследований магнитных и электрических :?:-г::стБ в магнитных материалах л использование их в технике пре-- огг/'овэд.'й тепяГ'-'Ой энергии.

Публикации чо теме работы. По течо диссертации опубликез^но
їо рлбот, . тоы числе 4S статеЯ в журналах: "Мурчал рксперимеп-
тальноп 'Л теоретической физики", "Физика металлов и метаялеводо~
;<ие'', "іЬвести'я .АН Туркменской ССР", в материалах Международнмх, .
Всєс/фзмііх, Зональньк конференций и семинаров по физике нагни г-
них явлений, в Ученых записках .и тематических сборниках'ТГУ.' По
лучено \ї asTcpcKfic сеидєтєльстз на изобретения, издана і моно
графия, ь "Ылым" АН ТССР. .''.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Ме-сд/нэродноП конференции поч-вгнетизму (Москва,' 1973*, Между^-- . народной конференции стран-членов СЭВ по физике магкитніи нчто-Риалов (г. Яшовец, ПНР, 1830), Международной кон^ркнаил г.о гиромагнитной электронике и электродинамике (Вилыже, І.';.?;, Л.--.-союзных конференциях по физике магнитных .явления (Краен: ч :.', Ш71;.;.Донецк, .1977;.Пермь,. 1981; Тула, 1983; Кэяшпи. і':.;":;.

- 10 -Всесоюзных совещаниях по упорядочению атомов к его влиянию на свойства сплавов (Томск, 1972; Киев, 1979), Зональном семинаре по изике магнитных явления (Иркутск, 1977, 1978), Вес-союзном ееминэрэ по магнитным переходам и критическим явлениям (Махачкала, 1SS9), научной сессии Собєтз по координации АН TCGP по использованию в народной хозяйстве возобнавлломік,источнпков эне-' ргип.(Аагабот, 1083), I Республиканской Межвузовской научной конференции по актуальны-: проблемам физики твердого тела, радио^и-сики я теплофизики (Ашгабат, 1931), ежегодник научных конференцій* профессорско-преподавательского состава Туркменского госу-ннгюрентотз им. Маггымгулц (1950-2591).

Действуешь .лайоготорнь)? not.va разработанных устройств экспонировались на Республиканской вьктавке молодежного творчества (Ашгабат, ТГУ, 1991). '' '

.І. ТЬРМОДИІАМ'ИЧЕСКЛП ТЕОРИЯ ЦИКЛОВ МАГНИТОМЕХАНМЧЕСКОГС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ С РАБОЧИМ ТЕЛОМ, ПРЕТЕРПЕВАКЩЧ ЫАГИЛгТНШ ФАЗОВІЙ ПЕРЕХОД ПЕРВОГО РОДА

Проведенные автором научные исследования песьящены разрабо тке основ создания устройств магнитомеханического преобразовани. теплоты, ь качестве рабочего тела которых используется новый класс магнитных материалов, обладают;; магнитными фазовыми пере холами 1 рода. -

Знергопрообразувцие устройства в современных условиях должны удовлетворять в первую очередь совокупности двух критериев; энергетическая .объективность и экологическая безопасность. аз-рзботаннып автором способ преобразования тепловой энергии у; ->b-ле-гворя>л этим критериям, поскольку применение твердого РТ ПрИЧ-ц;идаг,гно не сказі кает вредного влияния на окрукаїздуь средь И<-:і:>:і:*,:<.ч.:<н;іе магнитного материала с фазовым переходом I рода в і-т-г'ОіК' р >5очего тола позволило существенно повисить коэф;ик«-ен? полезного дей'ль'кя устройств по сравнен»» с известными аналог !v;«, р клеры* используется материалы с фазовыми переходам;.

"s?:":'J.''l"^! У. "J >'~о>^'''-ч"'ИЧ-.^к^гэ преобразования трплоть'. Узгнг,-

";> .-..':, ~ї:\~- »Тч'\',>Л:.і I род.і 4ЧЗ!ірСІОі:даоТСЯ СГ-'-ЛукСПУН X3p-V"Vp

- 11 -.-::..:1 cc.'V-m'.ovi.w.-.i: е:о^:ооср>аэкьг.1 нсмоіюнием пє-рі-ік производных -:;;;'лп ач/ческого потоісаяа ікїузгчпчєнкости. у дальнего обі-е-'--. -^ ) , суи^етюрзоне:-: критической температуры переходе, j ₍ л -->j : зьиегместьв or :-:'-:р.-<лс;игастй магнитного поля И. On;-! по- ' ?:-01,/.1)г осуществлять ссотрс-тструсано цикли,мзгнптскеханнческого "Тообразсвония теплоты. для :;с:ь-ротност:і построение инклоЕ проо-

Гр.-ООВанпя ОСуїДеСХЕДЯПОСЬ ОТНССЛТелЬНО роеочого топа В СИЛО сп-

л.;-) -їєл.-'Зо-родий ( FeRh), обладавшего магнитк;.' Фзоор:м пороло-,-;.< І рола антифорромаїліе. Лом-у-ру-л^рнетном ( Л>ЇМ-;М,⁴.

:Р) рис. І представлен?, принципиальная сх^-ма роботы терко!-!.}-ппггнего дьигателя. ка рис.2 - локальная намагниченность рлеочо-г.; тела (РТ) с модельнім переходом Дч'М-ОМ. В точко І РТ находится .в ^Ш состоянии при температуро Т<Т в слабом магнитном поло-. практически но взэнм'оойствуя с ним. Резкое увеличение энергии взаимодействия РТ с магнитным полем происходит после нагрева его до температуры Т_к (участок 1-2) и сообщения ому скрытой теплоты перехода АФМ-ФМ (участок 3-3). Ка участке 3-4 РТ з ФМ состоянии втягивается в поле, совершая работу. На участках 4-5 и 5-6 про-походит охлаждение FT и отвод от него скрытой теплоти переходя при температуре Т -ЛЯ, где величина Л=ЗГ /ЯП определяет полоюЛ едг.иг температуры перехода. Участок 6-1 соответствует удалении Г^!Т в ЛФМ состоянии из области действия магнитного поля. Полосная о;-.р-га совершается данным устройством за счет раскоети энергия їОг-'ї'модоПстьня РТ в ФМ и АФМ состояниях с магнитит полем

Расчет кпд звигзтеля осноезн на рассмотрении возмсжіія ко.ч-
{«гураийЯ цикле» между кривши I,. II, 111 и IV (рнс.З), опрело-
ляр'Л.мп температуркы? зависимости энтропии однофазных состояний
?Т: і - антиферромагнитного при отсутствии поля (Н=0)'. II - ан-
гпферрскапмтного при Н * О, III - ферромагнитного при Н=0 и IV
- «?ррсмзгнитного при Н 3^е 0. . '

life .сснозанпга на сообщении рабочему телу ггрьгтой тепло г:: магнитного -т-азегюго перехода. На участке 1-2 рабочему телу в-поло- н_о з і<ІМ состоянии сообщается теплота Q, ₂

оде С_вд- удельная теплоемкость РТ в АФМ состоянии при НО, Т, 7₁ На участке 2-3 рабочему телу сообщается <:.к|и "' од ???.!--. : -еоходэ' АФ-М-ФМ Q,

- 12 - '

Q« =.^^-) = ^^)-. : ' '<г>

где S,, - удельная энтропия РТ в АФМ состояния при Т=Т₂ и Н=0, S₃

- удельная знгрспня РТ в'ФМ состоянии при Т,-Т, и Н=0. . S"

* . ^--На участі» 3-4 РТ е ФИ состоянии адиабатически втягивается

в поле Н # Q. при этом его температура изменяется за счет мапг.і-

то;салорпческого аффекта на величину йТ₅> ""V"*^ ^

^л - -і-і L в * і si vr-'У С, - уделыйя теплоемкость в постоянном поле, с - улельноя

ііамагнпчонмость. ' ''

Из участке 4-й от РТ от годится те-плстз Q,_.:

. Q.-5 - WV'si = с^ан^-т^ и;

г.'.-j C,_trll - удс-льнал теллоьу.шоть РТ-її W! состояния в поле Н ' С На участке Ь'-О от РТ отводится скрытая теплота.перехода СК--А«М Q_Wi

Тэк как (см. рис.5)

На участку -1 f-'T в AM состоякки. здиас-этическк удалльч-ся і:у г-б';-зсті" доЯстеия петы. иэм-iv.ehKy его температури при этом Оіі-('-.-Ді-Дя.'тся ьцизіонксм і 3} для магшгокалорлчеекого &і}^кта.

Кпі цикла 1-2-3-4-Ь-б-і

-.. ,- І - _Si^. J..^Q5.-Ji„- ( Г.

У-ііГ, tii.a>i (1) (5) .> _si.v.- |:"-/,/ч-_;г.>

C^(AH~Vt,Г""" ^;'"'v^?T. V""'" '

¹і;'гг.онно тюле-сінл.; paJoia, re-"-. г^ем^?"','вас-кок

v--і -

- 13 -Цикл, основанный на индуцировании магнитного фазового перехода полем. Участок 1-2 этого цикла совпадает с участком 1-? предьдукего. На участке 2-5'РТ адиабатически -вносятся г поле Н< <Н_п, где Н_п - предег.ыое поле,- необходимое для индуцирования '1-М состояния во всем объеме РТ. При этом часть. X массы РТ переходит. в <Д' состояг \ а вся масса РТ охлакяается а.о температури ту. Рассмотрение баланса энтропии пхл.олило определить величину X как функций Н:

_х ^!^пП^аШ^г"^ЛН2 м-

Значенке И , обеспечивавшее полный адиабатический переход, нахо
дим ИЗ УСЛОВИЯ X = 1: ' ' '

(т₂/Д)-1 - ехр

I На участке S-<3 происходит переход части X массы РТ из Ш т,

АФМ состояние, при этом от РТ отводится теплота Q₅^₆

"00 1}

(13)

«5-6

1 н/-

(IS)'' (16)

>fT_a-AH)C_Mln[VCr_a-AH)3

Участок G-1 совпадает с уч?отком 6-1 продыт/aiero цикла, никла 1-2-5-6-1

1 - -=

ч-а

или с учетом (1) и (14) получим

. Р₂-ЛК)1п[Т₂/(Т₂-АН)3

^ " AK~T,₊T_R "

Это вырагэние справедливо до значений поля Н--Н , с-пре являемого из (13).

Влияние термического гистерезиса магнитного фазового !у-дохода в РТ иэ кпд .термомагнитного двигателя, Влияние термкчеоко-го гистерезиса магнитного фазового перехода I рода на кпд маг ни-томйханического способа прэобразечакия теплоты учитывалось ~ помощью аналогий гістерезисного явлення в твердом те.¹!? с глестоГ' тепловой машины, рабочее тело которого не обладает гистерезисом. Во втором случае "гистерезис" как разница между тенг~рзтуро'> т-

- 14 -
рохода при нагреве л температурой перехода, при охлэх^-гении приво
дят к получению полезной работы. В первом случае вследствие- о-дм-
кнутоста систелм происходят диссипация работы и передача ее хо
лодильнику'в виде. Од. Кпд тепловой машины с РТ, обладающим- гис
терезисом, - ' - .

где Од - теплота, переданная холодильнику при диссипации работы
на гистерезисе, ijj - кпд соответствуоаего безпяп срэзисиого цик
ла. . '

Цикл 1-2-3-4-5-6-1 при наличии гистерезису преобразуется ь. цикл 1-2-5-4-7-5-1', а цикл 1-2-5-6-1 - в цикл 1-2-5-7-8-1'. Последовательный учет теплот на различных участках, составлявших циклы, приводит к следующим выражениям для расчета их кпд ', ^С*"^АН * ^₂-АН){(С_Д0-С_фа)1п[Т₂/(Т₂-ЛН)3^(Т_а)}

АО а 2

СТ_а-АН)1п[Т_а/(Т_а-АН}]-

,_{ji = 1} ___ .__, _(1В)

(^CAO-^coo)^AH*^Ta^S-(^T₂-^AH)

'И С -(AH+rJ- - Т AS(T } " '⁽²⁰⁾

г,^Ла(Т₂-АН)!п[Т₂/_Г?₂-ЛН)3

. (

^iv;H-H_B) ~ ЛН * т ' '

где і - ыи.ринз. гистерезиса. '

При И>Н цикл с- индуцированием фазового перехода магнитный
пелен определяется точками \"-2-*5"~7"-&"~t". Для расчета кпд в
атом слу юн- получено Бцэажение ''-.„

С*о (АН-АНj'*C_A0T*CT_a-AH) [(С_Ао-С_фо)1п^рГД5]

Vva, V^! с"7лн^ї ^{: : -<cZ)}

і ' ^иг.> АО ^l ' '

Lr.\ г-;;р.:делс!Мл кпд термомзгнитного двигателя с РТ, испиты-сг..:;:.'. к-,пиг:л.їі <{^йоы,Я переход II рода и сопоставления с резу-.'"..:-»:;> .;о:мул (IS) - <21) Сыпи использованы известные "формулы

. -'.':-: ї. :^:.о.; г.; - - '/'.;, "

: -"ч.'.ч .-пиитического намагничивания РГ

- 15 -
і? = 1 - exp<-kH/Q, ' (2?)

