Влияние размера частиц на величину поля образования домена обратной намагниченности.

{Если частицы сферические, то:

Отсюда для Λ=1/30 (железо) имеем:

Если R>R_С~10^-5, то для типичных металлов получаем Hп<800 А/м. Таким образом, в одноосных металлах зародыши обратной намагниченности на включениях с R>R_С существуют уже до полного снятия внешнего поля (Hп<0).

В случае пластинчатых включений:

, при условии, что d<<R, плотность поверхностной энергии равна: Eω₀=2πΔI²d.} – для магнитно-мягких материалов.

Следует отметить сильную зависимость коэрцитивной силы порошков от размеров отдельных частиц и величины намагничивающего поля (рис. 219, а). В крупных порошках (88—147 мкм) коэрцитивная сила с увеличением максимального поля частного цикла перемагничивания возрастает почти линейно; для порошков меньших размеров в достаточно больших полях достигается некая максимальная коэрцитивная сила, характерная для данного размера (происходит как бы «насыщение» коэрцитивной силы).

Это «насыщение» происходит в тем меньших полях, чем меньше размер порошинок. Если взглянуть на зависимость коэрцитивной силы от времени измельчения (а, следовательно, от размера порошка), то обнаруживается максимум коэрцитивной силы при определенном размере порошка (рис. 219, б). Такое влияние размера порошка на его коэрцитивную силу не является необычным. Аналогичные эффекты наблюдаются на порошках железа, кобальта, сплава марганец—висмут, ферритах. Их связывают с изменением доменной структуры. При больших размерах порошинки многодоменны, и их перемагничивание определяется смещением границ между доменами. При средних размерах порошка наблюдаются переходные доменные структуры с остаточными (рудиментарными) доменами, которые при перемагничивании играют роль зародышей обратной намагниченности. Оптимальный размер порошка, соответствующий максимуму коэрцитивной силы, обычно связывают с однодоменным состоянием. Однодоменное состояние, однако, должно обеспечивать более высокие значения коэрцитивной силы, чем они наблюдаются экспериментально. Такое поведение порошка заставляет предположить, что большую роль в перемагничивании играют процессы зарождения доменов обратной намагниченности и движения возникающих доменных границ. Какой из этих процессов является определяющим, в сильной степени зависит от дефектов кристаллической решетки и неоднородностей структуры получаемых порошков. В представлении о возникновении зародышей обратной намагниченности и движении границ доменов легко находят объяснение влияние намагничивающего поля на коэрцитивную силу порошка и ее экстремальная зависимость от времени измельчения и размера частиц порошка.

В малых намагничивающих полях и больших частицах не все доменные границы при намагничивании вытесняются из вещества. Поэтому при наложении размагничивающего поля имеющиеся в частице зародыши обратной намагниченности способствуют перемагничиванию вещества, которое происходит путем смещения имеющихся доменных границ. По мере увеличения намагничивающего поля и уменьшения размера частиц уменьшается вероятность выживания зародышей обратной намагниченности. В предельном случае частица оказывается однородно намагниченной до насыщения. В этом случае для начала перемагничивания в частице должен возникнуть зародыш обратной намагниченности, что в высокоанизотропных ферромагнетиках требует больших размагничивающих полей. Коэрцитивная сила при этом возрастает.

При продолжительном дроблении и очень мелких частицах увеличивается плотность поверхностных дефектов кристаллической