в случае изотермического намагничивания РТ

V = 1/[САН * Т₃/{Т₃-Т,)] ', ' . (РА)

где С - удельная теплоемкость, V - dM^dT - тангенс угла наклеил пряной. яллрокслм:ірувд

II. МАГНИТН'гЕ И ЗЛгКТР№!НСККЕ'СБ0Е;СТ0А, ТЕлШаОГга Ті"М%БРЛЖШ! МАТЕРИАЛА РАБОЧЕГО ТЕЛА К Ь'ПЛ МАГНі-П'ОГСХАН^КОКОГО СПОСОБА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ їиіПЛ'ГМ Согласно формулам {18} - (22) для окопериг.онталъного определения термического кпд рассмэтригземогс» юпг.ггої.'охаїгнческоп;- > опооебз преобразования теплоти необходимо знать следующие пэра- нотой, харзкторпзукдие, переход А'ёЧ-С-М в РТ: крг.тпческув температуру, ширину термического' гистерезиса. сды:г критической тчмло-- .

ратурі.; МАГНИТНЫМ ПОЛСМ, V,3MGH«U',G ЭНТрОПГД! РТ ПрИ ПерОХОГ.О. Tf;n-

л(;о,ч!'ость РТ в АС'И і; ФМ состояниях. С целью получения отих данная автором исследован широкий круг мапштнін и алоктричоекпх свсЯств мзссиеньк и пленочных образцов сплэгюв Fe-Rh п области ссотавов. близких к эквнатомному.

Q-^2llUJLMSI2M^lJ^MS9S3hJ'2!^ йпнтокспальные пленки он лзеов Fe-Rh с содержанием родия от 10 до 90 ат.% л тог.диікг. с? 0.2-10"⁷ до 1.5-10*⁷м были получены путем конденсаигн парат.', г;:-лэьоз соответствующих составов в вакууме ~ 10^ Но на (003),--:::-г-ерхности свежих сколов кристаллов MgO и LiF.

Фа-мп-й состав и кристаллическая структура пленок последа- вала:- злектроногрзфически на проорет. Температурні.» сагпаичоотп намагниченное ги насыцеиия и первой константы магнитно;"/ анпое:а;о-ппя пленок исследовались с помощью вращательного маснитонечра. Олнлнпо магнитного поля на переход АЗМ-ФМ в-пленках научалось о почсшьо а'-.-ітторовсксго соленоида з полях до 7. Гі'З- 1С⁶ А/к, а т.ік:тл-с ломо-дыз импульсного соленоида в полях до 15.3LM0⁶ Л/н. Лул. исследования влияния гидростатического давления на г-арач-ч; а ;;;-рехода оираапы помотались в кзкеру, в которой создавало- j. ;.аг-а -ний до 9-10 Па. '

"Массивны? сплавы Fe-Rh-'с содержанием родия .',Я :':;; а;.' тельное- желоао были получены инаукшгачая гласит;'-: ъ а::'--.: : -

аргона при избыточном давлении ~ 10⁵ Па. Состав плёночных мас-сивньк образцов определялся („./годом рентгеноспектрального флво-ресцептного анализа с точностью не хуже 0.1% . Результаты исследования электрических и магнитных свойств образцов этих сплавов показали, что переход АФМ-ФМ в сплаве Fe_4BRh₅₁ происходят в области температур 310-330 К, легко достижимых с помощь» нагревателя типа "горячки яиик" в летний период в условиях Туркменистана. Поэтому траметры перехода АФМ-ФМ наиболее полно были иссле- -дованы на образцах сплава этого состава.

Путем горячей прокатки и электроискровой вырезки из сплава і*
Fe₄₉Rh₅₁ были изготовлены образцы размерами (4x14x0.27) 10"⁹ м³.
Начальная магнитная проницаемость '/йшов исследовалась путем
измерения относительной индуктивноегп катушки с сердечником на
данного образца. Намагниченность измерялась методом коммутации
магнитного потока ь соленоиде в полях до 7.9S-10⁴ А/м и в Элект
ре ..ігнитє-в полях до 14-10⁵.А/м. Исследования тернсоде проводи
лись, дифференциальным методом при разности температур горячего.к
колодного концов образца 10-20 К в кШ области, 2-5 К в области
перехода АФМ-ФМ, 12-15 У й Ш области до точки Кг>и и 25 К в па
рамагнитной (Ш) области вплоть до 1173 К. Измерения злектросоп--
готивленіїл пленок и массивных-образцов проводились стандартны!.!
потенциомзтрическим способом. 'Температура образцов измерялась с
помощь» медь-конста'нтановых, хромель-алшелевых и ыедь-копеле к
термопар. ' .

Структура и термообработка образцов. Полученные при конден
сации пленечньв образцы представляли собой блочные монокристал-
л .. Расад'^овка электронограмм показала,' что в процессе конден
сации пленки эгсы-атомного состзвз на MgO'и LiF получались неод-
нс«Іизньми: в них наряду с преобладающим количеством иеупорядо"
чинной гцк фази, ориентированной относительно кристалла подлож
ки по прямей схеме - (001) [1001 1|(001)11005„„„„„„„„, присутст-
Wi-т упооїдеченноя по типу CsCl if аза, ориентированная относите
льно кристалла подложки по диагональной схеме - (001) tl003₀„_K|j
IK 001) і 110! . Основной причи". ft двухфазности плене, явля-
і-тг.я сг:1би;ч;сац«й при кілленс '.к .пэров с: "^ва на хог-оаиьк. под
ле к: чх )-->л . .v-Tf-кг.^ратурвдй гик 3<ази. ' : '

" '-> ,;. у:;жіл:я в '.к-с.^г.одовлннс>: пле.чкзу мзкс;!УЗ.-.1-¹:о ьозмож-

- 17. -ноя степени атомного порядка их необходимо и достаточно отжечь при 97Q К в течение-30 минут со скероетьп нагрева и охлаждения но вше 30 К/'час. Злектроногра^ически обнаружено, чта поело такого отгага пленки содержат только вьескоупорядоченнув по типу CsCl оцк фазу, ориентированнус относительно кристалла педлокч: по диагональной схемо. Повылекне скорости нагрева и охлаждения приводит к раяориентации кристаллитов пленок относительно кристаллов ПОДЛОЖеК. ПРИЧИНОЙ рЗЗОрИОНТЭШШ ЯВЛЯОТСЯ Как бОЛ1/..:ая pa-

ЭШН1-Э кот}мцненгов теплового расширения материалов плене:; и по-
дложек, ток и скачок: коэффициента теплового расширения пленок
при переходе их из ферромагнитного состояния в парамагнитное в
точке Юори. - ' '

Непосредственно после конденсации пленки не обладали переходом АФМ-ФМ. Переход г- них наблсдался лишь после описанного выше отжига. Таким образом, результаты исследования фазового Состава и структуры пленочных образцов позволили доказать, что переход АФМ-ФМ в сплавах системы Fe-Rh связан с наличием в ник атомно упорядоченной по типу CsCl оцк фазы. Кроме того, результаты этих исследований позволили определить направление поиска ' режима термообработки массивных образцов., приводящего к оптимальным параметрам перехода АФМ-ФМ в образцах РЇ термомагнітного двигателя.

Поело механической очистки и химического травления обращай сплава Fe_<9Rh₅₅ били подвергнуты 72 часовому отжигу в вакууме . при 1270 К. Сплавы Fe-Rh вблизи эквиатомного состава при нормальном давлении претерпевает магнитные превращения АФМ-ФМ и ФМ-. -Ш, пгэтому проведенные далее закалки образцов осуществлялись по схечзм ФМ-АФМ, Ш-АФМ, ПМ-ФМ и Ш-ПМ. Результаты закалочных экспериментов, представленные в таблице 1 и на рис. 4, свидетельствуют о том, что оптимизация параметров перехода АФМ-ФМ достигается эзкалкой образцов от температур не ниже 1270 К и последующи термоциклированием в температуркой области перехода. 8_{ и т, -протяженность области, іерехода и. ширина термической петли гистерезиса в первомцикле, 9₂ и т_ - то же после многократного повторения циклов перехода.

Электрические, магнитные'свойства сплавов Fe-Rh пси п-.ч ;, -.де'; АФМгФИ, - влияние на' параметры перехода дазлс-н.чп" ;.-,<; і „;;> >: ; . [ магнитного поля., При исследовании влияния холдинг :.лсіі-;.і- і: і і: -

- is -- _

рзнотрц перехода А-ЇМ-ФМ были обнаружены следую^;- чако'смэгчюс-тп. Температура перехода тонких пленок намного км;:;е,. -.г-л :\ пассивных образцах того ке состава. С увеличением толщины Т пленок

на подложках ,4gO приближается, а начиная с толщины ~ 7-Ю"⁸ м,
превшает Т массивные образцов. Переход становится Сепаа резкий
и менее гистерезис; им, скачок магнитных я электрических свойств '
при переходе увеличивается. В пленках, псреса:тенньк после отжига
с КдО на кварцееые пластины и вновь отокженкых, парамэтри пер -
. ода прнбликазтея ,по своим значениям к соответствующим в массив
ных образцах. Диализ экспериментальна данньк позволил оценить
ёеличппу снимающих напряженки, действующих на пленки со стороны
подложек. 3 пленках толщиной 1.5-10~⁷м эти напряжения достигает
4. Є- 10⁵'!в. ;.

Первая константа магнитной кристаллографической анизотропии пленок при переходе претерпевает значительные изменения (рис.5). Максимальные значения ее для пленок эквиатемного состава нз пед-яо*ках MgO и пленок, отделенных от МдО, в ФМ состояния составляет 1.3-10* и 1.8-10⁴ Дж/1<1³, соответственно.

На рис. 6 представлень! температурные пзбис;*єє"уи намагниченности сплава Fe^gRhj.,. Череход 4ФМ-ФМ б спла?е і з'-каленнсг* со-'.тояниї: происходит чрезвычайно резко - интервал температур -23-;-# К - п сопровождается изменением намагниченности, на 8% пре--ь^аші.к і.сисчієііпє намагниченности еппава в отожженном соетоя-. ни. С у:.:-?;:ічением поля кривые М(Т) сдвигается б сторону н«з,..*х

..W-ruiyj.-.

ші>. надежного определения температурной области, от угстїє- :!юй за столь pes кий переход в сплавах в закаленном состоянии,

ло прег'т.инитс комплексное изучение температурных зависимостей ,лс:<тросс!ірот;!п-ния (от 300 до 1373 К) и терш?дс (от 223 до .173 К), '.".а графіка температурной зависимости электросопротивление {рис. /) ькдно, что в сплаве происходит обратимый переход Л-М4-ІМ ь сОласти температур 23-1-416 К для отоыенного образца с ) ермпш :.-.;'- '. іетсрсч-.исом в 44 К и ь области температур 300-333 К .;.' -.1.д--..; ;--."г,Ч'.-1ч-> образца с гистерезисом 4-В К. Ска-ок эдехтроссп-;-.-ii'i:,.. :мп .^аж.нного обраоиа. бог.::-о но сравнении с отож-кншм. та-..-. ії..> (с.'м.ло ЫЗ К) ка '-.рулей р( Т) нзбледаетс* характер--..-,) ...':.-!> : і'іг.огю.лє т..л<пс-р ./>' ('4*1-IK К але.сгр... с.;:.-от.^,_:зле-!...' ,.' :. :.:;;.-;; : , .--мператури. Грі: д.'пи;е-й.>:м ь':п --.он.-:;; v~;i

- 19 -теклс-р^туре около 1230 К на кривой р(Т) наблодаетсл еик? один голом, появление которого связано с зарождением, ссглзсг- ^ооодай диаграммы системы Fc 1h, гик фасы.

З області! перехода AvM-'M' величина тс-рмооде оякаленного сплава Fc ₆R)i_v яри кагрево дваїади меняет -знак, резко падает до

значення ~ 2Ы0" В/К. динепне "зстс-т вплоть до температуры re-, рехода б парамагнитное состояние, где прете помог полом, и г:р;; температуре ~ S50 К вновь меняет знак (рнс.гі).

Результаты этих исследований подтвердили дэ:;¹;:.^ :^n«!niux измерений о о'слео резкой и менее гистераоїісіїом переходе в поколенных образцах по сравнению с отож;гєш;ц«і. Креме того,отії результати позволили выдвинуть предположение о зернах етзоилпаируг-дайся при закалке высокотемпературной гц,к <|азн как о зародь. х. стимулирующих развитие перехода АФМ-ФМ в закаленных образцах.

Критическая температура перехода АФМ-ФМ в сплавах системи Fe~Rh определенного состава зависит от напряженности внешнего магнитного поля и внешнего давления. Величина полевого сдвига температуры перехода непосредственно влияот н^-5 кпд циклов термомагнитного двигателя, поскольку определяет соласть его рабочих,, температур. Значения полевого и барического сдвига температури ' перехода позволяет по уравнении Клапейронз-Клаузнуса вычислить изменение энтропии рабочего тела при переходе, которое такке входит в расчетные формулы для кпд двигателя.

Переход ЛС'М-ФМ в пленках сплавов Fe-Rh индуцируется приложением достаточно сильного магнитного поля, Анализ полевых зависимостей электросопротивления пленок (рис. Р) показал, что знаменна критического поля перехода Н пленок всех исследсваь'шхся состазов и толщин д-'ейно увеличивается с уменьшением температуры. Значения <Ш /dT равны, например, для пленок, содержащих 20 и

S3 ат.У. родия. -1.10- 10^s и -1.13-10⁵ А/м-К. Изменение намагниченности пленок указанных составов 7.73-Ю"³ : 7.Е0-1СГ⁵ Тл-м³/кг. Используя магнитное уравнение Клапеирона-Кдаузиусе.

dT/dH = - (do-/AS), (25)

где AS и Де- - соответственно разности удельной энтропии и удельной намагниченности АФМ и ФМ фаз, для пленок указанных состазов получены значения изменения-энтропии 8.5 и 8.12 Дх-кг-К.

Влияние гидростатического давления на параметр-1 перехода АФМ-СМ исследовалось путем снятия температурных зависимостей

.. , - 20'- .. . электросопротивления пленок при фиксированных давлениях Р (рис 10). Найдено, что температура перекода "пленок является линейно возрастающей Функцией давления.. Значения dTVclP, например, для

пленок с содержанием родия 50 и 48 эт.% равны 4..73-10^,-^4.60 х х 10"^s Mia. Используя величину объемного эффекта'при переходе &V/V = 0.S %, по барическому уравнению Клапейрояа-КлауЗйуса

ДБ(Р) = AV(dP/dT_K) , (26)

вычислены значения изменения энтропии 18.8 и 19.5"Дж/кг-К.;

На рис.11 приведены температуриш зависимости электросопро
тивления сплава Fe_wRh_rj при различных магнитных полях. Анализ
отих зависимостей показывает, что критические температуры прямо
го Т_и и обратного Т^ перехода линейно уменьшается с увеличением
поля. . ' ^О . , , ' . '-..-

На ряс. І2 представлены зависимости Т и Т' от'Н. Определен-

ноо'ло наклону этих кривых значение dT/dH равно 8.9-10"* К-м/Д. Температуры перехода при нагреве и охлаждении в отсутствии поля равньї 323 и 315 К, -Соответственно. -...',-'

Криві* намагничивания закаленного сплава Fe₄₉Rh_s. прлаедсны на рис. 13. Кривая 1 получена^при увеличении магячтного ноли при температуре 323 К. При этой температуре согласно кривой фазового равновесия (рис.12) сплав находится в Ш состояния, при увеличении напрда-нности поля до 1.0-10^s Алл намзгнчченнссть рмко i№~ растает. Дальнейшее повышение поля вызывает незначительный реет намагниченности за счет парапроцесса. Кривыэ 2,' 3. "4 и 5 получе-. ли при уменьшении поля при температурах 315. ЗІЗ, 313 я 310 К, соответственно. Величина скачка намагниченности при перекоде Д'ЇМ-ФН, полученная экстраполяцией кривой,і (рис. 13) из области парапроцесса к нулевому полю, составляет-12_:І0~⁵ Тл-м^а/кг. Скачок оптрони при переходе, определенный из полученных данных, по уравнение (?!'?), равен" 13." S Дж-тсг-К. , '

Чи сг ; і tut у> оценки кпд магнитометанического cnocoda npeodpa-г-орлнил т^гтлоты. Как огмечалось вьше. полезная работе, цикла при илгнитсж'Х.'снческом способе преобразования численно равна пледа-;.'л \гл К И лкзтт>а>мо отого цикла между; кривой 1 'намагничивания РТ г- ^M состоянии чри' температуро Т и кривьми'рзомагкичяаания 2, .'. 3. 4. У, гшучеимм'А при уменшеная поля при'различных тлкпера-

- 21 -турах^-(рис. 13). Таблица 2 содержит результати вычислений полезной работы W рассматриваемого способа преобразования при различных юпктных полях.

Согласно форму та (20) сообщаемая рабочему телу от ем» него источника теплота при наличии термического гистерезиса перехода ЛчМ-ОМ есть C^fAH+r) + TjflS. Следовательно, формула для експериментального определения кпд принимает вид

„ ^w ,-,;

'" С,₀{ЛИ*т) * l₃tS ' ^у" '

\\л рис.14 представлены результати чиеяенньх оценок кпд при сос-б-йоьни рабочему толу скрытой теплоты перехода AtM-vM (нркр.ые J) t: np:i индуцировании перехода нагнитніи полем (криви? с). Кривая і* представляет зависимость іКН). рассчитанную по формуло (27) in основе гжеперименталг- х донній для РТ в виде ззяаленного сплам Re^jRhgj. Для сравнения т рис. 14 нанесены зависимости т^НГдля ' некоторых термокомпенсэшюнных СПЛЭВОВ (кривые 4-й)-. Видно, что использование магнитных фазовых переходов 1 рода дает кпд преобразования, почти на порядок превьиаюший кпд преобразования с ис пользованием магнитных фзоовьи переходов II рода в том т диапазоне температур и полей.

Хорошее согласие результатов экспериментального опредоленпл кпд с результатами теоретических исследования свидетельствует о достоверности выдвинутся автором физической концепции способа преобразования теплоты и соответствии выявленных на ее основе закономерностей" с закономерностями реально,протекавших процессов.

III. УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ "ПРЕВРАЩЕНИЯ -АФМ-ФМ РАБОЧЕГО ТЕМ -МАГ№!Т0ШХАНМЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕПЛОТЫ. При определима границ области, составов пленочных сбоазцрв сплавов Fc-Rh одинаковой' толадны, в которых происходит переход . АФМ-ФМ, обнаружены следующие закономерности. При отклонении состава от экЕкатошого в сторону увеличения содержания Fe переход АФМ-ФМ наблюдается в пленках с составом вплоть до 60 ат.й Fe. Электронографпчески в этих пленках выявляется янтенсирньіе сверх- структурные рефлексы фазы типа CsCl, На^:рис. 15 (кривая 1) приведена зависимость намагниченности насыщения М₅ от температуры

планки .толщиной 1.5-10^- с 'содержанием' Fe 59 ігс.У. Область теы-
ператур перехода отой пленки расположена намнеге г сей области, '
температур перехода пленки эквиатомного состава тсД же толвдны
(рис.15, кривая.2), изменение М^резко уменьшилось, переход'стал
сильно размытым по температуре. Увеличение содержания.Rh относи
тельно его содержания в пленках эквкатемного состава сдвигает
температурну»,область перехода в сторону высоких температур, од-
нако-.' это также сопровождается,уменьшением скачка нанагначс-ннос-
ти при переходе и расширением термического гистерезиса перехода
(р-ис. 15, кривая¹3).-' '. s ' .''-' ' '''

Описанные закономерности проявляется & пг,««>.>; других тол~ айн и., в еще большей степени \ массивных образцах сплавив Fe-Rh, 'а основе экспериментальных исследований влияния отклонений состава пленочных и массивных образцов сплавов системы Fe-Rh от э«--;:атокі;огу автором-сделан вывод о. локальном механизме'зарождения ^рромагньтизма в'антиферромагнитной матрице и-об исклечительнол г-оли избыточных атомов Fe в решетке FeRh. ",

- Таким образом, варьируя состав сплавов Fe-Rh-вблизи акЕИа-
тсыногс, vesc-io сдвигать облаете рабочих температур термоуэгкэт-
.юго дг-ягатоля к-ж в сторону низких, так и "в сторону вькхжкк т«-
,:кратур. Однако это приводит к уменьшению, скачка намагниченное-
гя мзтг-pvur,:, рабочего тела.при'фазовом п&реходо 1 рода и, следа-
імтсль-іі, л пониженно оффективностй магнитрмеханичеокогб преоб-
p.-t'.VC'?,'iHV"ri. .. ... -."."-'-. ,'''' ' .'"

.Чзс7;:чіК'о аам-лзенае компонентов сплава FeRh атомами 3d-, 4й- и Ы- ><-'Тжплов является более рациональным путем смещения об.п-*-.:ти :;->зоуах температур двигателя,, поскольку,- как показывают h.u,; лкс.и-./;;*'-.-.га таю-? замещение 'резко едьигает температурну» ?}."..:"."* ';--:«"^/;->Т">!'Лкия.А^-*М и СМ. фаз,, оставляя фактически кс-ис-

менной магнитную структуру сплава. Чтобы яэть научно обоснован-нуп рекомендация о методо по:;ска оптимального состава сплзез Fc~ Rh с'л&гирусїикя d- могаллэми, удовлотверявдзго требованиям, предъявляешь» как к Т, так ;t к магнитным свойствам, необходимо объяснить физические механизмы процессов, сбуслсвлнпега'лх результаты вышеназванных экспериментов.

ИЗС'?СТН0, ЧТО ОСНОВНЫМ УСЛОВНОМ ВОЭНИККОЕОНЛЯ 'JoppOl.nt'HHT-

ного порядка в системе коллективизированных электронов явддгтол бс.и-.'Аґ/.о' значения плотности состояний но поверхности Осрми г,{;- Р

](_F)n(c_F) > 1, . (-:}

где !{р) - интеграл обменного Езаинодействил. Согласно расчетам

гзогаей-структуры сплавов Fe-Rh (Кениг, 1982), в АГМ состояния .' УРоеонь Ферми находится слоаз, в непосредственной d.T.tOOCTil от пика плотности состоь\кЯ, характерного для всох гюреходшо: 3d-металлов и ии сплавов (рис. 10tf), то с-сть величина n(c_f.) пола, и условие (28; не выполняется.

ГЬ море поеьысния температуры уровень С-эрми спадается в сторону больших энергий,и электроны проводимости оамннаст состояния с большими значениями п(є_р). При некоторой температуре T_f плотность состояния на уровне Ферми п(е_я) достигнет величин..;, удовлетворяющей условию (28) и в сбрэаце образуется зароди -;ор -ромагнитной фазы. При этом пик плотности состоянии раотдлстоя на два, соответствуших ориентащмм спинов вдоль и против ;плві:~ ьтейся спонтанной намагниченности. -0<3а пика см'аастоя в сторону"

ЄОНЬйИХ ОНОрГИй, ЧТО ІірИТСЯИТ К ДаяЬНс-Йиі'?Ку уЬеЯИЧОНИЇ) !l(Ej.)

(рис. 1С?). Таким обо-эзок, процесс образования 4М ф-аап п/іет лльн-"
носсрзз.чо и переход AvM-ФМ происходит скачкой к представляет со
бой фаясвъЯ переход I родз. . -

Рассмотрен:! а- мозоль дает возможность определить"лапо:.!¹ гг.-ни? гг:;.у-~ г^-се." ; >'Пр;ыкн.'>: величиной критической" тлмг.ерагурп п--рохол^л А'У-Т.Ч. Если к епдаеу Fe-Rh, находящемуся в AtM осте л -чип добавить у.акус-яибо примесь, которая сместит уровень Ci'pv:; г-

ОТОрСНу бОЛЬЦИХ анерГИЯ (рис. 17), ТО ДЛЯ ТОГО, 4TOOU Г.ДОГН Г''-",'. '

состояний n(e_f) достигло величины, достаточной для со; лег.-'.ия "'IV. фазы, сплав нулю будот нагреть до коиыгой тс-ипорл-'-уро, го. <-;от& Т уменьшится. И наоборот: прн:-:ссь, -омоі^с-йя уреази: ..о- '

Mil Ь СТОрОНу МОНЫЫХ ЭНЭрГИЙ, d/ДЄТ уСОЛУЧИВйТЬ Bf.J'P.Bv. )',> '..'

' р?Г>нтуру. ггерохода А№-ФМ.

Восьма актуальней в-отой связи представляется задача проведения численных сценок величины смещения уровня Форми в оезуль-тате внесення в сплав одного атомного процента приноси. Результаты наших исследования комплекса кагнитник и кинетических свойств ' (капгптскристаллическая анизотропия, намагниченность нзеыяе-нг.я, аномагхньэ эффекты Холла и Нернста-Зттингсгзузена, удельное электросопротивление, терыозде, кагнктосопротивленко К териомаг-нитньЯ оК-экт), на монокристаллическик сплавах Ni-Pd с содержанием палладия от 0 до 80 ат.%, в интервале температур от 4.2 К до точек Кюри исследованных сплавов позволяет радить поставленную задачу.

Мяги'лтокркстдллкческая анизотропия сплар-ов Ni-Pd. Согласно теоретическим расчетам Кондорскогб и Итраубе наибольшие вклады ь энергии магнитной анизотропии дают те области зоны Бряллвэна,в которыхььроэдлшью или квасивырожденнш состояния, расщепленные спин-орбитальньн ьзаикодействием,расположены вблизи уровня Сер-ми. Эта моделі., основанная на зонных'представлениях, хорово соответствует экспериментальным данным по константе магнитной ени-аотрпони для частого никеля. ^Поскольку, кап узе отмечалось, аналогичные расчеты в общем случае для сплавов отсутст-уит, то г-кз~ . -ійтольньй интерес представляет проведение экспериментальных исследований мэгнптокристаллцческоЯ анизотропии па монокрксталличо жі:х спларэх Ni-Pd. Анализ полученных результатов в ражл: моде-;и Кондорского и Штраубе, позволят определить насколько сплавы ^;';-Pd наследует механизм, приводящий к кагнитокристаллической анизотропии частого никеля к экспериментально обосновать их аен-_:;ыЯ магнетизм. , ' ' . ''*.-,.

Определение константы магнитной анизотропии проводилось методом крутящих мыентов в области температур от 7? К до точки '-ори б магнитном поле "до IS-10⁵ Алл на'сферических образцах, с г.сгіолізо&анием криостатного анизометра. . ' .

На і ;.с. 18 показаны температурные зависимости первой константы мгкптохристаллаческой анизотропии Kj никель-паллаяиевых спг.аьои о соглрканием палладия от.О до,78,4 атХ. Как видно из rp.v',4'.Kc.b. е-оз исследованнью сплави обнаружили сильнуо вависиг и.-vTb К_{ ст Т'-дюрзтури. причем характер этой савиейности поз-»ол>Ч'Т рссдммть полученные кривые на две группы. К первой груп-«] С'Гнолп..".-; cii.'uu-іч с содержанием палладия от 0 до 50 ат % Pd,

имеющие отрицательные и уменьшающиеся с температурой- значения К,. У второй группы сгшавоа с содержанием палладия отже 50 ат. % значения К, пслоиггслъки v. также убывапт ло' пуля по море приближения температуру к точко Кори.

Анализ концентрационной- зззпспмости максимально'! скорости изменения величины К, с температурой - (оК,ліТ)₍^_? покззызот, . что Kj сильнее загноит от температуры у тех сплаве?., гло К.>0. Креме того, как гї'дііо из рис. 19, у сплзков киколь-паллзлий температурная зависимость Kj ікра-зна гораздо сильное, чом у гелоза (пунктирная линия на гралике). Отекла следует, что лее сплави системи tli-Pd по характеру те>.:г.срзтурмой*ззвйсшост;і контакты" . уппиггоіфпсталлнчс'ской анизотропии относятся к. кикслеа.сму'типу,'

КОТОРОМУ СВОЙСТЦеь'ИЫ і.'.70КІІО ЗііачетіЯ ВОЛИЧИШ (сГ.^АП') ! Этот

'|з!ст позволяет сделать в1<вод о том. что нпкелль-паллзднеглх^спла-du качественно наследуют особенности соннеft структур¹,! чистого никеля, и зонная модель Кондорского. сі.яспя»жш магнпто'шпетг;;-лпчоскуа анизотропно в чпетем никеле, по-гилимому, может СЬПЬ

НСПОЛЬЗОРСНЗ К ДЛЯ- ИНТОрГ.реТЗІШИ ТСЬ'ГіОрЗТУрііОЛ і! КСКЦеГїрЗЦНСІ!--

пса зависимостей К. в никелъ- палладием к сплавах.

Из рпс.ІБа видно, что у сплавов с содержанием палладия до аО ат.*: нзйлвдается смена 'знака константы К, с отрицательного на чолежитольнъй. В рамках зонной мололи от от зксперп^знто.т.-ні-й л>^!кт .может еЪггь осЗї:Ясїієн слелувдим сОрзссм. Известно, к.'-.' и ;;пс- < оспенных кризж для чистого никеля имеется ;,ва типа нарожден-

UX С0С7ОДШЛТ, расиеГІЛОНІіЬК СППИ-Ср&'.ТЗЛЬІІЬ?.' Т;ОаН>'ОД.2Й.ЄТ.,К-ІМ н .,

: ?-'.\\ основнье вклады в опоргив 'агнитігсЛ анизотроглчч уу.оль .сп Pi. с отрицательном вкладом'в онс-ргп» Магниткой опноотрс"ил, : 'лоль сея ГХ. с положительным. У чистого никеля и епдоша с пео'слылпм содержанием палладия при низких температурок уронен¹-. Х'зси находится в непосредственной близости от илрекденкя л.доль г/л i'L, что приводит к тону, что осыо легкого намагнкчилэннл «г,-

''л ось типа fill] и Kj имеет отрицательный знак. С ростом температуры уровень чорни пэшиаотся, і> результате чего гоголе -тает склад от оси ГХ, который стремится сделать осіле легкого намагничивания ось типа [1001 и обуславливает г.опотлтог.ыик- оч/.чс- ₍ нкя .константи шгнптокрие'таллпческоп- анизотропии К,. При некоторой температуре, которая была названа наш точкой "ксипопоацнн анизотропия,„результат действия двух противоположат по зпе-у

-23 -вкладов обращается в нуль, что обуславливает обращение г. пум константы К, перед тем,как она переходит в область»положителен'с-: значений. На рис. 20 показана зависимость точки компенсации w-ннтнон анизотропии T^a, о^т концентрации палладия а сплаве, Г.. графика видно, что добавление палладия приводит' к понижению температуры'компенсации анизотропия: если.у чистого никеля она ратна 430 К, то у сплава, содержащего 31.8 ат.л Рсі.она составляет ухе 310 К. Отсюда следует, что увеличение содержания палладия в сплаве, подобно увеличение температуры, приводит к "првыяенив уровня Ферми. Этот результат особенно южен, поскольку, во-первых, различнье теоретические расчеты даст по отому вопросу, совершенно противоречивые'данные, а во-вторых, в рамках модели Кондорского концентрационная зависимость константы магнитокрнс-таллйеской анизотропии может быть объяснена конкуренцией двух противоположных по знаку вкладов от вырождений вдоль осей ГІ и ГХ при повышении уровня 4ермя вследствие роста содержания палла-' дия е сплаве (рис.21). .' ' '

Особенно своеобразно ведет себя полевая.зависимость константы анизотропии сплава Ш-Рй, которая была исследована при те*-мпературе 77 К. в полях от 4-10^ъ до 12-Ю⁵ Д/м. В сплаве Ш-28 атУ. Pd константа К, отрицательна и растет с полем в два.раза быстрее, чем положительная константа в сплаве Ni-75-атУ. Pd. Это . соответствует 'квантовой теория анизотропии. Однако-в сплаве Ш-51.4 ат/J'Pd константа анизотропии уменьшается с увеличением поля, что казалось бы противоречит, квантовой теории анизотропии. Однако, учитывая наличие разных по знаку вкладов от вырожденных состояний вдоль осей T'L и ГХ,а так«,икея ввиду тот факт, что полевая зависимость^-.в сплавах, у котерьк К.- меньше нуля более сильная, чем в сплавах с попечительной к* обратную полевув зь-висимость константы анизотропии сплава Ці -51. 4 ат% Pd, по-видимому, мокно объяснить различии;;-! скоростями изменения величины вкладов в аіа:зотроіп:с. Отрицательная анизотропия типа FL растет с полем в два раза быстрее, чем анизотропия типа ГХ, поэтому в этом сплаве суиигрнзя констаната анизотропии с полем будет уме-пытаться. Таким образом, полевая зависимость константы аиизотрс пии также шхояит свое, 'объяснение С рзмкзк модели Кондорского, согласно коїсоод вклад.от вьгюжденньк состояния вдоль осей сим-к?.трик и:кы їрия?:ОНі ь эн^рги» магнитной сііпзотропии является

определявшим.

Зависимости намапиіченностїі насидоння от температуры для ни-кель-палладі;евш. сплавов представлены на рис. 22. Известно, что ззапмосвязь мэтау температурными зависимостями намагниченности насыщения и константы магнитскрпсталлйческой анизотропии вьража-

ОТСЯ СООТНОїЄНИЄМ . .

Для Гейзенберговских 'феромагнетиков в области низких температур квантовая теория дает п = 10. Эксперимент показывает, что зто справедливо для чистого железа/ но не- для никеля, где п. ССГЛЗСг "о Пузос. достигает величины ~70. Зксрдримс-нтолї.ю определенные а интервале температур о? 77 до 140 К значения п сказались у „плавов с содержанием палладия до 50 ат. ;; значительно большими, чем следует из ГёЯзе.-кЛ.-товскои модели. Это подтверждает слра-зелливос^ь зенноп модели применительно !: системе ник.ель-палла-лигвых сплавов.

Анизотропия нечетное кинетических r,Syb?. Анизотропия "немального эффекта Холла (АЗХ), проявляв:цзяся при намагничивании монокристаллов кубического типа (Fe. Mi и их сплавы) гдоль отличных кристаллографических осе.'І, была обнаружена рядом исс-

олсвателей, однако .не было сделано никаких еьеодоз относитель- - механизма, приводящего к появлении отой анизотропии, teb годнее Свириной и Немчиновым без приведеппл подробных декаса- . і'-с?в бало указано на возможность существования общих причин,,

-нтедяиих к возникновении магнитной анизотропии к анизотропии .. '"::, чзязакных с перестройкой электронной структури фзрромагн'лт-;: ;-> N1 за счет спин -орбитального взаимодействия. Что касается

:-'.мзяького оффектз Нэрнста-Эттннгсгзузена (ДЭНЗ), то его ани-..і.'.тропнье свойства вообіде не были изучены. .

ДЛЯ -ВЫЯСНСНИЯ ПРИРОДЫ аНИЗОТрОП'.'.И НеЧеТНЬК КНН07ИЧОСКИХ Di^s,i-

:- кгоз была исследована серия монокрпстал.пичоекпх сплавов с со-.^танием палладия 0, 10, 20,' 25, 30, 50, 50 и 70 ат. %. Для го-о, чтобы.исключить .влияние на анизотропно кинетических о^юктов локальных неоднеродностей структуры исходных монокристаллических ;литков, полученньк методом_Срнджмена, из каждого состава были приготовлены по два образца в виде прямоугольных параллелепипедов- "размером 2.2,35.2.,2 х 7.0 мм³. Зто позволило получить'по дрз эквивалентных'сеточки зрения геометрических размеров кристалл--

-аз -

графических направления на одном и том "же образце (-оси IIVA v. С112] на одном и 11203 и [0013 на другом образце). Плотность олектрического тока при измерении АЗХ и тепловой поток в случае ЛЭ'гВ имели постоянной направление - вдоль кристаллографической осі:-типа [110], совпадающее с длинной стороной образца.

Анализ полученных результатов показал, что по характеру на
блюдаемой анизотропии сплазы можно разделить на две группы. Для
группы сплавов с содержанием палладия c_w < 30 ат.У. константа,
АЭХ R_P максимальна (по модули, так как R_c<0), когда магнитное по
ле направлено вдоль кристаллографической оси [111],и минимальна
при Н II [001J (рис.23а). В том случае, когда образцы намагничи
ваются вдоль осей Ш0] я Ш23, J?_s приникает промежуточные зна
ченій. ' .

Сплавы, содержащие 50, 60 V! 70 ат.У, Pd,обнаружили максимальный офїект в том случае, когда монокристаллы намагничены вдоль

оси [ООП', а при Н II Ш1) эффект минимален (рис.23d).

." D сплаве Mi -30 ат. У. Pd обнаружена анизотропия обоих расско-' тренаьк типов (рис.24): в.интервале температур от 4.2 К до 330 1С этот сплав обнаруживает анизотропию никелевого типа, то есть

максимум R_s при Н II 11Ш и минимум при II II (ООП.

D области температур выае 330 К характер анизотропии обратный, максимум при Й II 1001] и минимум при Н ІП1Ш. На всех сплавах АЭХ становится изотропньм по мэре приближения температуры к точке Кюри. Для более детального анализа температурной а также концентрационной зависимостей анизотропии АЭХ удобно использовать известную феноменологическую формулу, связывающую константу АЭХ в кубических кристаллах с направляющими косинусами c_J( «_8< Од вектора спонтанной намагниченности относительно взаимно і 'р-пендикулярных осей С1003, [010] И 1001'і: *

R_s = R<> R^eje» +' ф* ф»> ..., (29)

где R^RJ.⁰⁰¹!, то есть константа АЭХ, определенная при Н И 1001], R^R^l-if⁰¹)).

На рис. 25 представлены теипературнье зависимости безразмерно? вйличинм » R^/jR^I, характеризующей относительную ани-ncfpotjnr АЭХ. Как видно из графиков, у сплавов, содержащих 0,

- 29 -і 0, 20 и 25 аг.У. Pd, величино ^ отрицательна во всей исследование! области температур (от 4.2 К до точки. Кюри) и обращается в ну .'!Ь вблизи точки Кюри. Сплав N1-30 ат.% Pd характерен тем, что кміяет знак с отрицательного на положительный в области Т»320-240 К, У сплавов с содержанием палладия 50, 60 и 70 ат. % во /лла области температур ^>0, причем около точки Кюри ; такке об-р^ается в нуль.' Креме того, у сплава N1-50 ат.Х-Pd $=0пр:! 7 = 4,2 К. Аналогична результаты <3ыли получены и для АЗНЭ, измеренного на тех хе образцах (рис.26).

Если сравнить рассмотренные зависимости с температурными зависимостями первой константы магнитокристаллическои анизотро-" пия (рис. 18), то легко заметить аналога» в повелении мех вели--' чин, исходя из которой моио сделать предположение, что ан'изот- ' ропия нечетных кинетических эффектов в сплава:< Ni-Pd имеет" обыеэ происхождение с магнитокристаллическои анизотропией. '>

Это'предположение находит свое подтверждение.при сопоставлении зависимостей анизотропии кинетических эффектов.и магнитной анизотропии от угла между направлением намагничивания и кристаллографической ocbD-1001], от. которой производился отсчет угла .. при вращении вектора намагниченности-в плоскости (НО), а также' зависимостей этих эффектов от концентрации палладия в сплавах. В т^гвом случае, то есть при сопоставлении угловых зависимостей,'

чеоокодкмо учесть, что энергия магнитной анизотропии є отсчи-гьззется от оси [001) в предположении, что с^^=0. Таким обра- . jom. поскольку R[^№5V 0 и Qf.V.o, то необходимо с энергией .

:,' .гйс27 угловые зависимости величины fiR_s сопоставлены с

«м.кгачньми зависимостями энергии магнитной анизотропии е^л,-А. ,ііія гримера приведены сплавы 20, 30 и 60 ат.% Pd при Т = 4.2 К., „знаковая симметрия сравниваемых зависимостей.легко заметна ви- . j/ і;:--.нс, однако, чтобы достоверно установить идентичность угло-: ,">' -звисимостеи AR_S и с^т , блли проведены численные оценки от--?! коэффициентов разложения этих, величин в тригонометричне-, :нй ряд:

z^m є₀ +. e,Cos2si> cfasA ,₀ ',

. \;. , 4R_S = :Ь„ + b,Cos2p + b_aCos4p.

Отношения коэффициентовразложения сведены в таблицу 3.

-зо -Как видно из таблицы 3, для каждого рассмотренного сплава отношение коэффициентов всех порядков разложения с большой точностью есть величина постоянная: e₀/b₀ *= Cjb, = е₂Ь₂ = , то

есть угловые зависимости &Rg и е^ш имевт одинаковую симметрию. Аналогичные результаты получены и применительно к аномальному эффекту Иернста-Эттингсгауаена. Это доказывает общность происхождения анизотропии нечетных кинетических эйоктов и энергии маг-нитокристаллической анизотропии.

Аналогия заметна и в концентрационных зависимостях величин (к С,с одной стороны,и Kj-c другой (рис.28), что также подтверждает сделанный вывод относительно природы анизотропии нечетны/:

. кинетических эффектов. Интерпретация полученных концентрационных зависимостей с точки зрения современных зонных представление позволяет получить необходима данные для решения поставленной выше задачи об управляемом смещении критической температуры цазо-

.вого перехода АФМ-ФМ в сплавах Fe-Rh путем внесения примесей ь сплав. -

"Согласно модели Кондорского'н Штраубе^определявший вклад ь энергии магнитной .анизотропия ферромагнитного никеля даит ьыро»-денныэ (в отсутствие спин-орбитального взаимодействия) энергетические уровни, располагавшиеся вблизи уровня Ферми вдоль.осей

симметрии ГХ и ГЬ-зоны Брішлсзна. Под влиянием спин-орбитального взаимодействия вьрождениыэ состояния расщепляется, а величина этого расщепления зависит от.ориентации вектора спонтанной нама-

.гниченности относительно кристаллографических осей.

Вклады в энергии магнитной анизотропии и анизотропию нечет-

' них кинетических эффектов от вырождения вблизи точек симметрии L и X зоны Бриллоэна различны по знакам, а именно; при Т = 4.2 I наличие вьрокдеііия у точки L приводит к отрицательные значеі ия*е величин К,, С и < у чистого Ж (при ато'и осьв легкого намагк.;Чй-вания является ось типа 11111; так как в этом случае уровень Ф^-рми проходит именно через вырожденныэ состояния у точки L) (рис.28, на вставке).

Если уровень Ферми будет проходить через вьрождение, суше-ствушее у точки X, то ото приведет к положительньм значениям величин К,, Си <, так как легкой осьс станет ось типа [ООП. Такий оброэс*. смену, оняка величин К_%, и С которая наблюдается н их концентрационных зависимостях можно объяснить, если

-зі-, предположить, что с ростом концентрация Pd (с^ уровень Ферми смещается в сторону вьсоких энергий, и при этом удаляется от вырождения у точки L и приближается к вырождение, _>существующему вблизи точки симметрии X зоны Бриплюна. Ранее ото бьпо отмечено Грановским и др. 'на основании полученньк наш экспериментальных данных по кинетическим эффектам, в системе сплавов Ni-Pd. . .._

Анизотропия четных эф^ктоп. В настоящее время развитие квактовомеханической теории магнитосопротивлення идет по двум независимым направлениям. Первый подход рассматривает з качестве основного механизма обменное (спин-спинозое) взаимодействие мелс-ду s- электронами, ответственными за проводимость и полностью локализованными магнитными 3d- электронами.

Лругои подход, і * юванньй на модели Нотта, учитывая' спин-орбитзльиое взаимодействие мезду s- и d- электронами, рассматривает рассеяние электронов проводимости в незаполненньв состояния 3d- зоны. В рамках этой модели весьма успешно интерпретировались многочисленные экспериментальные данные по анизотропии магнитосопоротявления на поликристаллических материалах. Что касается четных эффектов на монокристаллических сплавах, то в настоящее время нет строгой модели, удовлетворительно описывающей и объясняшеи их весьма заметную анизотропия.' Лишь Вонсовс-, ким было высказано предположение о том, что экспериментально на-бледаемая анизотропия магнигосопротавления в монокристаллах Мі (і 'я может быть обусловлена анизотропией, магнитострксцик, то есть .'.«одинаковой степенью деформация образцов при различных направ'-.'_, ленг'.ч их намагничивания. Если это предположение справедливо, :о. ччеъидно, угловыэ зависимости магнитосопротивлепяя и магни-гострикции должны быть идентичны, что и имеет место-для монокристаллов Fe. Однако пажи экспериментальные данные не пэлность» .їодтверждавт это предположение для случая N1 и сплавов Nl -Pd. нспесечное магнитосопротавленке (ГІМС) бько исследовано на тех же бр.ізцах, на которых измерялись АЭХ )', АЭНЭ. Электрический ток.

іхи измерениях анизотропии имел неизменное направление j II ПГОЗ, а магнитное поле вращалось в плоскости (110), всегда оставаясь перпендикулярным направление электрического тока. , , . На рис.29 показаны зависимости (ipj/p₀) ' эффекта от углч мему",ієктором спонтанной намагниченности M_s и кристаллограф;-

- 32 -ческой ось» С0013 для сплавов Ш-20ат./&М и Ni-70 ат.Я Pd при Т=300 К. Зйеет резко анизотропен, причем характер анизотропии, как видно из графика,существенно отличается у сплавов с различным содержанием палладия. Зависимость, представленная на рис. . 29а,- характерна для чистого никеля и сплавов с содержание)/ палладия до 30 ат%, а сплавы, у которых C_w=50, 60 и 70 ат%, характеризуется зависимостью, показанной на рис.296. Легко заметить, что расположена. : екстремумоа у сплавов с анизотропией типа, соответствушего на, ряс. 29а, аналогично угловым зависимостям нечетных оф$ектов, а именно:' эффект максимален, когда монокристалл намагничен вдоль оси легкого намагничивания 1111),» минимален при намагничивании вдоль трудной оси [ООН. Этот факт, по!;««-ному, дает возможность обобщить вывод относительно общности происхождения магтатокристаллйческоа анизотропии'и анизотропии ДЗХ и АЭНЭ'н на анизотропно поперечного магнитосопротивлекиг г монокристаллах сплавов NL-Pd,

Для исследования влияния магнитострикционных деформаций, о которых говорилось еьио, параллельно, с шгнитссопротивлением на тех же образцах была измерена поперечная ыагнитостракция.

На рис. 30а, 306 представлены угловые зависимости ПМЗ (p_x/-p_G) и магннтостракции (Ад), изиереїшье на одних и тех жс-.образцах сплава Кі~23ат.'/ЇЧі. -Как видно ко графиков, характер; угловых зависимостей сравниваемых эффектов оакетне отличается у Лх отсутствует экстремумы при намагничивании вдоль легкой оси

(типа 1111]) и.имеется только два экстремума: .максимум при K_s !!

[ООП и минимум при M_s ІІ 1110].

Сопоставляя рис. 30а и рис. 306, легко заметить, что при К И
10011 поперечное магнитосопротЧівлеиие становится положите; чк. м,
а кристалл при этой максимально деформирован (т.к. «_х машина
льна). .-

МОЖНО ПреДПОЛОКІТЬ, ЧТО ПереХОД ПМС В ПОЛОЖИТЄЛЬН'/B ОЙЛ'чСТЬ

обусловлен именно влиянием максимальной .магнитострикционной де-формзшт образца при намагничивании вдоль кристаллографической оси типа 11001.

11а рис. 31 (а-з) представлены температурні* зависимости епонтэинш величин ПМС (.APj/Pq) _s длп всех исследованных сплавов Ni-Pif, с-прел^лі'нніа при nowoni! экстраполяции на нуле-вое noj'e ь

экстремальных точках угловых зависимостей ПНС при !<₅ И I1G0], 1110) и [1111. Как видно из графиков, аназотррпия уменьшается с ростом температуры и исчезает параллельно с исчезновением спонтанного офе;-.та по мере приближения температуры к точке Кюри. Кроме того, у сплавов с содержанием палладия до 30 ат % включительно насылается смена характера анизотропии ГКС. Качественно -наблюдаемая картина согласуется с характером температурной зависимости магнитной анизотропия и анизотропии нечетных кинетических эффектов, что также подтверждает предположение относительна общности происхождения анизотропии отих эЭДектов. Однако главное отличие состоит в том, что смена харзкте;}* магнитной анизотропии нечетных кинетических эЭДектов происходит при некоторол фиксированной температуре (в так называемой "'точка компенсации").- В случае ГКО, как это Cv.-дует из рис.31 (а-д), этот процесс .происходит не при, фкксирогажгоп температуре, а в температурно!* инте -риале, величина которого составляет 50-70 К. Причем сначала меняется местами экстремума соответствующие намагничивания вдоль осей 11111 и 11101, а затем, с дальнейшим ростом температуры, то re самое происходят с екстремумами, соответствующими осям (ООН

и Ш01, и э^ект (йрх^Р^у измеренный при )!_sfl 001), становится максимальній по абсолютной величине (учитывая, что сам эффект отрицательный). Наибольший интерес представляет тот факт,

что в указанном температурном интервале (например, от 470 К до

*'

520 К для сплава Nl-lOaT.Wd) эффект имеет .два максимума: при К

-» II Піп] и при M_s II tOOll, что полностью идентично характеру уг-'

повой_сгаисимости поперечной магнитострикции в монокристаллах

Ni-Pd (рис.306). На рис 32 температуры, при которых происходит

смена знака величин (г^йр^/р^f^ш1 -(,&р±/р₀)^^ха1 и

Kfi&i/TVs'⁰' ~ IbPi/Pj|¹'' сопоставление "точками компенсации" магнитной анизотропии, при которых меняет знак константа К, в монокристаллах Ni-Pd. Как видно из графиков, "точки компенсации" величин о₃ и К, практически совпадают, в то время как "точки компенсации" величины <г, лежат несколько вьше.

Таким образом, из рассмотренных экспериментальных результа ' : т,ов; можно сделать вывод, что анизотропия ыагнитосопротивления ' имеет- общее .происхождение с магнитокристаллической аниуотропией, ,

- 34 -и механизм, описанный вьие при интерпретации га.-кь.: : ....і... . ;-і-пиа нечетных кинетических эффектов, оказывает ~;ул: --.--^^- . : действие на величину и характер анизотропии I1MC в еллгвах \\: -PJ. Однако "размывание" точек компенсации анизотропии в довольно ий-' рокую температурную область позволяет предположить наличие весьма существенного побочного вклада в анизотропно кагнитосопротявления, связанного, по-видимому, с мзгнитостракционными деформациями. Этот'вклад становится определявшим только^-тан, где зонньй вклад обращается в нуль и угловыэ зависимости ПМС и магнитоотри-кцки становятся полностью идентичными,

Q качестве доказательства этого предположения мокно рассмотреть результаты экспериментального исследования влияния растягивающих -деформации на магнитосопротивление лоликристаллическогс сплава Nf-25aT.KPd. Согласно рис.33 увеличение сопротивления, происходящее в пределах упругой деформации, величина которой со -ответствует деформациям при намагничиваний, составляет ^5-10^, что несколько превосходит величину положительного эффекта ПМС

при M_sll (ООН (рис.ЗІг). Отсюда следует, что если из.измеренного эффекта (Apj/p^j = 4-Ш"³ вычесть предполагаемый вклад деформации: (fipx/pQ)^" = 4-Ю"³ - 5-10"^ = -1-Ю"³, то определенный . таким' образом истцнньй эффект'^ йрх^Рд) j" станет отрицательном как и остальные значения ШС, измеренные при других ориентациях намагничивания. , .

Таким образом, возвращаясь к вопросу о происхождении анизотропии спонтанного магнитосопротивления, можно с, определенностью утверждать, что магнитострикционнье деформации действительно оказывает влияние на анизотропно ПМС в.сплавах N1-Pd, однако они не являіугя единственной причиной экспериментально наблюдаемой анизотропии, а представляют, собой добавочный вклад, хотя и весьма существенный, к механизму, имеющему зонное происхождение, Аналогичные исследования анизотропных свойств термомзгнитного эффекта показали, что здесь такке присутствует заметный зонный вклад.

Экспериментальное определение характеристик зонной .тггукту-рн С'тл.'.уо? N> - Pd, В последнее время в теоретических работах r»r,;'vpa_% Немпасла. посвященных исследованию эффектов Холла и

Нернста-Эттингсгзузена были предложены формулы, устанавливающие взакмрсвязь мехду коэффициентами АЭХ, АЭНЭ, термоодс и удельного электросопротивления. Значительный интерес представляет экспери-' ментальная проверка этих формул., а также численные оценки определяемых при их помощи параметров электронной структуры ферромагнитных сплавов 3d- металлов. .

а) Обобкяние гррдаяы Кеіяібела на случай двойных сплато» 3d- ме
таллов. Для анализа экспериментальных данных по АЭХ и АЭНЭ Кемл-
белом Сипа предложена формула: ..

,Q₅ = — - , , J? Т,

(Зі)

3 |е| ^Р[ Sc_F

где Q_s и R_s - конста'.'.'ы АЭНЭ и АЭХ соответственно. к_Б~ постоянная Больцмана, с_р-энергия Ферми, S - абсолютная термоэдсЛр-уде-лыю.е электросопротивление, е - заряд электрона, Т - абсолвтная

- 35 - ' температура, \- коэффициент, связывающий константу R_s о удельным электросопротивлением р для случая чистых Зс1-металлов Fe и Мі в изеєстном соотношении:

R,=*P². (32)

Соотношение (32) было обобщено Коидорским на случай двойных Ферромагнитных сплавов :

R_s = гр + bp² . (33)

Используя соотношение (33), нами было проведено обобщение форм'.-.та (31). чтобы ее можно было применить к интерпретаций ре¹'

зуль.гтув. полученных на двойных сплавах 3d- ферромагнитных ме-

' SR.
таллов. Из (31). вводя для краткости обозначения AQ_C.= ~-.

.а р

а. _ка

k= . , / и так как R_e=Ap^a , имеем
3 |е| s

Q_s=AQ_s-kTp dCRj/p^/dCp. . . (34)

Подставляя в (31) выражение (34) для R_s. получаем:

Q_s=AQ_s-kTp dt(a/p)+b]/de_F (3U)

При смещении уровня Ферми, вследствие изменения температуры

.ила .концентрации, величина b меняется сильнее чем а/р, поэтому в

;'форвдяе (35) первым слагаемым в скобке под знаком проиосодной

могно, пренебречь. Тогда окончательно получаем; "

-Зо -
Q_s = AQ_S - kTp- db^dcp. * і pj

Вычисления, проведенные с использованием этого' выражения ,-
показали, что для никель-палладиевьк сплавов дополнительный . -.у
вклад, обусловленный эффектом Холла AQ_S> имеет знак, противопо-'_.
ложный знаку, измеренной константы Q_s- . " Т *'

На рис.34 показаны температурные зависимости величин:0_&,
определенных экспериментально, вклада дй_$ и "истиннрй"-константы'.
АЭНЭ. определенной как разность Qj^CT= Q_S-AQ_S. В области'низких .
температур наблюдалась смена знака Q_s, которая объясняется кон- '
куренцией "истинного" эффекта Q_s = - kTp 6bsdc_F, имеющего поло- :
жительный знак, и отрицательного вклада AQ_S, .обусловленного тер
моточным оффэктом Холла. В области низких температур второй член
в (36) мал,по сравненир с первым, вследствие 'чего результирующий
аффект имеет отрицательный знак. С увеличением температуры, "ис
тинный" эффект растет быстрее отрицательного вклада AQ_S. и в об
ласти вьсоких. температур становится преобладающим, обуславливая
положительный знак результирующего эффекта. '.'-.

В качестве другого примера, иллюстрирующего возможности ис
пользования обобщенной формулы (36), рассмотрим концентрационную
зависимость АЭНЭ. _ ,

На рис.35 севФставлены зависимости.измеренного (1) и "ис
тинного" (2) АЭНЭ, а.также термоточного Голдовского аклада AQ_S
от концентрации палладия в сплаве. Из графиков видно, что. вклад.
AQ_S, имевший отрицательный знак, монотонно, возрастает-по мере
. увеличения концентрации палладия в сплаве, в'то время как "исти
нный" эффект Q*" обнаружил резкий пик в-области концентраций
C_w = 23 ат. 'А. " , ' '._._''' .

Следует ответить, \гго в отличие от. железа и его сплавов,
где измерены АЗНЭ, согласно Кемпбеллу, практически полностью
обусловлен именно вкладом AQ_S, для никель-палладиевых сплавов,
как и для чистого никеля, характерны большие величины "истинного
эффекта". Однако, как видно из рис. 35, в области больших. концен
траций Pd, "истинный" эффект Q^" уменьшается и монотонно возра- ;
ставдкй термоточный вклад Ш₅ становится сравнимым с величиной
изморенного эФ"«кта. „ \

Используя экспериментальные данные по АЗХ и удельному эле- ;

- -зі -

КТрСОГ.СрОТИЗЛСИИП, МОЖНО ПріїЗеСТИ ЧИ.СЛеКИІЮ ОЧОНКИ "ИСТИННОГО"

эйоктз Нернста-Зттингсгаузена. С отой цель» формула (35) о'яча преофазована іс ладу:

0с„

(37)

% = '4<г ^!:Т4-|~

^дСРЛ)

Все расчеты по ''ормуле (37) проводились на осново наїаих исепс-ри-контаяьнык лзиііьа по .V3X, АОІЇЗ, удельно:.'? электросопротивлении і' абсолютной термояде, поперечні к на одних ;: тех хе оорлацах і'.~р:о-кристаллических сплансв ГЛ-Ро'. Величина Ь определялась как тангенс угла наклона пряній линии, оппсі~зш.нх ссвиспмости R^/f> -. a*h(t (рис. Зв). Лалсо неейходниш значения) гЬ/ЭС^, входящие в . формулу (37), находились га концентрационной зависимости b (рис.-37) как тангенс угла наклона касательных, проведенных ь точка) графика, соотпзтетвусщих каждому из исследованных оплатой <то ості. г» точках С - 0, 10, 20, 25, 30, 50, СО и 70 ат.К). Что касается голичннн ("Cj/OCj^,, то есть скорости, смещения уровня <1«рми с концентрацией палладия, то ее преде всего определить, используя расиотренкуы rune модель, опкеюагщуп аниаотропнда свойства СПЛЛЬОЕ t!i-Pd'.

Из piic. S3 вил го, что величины К,, и я достигают чжеима-
дьных потогктспьньк сначениЛ при C_w - Ш ат. ;,'. При стоя конце
нтрации Pd урог-ень *<грми располагается в области Ецгождения, су-
^ествувдого гблизи точки X ионы Ериллоэна. Из расчетов осиной
структуры изпеотно, что энергетический пазер между вырокдониями
вдоль осой П и ГХ составляет ~ 0.1 эВ или 1.6-10^-л Дх. Это оз-
начгу i\ что при изменении концентрации палладия от 0 до 60 ат.Я
уропопь tepw? спевается на 1.6-1(Г^М Дж. Отсюда можно приблизи
тельно оценить неличину гЄр/0Ср_д: /

"V* = -^LT^rg"- = г.вмо-»д«/,т.й ,

то есть добавление одного ат. ЇІ Pd повыиает уровень Ферми н-а * 2.6''.10"^мДк.

Результаты численній оценок с использованием формулы (37) предстзЕлоны на рис.33 (пунктирная линия). Как видно из графике::, сегпадени.е чнелонш.к оценок с экспериментальной данкігіп

б) Определение других параметров электрон^'й - f руугп'-н-Экспериментальные исследования комплекса кинет іічєскйя ^^ф^ктоз могут дать информацию, например, о скорости смещения уровня <Ь.р-ми с ростом температуры ЭЕр/ЭТ. Для этого формула {25) долана быть преобразована к виду, соответствующему смещению уровня Ферми температурой:

В частности, для чистого никеля, для которого b^Rg/p², получена величина ЭСр/ЗТ = О. б-Ю'^Дж/К, что находится в удовлетворительном соответствии с величиной, полученной из теоретических расчетов эср/ат = о. зз- кг^дж/к.

Далее, формула (33) была преобразована' Граноискїім к еиду, связьшасщему експериментально определяемые величины Q_s, R_s, S и p с плотностью состояний 3d - электронов на уровне Ферыи: .

1 dnU)) Rj

Q_s = *QtKT

^u><s

n{c) dc L P

i] . —^ , (39)

где n(e) - плотность состояний как функция онсргии 3d- -?.".астре-

НОВ. Формула (39) ПОЗВОЛЯет ПрОВеСТЙ ЧИСЛЄННЬ;0 ОЦ^НКК Єї"? ОЛНОГ'~

.важного параметра,, характеризующего пик плотносп: сое*то*<»шД с?с-
зодящей 3d- подзоны, _а именно полуширины отого u.w.3. ' dC/us -г.пр'>
-ссимировать пик треугольником, как показано чз р;'с.Я% то ctot.v-
зптся очевидным,, что величина '

.1 dn(c)

[П(с) dc

«ходящая в уравнение'(39), представляет'собой полуширину пика плотности состоянии.' Зная коэффициенты Q" R„ S и р при фиксированной температуре Т, легко определить о из формулы (39):

kT(R_c/p) '

Q_s+(R_sS/p) ^l '

Результаты оценок по формуле (АО) на рис. 39 сопоставлены с даяньми, получеішьми из теоретических расчетов для сплавов Ni-Рй. Как видно из графиков, несмотря на модельньй характер теоретических представлений, .на основе которых базируются численные оценки, совпадение достаточно хорошее.

Рассмотренная методика проведения численных расчетов с ис-

- 39 -пользованием экспериментальных данных может быть использована при решении поставленноа ранее практической задачи получения рабочего тела на основе сплава Fe-Rh с заданной критической температурой перехода АФМ-ФМ путем внесения примесей", например,палладия, в исходный сплав FeRh. Из рассмотренной выае зонной модели перехода АФМ-ФМ видно, что эта задача в конечном счете сводится . к определению величины аСр/ЗСру. Эта величина уже была' определе-' на нами из концентрационных зависимостей константы магнитной анизотропии її анизотропии нечетных кинетических э<Л«$ектов.

Второй способ состоит в использовании формулы (37), которая для определения скорости смещения уровня Ферми с ростом концентрации палладия в,сплаве имеет вид:

гє_р ) _я^а к' г эь/зс,.

X тл f ^8Ь/эср" 1

По,г,'ченнш численные значения сведены в таблицу 4.

Таким образом, получена величина в пределах 2.7 ± 0.7-10 Дж/ат.?;. Оба способа основаны на полученных экспериментальных данных и они дали практически одинаковьй результат.

Третий способ основан на модели Бергера, которая объясняет смену знака константы АЭХ Rj, в области 80 ат, 'Л Pd на поликристаллических, сплавах Ni-Pd как результат смешения уровня Ферми в пределах одного растепления, величина которого составляет ~ 0.15 эВ или 2.4-10^-. Отссда .

Так"-- сбрззом, среднее по трем вычислениям дает.-Зер/вс_м « {2.8 ± 0.2)-КГ^Дж/ат.й .

Теперь, рэзделив полученнуо величину на постоянную Больцма-на, коню оценить, как добавление палладия к сплаву Fe~Rh будет менять критическуо температуру перехода АФМ-ФМ. 3T/S. . !5и » 2-8іО-2Ю-!ІДж^Ь% _{ж жтл к/ат %}

^КБ 1.38-10-²³Дк/К

то есть из наешх оценок мм ожидаем, что добавление 1 от. % Р<1 к сплаву FeRh умоншит критическую температуру перехода АФМ-^М примерна на SO градусов. ,

Лнаадгечмю рэсчеты с использованием формулы (33) бши пр;>-'кеш-ui Kj оспоро рксперккентальных данных по АЭХ, АО'О,' уяольн-:-

- 40 -ну электросопротивление, термоодс аморфных сп.;=>".'^: - _,.'^м '„ и Fc₇₀Ni_&Si_&B₁₃ с цель» определения величины см^лени-- иритичес-кой температуры перехода А'Г-М-ОМ при внесении в сплав FeRh одного атомного процента Ni.

' D частности для скорости смещения уровня Ферми при увеличении концентрации Ni получена величина в пределах от 410^-2А до '

г-Ш~^2,Дж/ат.% . То есть 3s/Sc„. = ^N'~ = (12 і CJ-ICT²²

Ni Sb/OEp

Дясат.И , или 3T/3c_K- s - S9 ± 60 К/ат.М . '

С цель» экспериментального определения величини смещения критической температуры перехода при добавлении примесей к сплаву Fe-Rh были исследованы температуриш зависимости начальной магнатчои проницаемости и удельного опектрасопротивг.екия в различных магнитных полях (от 0 до 14-10⁵ А/к)

На ркс, 40 представлены температуриш зависимости начальной магнитной проницаемости сплагов Fe_4SRh,₃Pd₄ (*«») л Fe_[8nRh_r.Ni_oe (ооо). В таблице 5 приведены параметры перехода

ь этих сплавах. По полученным при различных напрг.з.-мг.'естях магнитного ПОЛЯ ЗаВПСІШОСТЛИ ЭЛеКТрОСОПрОТИВЛеНИЯ ~Т ?ЄШ.уЛ';ур14

^ рис. 41) построены кривы? фазового равновесг.я ;п.-арл
Fe Rh Mi , V

Зависимость критической температуры пере^-да от поит, r.pe:v> тэвляет сияй лииеЯну» фуккцнп с ксэйицисн', '.ч \'\v. :::-:- "ча ііТ_у/<1Н - - П. 1-10^--а/А, что практически совпадает с соотдегст--ьушич ;.".:;:>^їі;цпектом для бинарного сплава Fc_4aRri_sl (рис. 12). Таким otipd^ov;, результаты исследований свидетельствуют о том, что длтроганио санаріюго сплава FeRh малыми добаїмг-мн "d и Ni су'ії.ос.-і,еі!ііо сдвигает температурную область перехода АЗМ-Г.¹! и стером'- низких теютсратур, пркюдит к увеличении с;-:ач',соз ул потна* и п;чч7р.'.ческг.х свойств сплавов при переходе, практически не изменяя неличину полевого сдвига температуры перехода, ї -температура начала перехода, Т - температура конца перехода, 0₂ и т, - ::, зо, что и в таблице 1.

\Ь г.олученньк экспериментальных данных легко определить величину смешения критической температуры перехода при добавлений

Эти значения хорошо соотгетствупт численным оценкам, сде-:H«t вьие на основании данных по сплавам Ni-Pd и Fe-NI, псско-;;;-' при достаточно приближенном характере проведенных расчетов ;:<;:"им.результатом следует считать даже совпадение порядка ср?у-. ,:їло(:'.к теднчпн. Крона того, нааи результати совпадают и с >.-:глася литературными данными (например, Баранов и др.,

Магнитоиехзнический и магнитоэлектрический преобразователи ЇЙКГЗІЬк Магнитомеханический преобразователь теплоты (термомаг- нттгньй двигатель), принцип действия которого основан на магнитном фазовом переходе I рода в рабочем теле, предложен автором впервые. На рис.42 изображена схема устройства магнитно-теплового двигателя, который состоит кз корпуса 1, ротора 2. на котором "

Каждый рабочая элемент ^ч3 при температуре окружающей среды утаится в ДОМ состоянии и практически не притягивается магни- '. ;ір;і попадании на один из них световых лучей, о|окусирсван-..>.:/ -_;г-,1«ой 3,"ок нагревается до температуры перехода ЛСМЧ-М и .7aj,уходит в ФМ состояние. В результате этого рабочий элемент лритлгизэетея магнитом 4 и движется к нему увлекая за собоп ро-.чр с. При своем движении рабочий элемент выходит из зоны нагрела и, охлаждаясь, возвращается в ДОМ состояние. Одновременно в і.ч;ну нагрева входит следующий рабочий элемент, который, нагрева-" йсь до 'і' , также становится ферромагнитным и притягивается магнитом, увлекая за собой ротор и т.д. В результате ротор совершает равномерное вращение.

Следу гаднм шагом на пути повышения мощности и расширения Фу-чкцлокальных возможностей териомагнитного двигателя явилась раз-раОотка магнитотеплового устройства, позволяющего преобразовывать тепловуо энергип непосредственно как в механическуг. так и з электрическую.

На рис.43 представлена схема магнитотеплового устройства.

Устройство содержит корпус 1 со вставленными ь него оптиче
скими системами нагрева 2 (например, собирающие линзы. конле-н<~
раторы или яр.) и расположенные в корпусе ротор 3. трубчаты?. г v.
которого'установлен в подшипниках 4. и постоянные магнить: 5. Ро
тор устройства выполнен в виде диска с радиальн*-прикрепленными
теплоизолированными в местах крепления пластинами^ из термомаг-
нитного сплава, приобретающего при нагревании ферромагнитные
свойства {например, сплава келезо-родии) « расположен горизонта
льно с возможностью использования равных по количеству половино
всех пластин оптических систем, нагрева с и с возможностью одно
временного нагрева всех нечетных пластин 6 (или охлаждения веек
четных пластин F5). Постоянные; кольцевые магниты 5 і *зот полоса,
установленим? между фокусами соседних оптических систем нагрета
2 параллельно их фокальной плоскости и создавшие градиентнсо ма
гнитное поле. Пространство между полюсами магнитов Б (зона охла
ждения) снабжено трубками 7 из немагнитного материала, соединен
ными с трубой 8, сооеной с валом ротора 3, по которой подается
холодный теплоноситель (например, воздух). В трубу 8 вставлен
вентилятор 9. прокачивавший холодный теплоноситель через трубки
7 и питающийся от внешнего источника или от намотанных на ярмо
магнитов индукционных катушек 30. ,

Устройство работает следу коим образом. Каадая пластина 6 хелеаородиевого сплава при температуре окружающей среды находит ся в анткферромапданом состоянии и не притягивается постоянным магнитом 5. При попадании на каждую нечетную пластину 6 световы> лучей (условное разделение пластин 6 на четные и нечетные необходимо для описания работы устройства), сфокусированных оптическими системами 2, все нечетные пластины 6 одновременно нагребается до критической температуры перехода антиферромагнетизм-ферромагнетизм и переходят в ферромагнитное состояние. В результате эти пластины одновременно притягиваются магнитами 5, увлекая за собой ротор 3. При своем двикении нечетные пластины 6 выходят из зон нагрева и, охлаждаясь, возвращаются в антиферромагнитное состояние. Но в это время в зоны нагрева входят все четные пластины 6, которые, нагреваясь до критической температуры, переходят в ферромагнитное состояние и притягиваются ьагнитами 5. увлекая за собой ротор 3.

?гэт?м _:офазом, и зазоры между полюсами магнитов 5 попереме-'ы .> чгл'кмются то все четныэ, то все нечетные пластины 6. При том происходит превращение тепловой энергии {например, энергии ,;о-кечньк лучей) в механическую" энергию. При своем движении пла-' , с-чны 6 периодически шунтируют магнитный поток в зазсрах постоя-:,!:ы< мэггчитовг S. в результате чего поток, пронизывающий катушки '". намотанные на ярмо магнитов S, периодически меняется и в ка-;.fii<3v индуцируется эдс индукции. Это приводит к расширение фунт-' v.hvYc'anhnm возмоаюстей устройства и позволяет использовать его -j-txo з'качестве генератора электрической энергии.""'

Для увеличения скорости вращения ротора. 3 путем улучшения УСоеий теплообмена за счет двустороннего охлаждения рабочих ч.-"зонтов пространство мекду полюсами магнитов 5 (зона охлаждена) снабжено трубками 7 из немагнитного материала, соединенными-с трубой 8, сооснои с валом ротора 3. По трубе 8 внешним нагнетателем подается холодный теплоноситель, который по трубкам 7 подводится в зону охлаждения к каждой охлаздаемой пластине 6. В rpydy 8 вставлен электрический вентилятор 9, питающийся от инду-сционньк катушек 10, намотанных на ярмо магнитов 5, прокачиваю- -'-л коподньа теплоноситель (например, воздух) по трубе 8 в автономном режиме работы устройства. Таким образом, часть вьрабаты-_;;.х-;;ой в индукционных катушках 10 электрической энергии может ;'.::содоваться _ч для питания вентилятора 9, а другая часть может .''\, использована для питания других потребителей.

и камэст'зе материала рабочих элементов в предлагаемом уст-усі'ісгзе могут быть использованы и термокагнятные сплавы, утрачи-3cu-₄.-v при нагреваний (ферромагнитные свойства. Тогда конструкция устройства претерпевает изменения, заключающиеся в тем, что ротор 3 выполняется в виде профильного диска, полюса магнитов 5 :.;-.сполагают напротив фоісусов оптических систем нагрева 2 перпендикулярно их фокальной плоскости, а трубки 7 располагают между фокусами соседних оптических систем. В этом случае зоной нагрова является пространство между полюсами магнитов S, а зоной охлаждения - пространство между фокусами соседних оптических систем.

В устройстве использованы постоянные магниты 5 с полюсами, сспмтіу.мі градиентное поле. При таком выполнении полюсов сила притяжения пластины 6, расположенной с одной стороны магнита, ко много раз больше силы притяжения соседней пластины, расположен-

кой с другой стороны магнита. За счет отого в данном устро:істье исключен тормозящий вралзший момент ротора; 3"..\^:

Использование в устройстве для сосераашя работы одноЕр<--''. -нио половины всего количества пластин приводит к увеличение \'.&-ьинаемого на валу ротора усилия. Смеете с увеличенном скорости вращения ротора за счет дополнительного охлаждения пластин воздухом, поступатанм.з зону охлаждения каждой пластини.по трубка:.: 7, ото позволяет существенно похиліть- мощность.устройства. Кроме того, пекюЛнческоо шунтировали пластн.чам;; магнитного поток,: постоянних магнитов наводит в катушках'10 оде. которая частично может попользоваться для питания вентилятора Q. '

Предлагаемое устройство может быть использовано в нескол; -кнх вариантах:

а) устройство предназначено для'"преобразования теплове" 5>u ; гни в' механическую. В этом случае убирапт все катушки к длл прокачай холодного теплоносителя попользуют внешний нагнетатель. Тогда иск полезная ношоеть выделяется на юлу ротора; - , б) устройство предназначено для преобразования тепловоз зн:;р-тчэд и коханическуи в автономном режиме. В этом случае либо уб;;-равт все катущкк и ось нагнетателя соединяет механическим прицепом с ьалои отбора мощности, либо оставляет столько катусієк, сколько необходимо для осуществления электрического привода V.-i"-иотатеяя. Здесь на валу ротора выделяется -меньшая по сравнен»!!» ;' перш.; вариантой полезная механическая мощность;

в) устройство предназначено для преобразования тепловой энергии в злоктркчеекуп. В этом случае снабкают все магнитм катушками . а .для прокачки холодного теплоносителя использует внешний нагнетатель. Тогда вся полезная мощность выделяется, в замт »тьк на нагрузку катушках;

т) устройство предназначено д.!я преобразования тепловой ?Н:>р-rvn"₍3 олоктркческу» в автономном режим». В этом случае снабжзгя вое магниты катушками, а нагнетатель питает либо от необходимого количества катушек, либо приводят его в действие механическим приводом от вала ротора.

Датчики магнитного поля и давления. Результаты исследована;. влияния магнитного поля к давления на переход AWKM в пленках Fe-Rh показали, что их электросопротивление в области ;< оеходэ

- 45 -^;.ч'ьотвительно,к этим внешним воздействиям. Переход сильно растя-|>"г по пело и по давление и обладает широким полевьм и баричес-лі'.м гистерезисом, что позволяет использовать эти пленки не только для измерения полей и давлений, но и для их запоминания.

На рис.44 представлен обиип вид датчиков магнитного поля и давления. Датчик содерзніт чувствительньй элемент 1 в виде пленки сплава Fe-Rh вблизи эквиатомного состава, диэлектрически подло-кку 2 и электрические контакты 3 и 4. Работа датчика магнитного'' поля основана на явлении индуцирования полем перехода АФМ-ФМ в пленках сплавов Fe-Rh. При температуре окружавшей среды и атмосферном давлении при отсутствии магнитного поля плейка находится' в АФМ состоянии в непосредственной близости перехода в-ФМ состояние. Сопротивление датчика имеет начальное значение Rj (рис. 45). Во время действия на датчик поля Н сопротивление его уменьшается и принимает значение R.. При снятии поля из-за полевого гистерезиса перехода сопротивление датчика принимает значение Rj. С увеличением напряженности поля уменьшается сопротивление датчика в поле и его сопротивление после снятия поля. График зависимости электросопротивления датчика от поля после действия на него последнего приведен также на рис.45.

С помощьп датчика, чувствительным элементом крторого являемся, например, пленка состава 53 ат.% Rh - 47 ат.% Fe, можно при *емнатной температуре измерять как постоянньв,- так и импульсные магнитнье поля напряженностьо 7,96-10^е Д/м.

Работа.датчика давления основана на явлении индуцирования давлением перехода .ферромагнетизм-антиферромагнетизм в пленках оплавов Fe-Rh. Сопротивление датчика имеет свое начальное значение R_Q. Давление р. частично переводит пленку в АФм состояние, в результате чего сопротивление датчика увеличивается до значения Rj (рис.46). При снятии давления в результате барического-гистерезиса перехода сопротивление датчика принимает не свое начальное значение, а значение R'. С увеличением давления увеличивается сопротивление датчика под давлением и его сопротивление' после снятия давления. График зависимости остаточного электросопротивления датчика от давления, действовавшего на него, приведен на рис.46. С помошыэ предложенного датчика, иохно измерять "сак статические, так и импульсные давления..

Гальваномагнитньй датчик" "механических Усилий. Результаты
нашего исследования магнитосопротивления монокристглличесьа':у
пленок сплавов Nf-Pd в зависимости от-их толщины показали, -ггс s
связи с большим значением магнитострикцйи вектор,намагниченное-";-
выходит из плоскости пленки при меньших толщинах,-.чем в пленках-¹
N1. . .' :'--/-;-Йй^;;г--'.:-

У пленки толщиной около 1100 А вектор намаігниїтенности отклоняется ст плоскости пленки на угол примерно Щ% Таким _:odpa- _; зом, использование этих пленок в качестве чувствительн^о элемента датчика механических усилий существенно повыиает'^; их чувz\ -вительноегь. Общий вид гальваномагнитного датчика механических усилий показан на рис. 47. '.'' :^;

Устройства содержит диэлектрическую монркристаллическув подложку 1, пленку 2 из магнитього материала, входные (токозьр) контакты 3. ',.-'' ''

Подлоїка может быть изготовлена.' из изоляционного материа-_; па, например окиси магния (MgO), пленка для реализации "зэкрити-' ческого", состояния, т.е.-выхода вектора намагниченности из плос--кости пленки может быть изготовлена из сплавов с большой'магни-тострикциеп и большим значением эде Холла, например,сплавов никеля и палладия в большом диапазоне концентраций.

Датчик механических усилий работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого усилия вектор намагниченности расположен по нормали или в положении под углом 0 к поверхности пленки. Это приводит к тому, что при пропускании тока по входным ' контактам на выходных возникает эде Холла. Под действием измэ-ряемого усилия происходит деформация подложки и связанно? с ней пленки, которая влечет за счет изменения магнитоупругой знєрі чи поворот вектора намагниченности на некоторый угол, пропорциональный действующему усилию к плоскости пленки и к пропорциональному изменению эде Холла. Изменения эде Холла происходят в пре-, делах упругой деформации датчика и при снятии усилия вектор намагниченности возвращается в исходное состояние и эде Холла прит нимает первоначальное значение. Величиной пропускаемого по пленке тока можно регулировать чувствительность, а толщиной подложки - пределы измеряемых усилий.

- 47 -IV. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

'. Гк5В"яута концепция'использования магнитных материалов с фазовыми переходами I рода в технике непосредственного преобразования тепловой энергии в-механическую.

с. Разработана методика построения термодинамических циклов ма-гнитомеханического способа преобразования теплоты. С учетом термического гистерезиса произведены теоретические расчеты термического коэффициента полезного действия предлагаемых і продельных циклов: с сообщением рабочему телу скрытой теп-коты перехода и с индуцированием перехода магнитным полем. Кпд преобразования на основе магнитного фазового перехода I рода з рабочем теле почти на порядок вше кпд способа, основанного на магнитном фазовом переходе II рода.

J Разработана технология получения пленочных и массивных об
разцов сплавов яелезо-родий, исследован их фазовый состав,
структура и влияние на эти параметры различных режимов тер
мообработки. Переход АФМ-ФМ в сплавах системы железо-родий
связан с наличием в них упорядоченной фазы по типу CsCl. Оп
тимальной термообработкой рабочих элементов магнитотеплового
двигателя из сплавов Fe-Rh является закалка их^-от температу
ры, не ниже 1270 К.и термоциклирование в области температур
перехода. . ' 5

1. В целях научно обоснованного подхода к управлению рабочей температурой магнитомеханического преобразователя в зависимости от условий его работы исследованы физические механизмы, обусловливающие закономерности изменения магнитоэлектрических свойств сплава Fe-Rh вследствие изменения его состава путем добавления легирующих элементов Pd, Ni и их сплавов.

2. На основании исследования магнитных, электрических и структурных свойств как массивных поликристаллических, так и пленочных монокристаллических образцов сплавов Ni-Pd в зависимости от температуры отжига¹и состава установлено наличие

. упорядоченных фаз вблизи стехиометрического состава Ni,Pd и NiPd₃.

3. На основании экспериментальных данных по магкитокристалличе-скои анизотропии, аномальным эффектам Холла, Кернста-Эттин-гсгаузена, магнитосопротивления и термомагнитного эффекта ?~я<эрвые установлено, что анизотропия кинетических эффектов в монокристаллических сплавах Ni-Pd имеет общую природу с мэг-нитокристаллической анизотропией N1.

7. Экспериментально обнаруженная смена знака в концентрационных зависимостях константы магнитной анизотропии, а также аккзо-

тропии кинетических эффектов, обусловленная изменением величин противоположных 'по знаку вкладов в анизотропно эффекте,5 от вырожденных состояний ьдоль и ГХ зоны Бриллгл::. .свидетельствует о том, что с ростом содержания Pd уро?;-нь Ферми в.сплавах Ni-Pd смешается в сторону высоких энергкЛ.

8. Предложена обобщенная формула, связывающая'коэффициенты ком
плекса кинетических эффектов'(Холла, Р-ернста-Зттингсгаузею,
удельного электросопротивления и абсолютной, термоэде) в фер
ромагнитных сплавах Ni-Pd и Fc-Ni и ка основё-'.эксперимента-
льньк данных проведены численные оценки скорости возрастания
уровня Ферми с ростом концентрации примеси:-Г ./.-./

Ос/йс_м '-- 27-Ю-²³ Дж/ат.% ; Эе/Зс^ = 120-10-Дж/ат.< , а'также определена зависимость полуширины пика плотнеетс состояний для случая сплавов Ni-Pd от концентрации пр;: хорошем совпадении с расчетами из.первых принцип в. .

9. Таким образом определено преимущественное направление путе*;
управления величиной критической температуры перехода Л"

-СМ в сплаве Fc-Rh бес ухудшения технических параметров при его использовании в. качестве рабочего тела в магнитотепловом двигателе.

10. На примере сплавои Fe_{Rh4SPd4 и Fe4a4Rh5JNioe эксперимен
тально определены величины снесения критической температуры
перехода АСМ-ФМ при добавлении к сплаву FcRh' 4 ат; л Pd и 0.6
ат.% Ni. Полученные значения ЗТ^йСр^ » 33 К/ат.% и}

от_к/ас_нГ .'

« 95 К/ат.% находятся в хорошем соответствии с численными оценками, сделанными с использованием данных по моиокристал-лическим сплавам Ni-Pd и аморфным сплавам на основе Fe-NI STj/Bc^ » 20 К/ат.% и ОТ^дс^ » 69 К/ат.% .

11. Теоретическая обработка результатов всего комплекса исследо
ваний проведена в рамках зонной модели, чте позволяв" сде-

. лать окончательные вывод о том, что сплавы Ni -Pd являет* я зонными магнетиками.

12. Впервьк предложены конструкции магнитотеплового двигателя

Сз рабочим телом, обладающим магнитньм фазовым переходом первого рода, предназначенного для.непосредственного преобразования тепловой энергии в механическую, а такке магнитотеплового устройства для непосредственного преобрзования тепловой энергии в механическую и электрическув.

13. Аномальное поведение электросопротивления сплавов в области
перехода АФМ-ФМ и наличия полевого, и барического гистерезис;
перехода в сплавах Fe-Rh, а,также большое значение магнито-
стрикции в сплаве Ni-Pd позволило сконструировать пленочные
датчики, с помощью которых можно не только измерять дейст-

-49 -вусщие на них магнитные поля, давления и растяжения, но и запоминать эти величины после снятия воздействия указанных величин. Эти датчики могут Сыть использованы в прецизионных конструкциях различного назначения.

Похожие диссертации на Научные основы создания магнитомеханических преобразователей тепловой энергии на ос...нитных материалов с фазовым превращением антиферромагнетизм - ферромагнетизм первого рода

Разработка научно-технических основ, создание и опыт эксплуатации низкопотенциальных тепломассообменных гелиотехнологических установокГурбанязов Оразмухаммед Аширович

Разработка научных основ технологии метанового сбраживания отходов животноводства и создание биогазовых установок с использованием солнечной энергииКелов, Курбан

Исследование и разработка стационарных составных параболоцилиндрических концентраторов для фотоэлектрических и тепловых преобразователей солнечной энергии Литвинов Павел Павлович

Разработка научных основ использования отходов гидролизного производства для создания лигниносодержащих преобразователей продуктов коррозии и эпоксидных композицийСырманова, Кулаш Керимбаевна

Создание систем с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями на основе комплекса быстродействующих уточненных моделейПронин Михаил Васильевич

Разработка и создание средств неразрушающего контроля бытовой электронной аппаратуры на основе полупроводниковых преобразователей излученийСычик, Василий Андреевич

Создание и исследование электромеханических устройств средств малой механизации на основе специализированных преобразователей частотыОхапкин Сергей Иванович

Создание системы электротехнических устройств управления с улучшенными технико-экономическими показателями на основе резонансно-параметрических преобразователейЛокарев, Валентин Иванович

Разработка и оптимизация газоразрядного преобразователя для визуализации пространственно-модулированных полей рентгеновского излучения нано- и пикосекундной длительности и создание приборов неразрушающего контроля на его основеАлхимов Василий Юрьевич

Разработка технологии изготовления термоэлектрических материалов из субмикронных и нанопорошков сплавов теллурида висмута для создания высокоэффективных твердотельных преобразователей энергииРоманько Василий Анатольевич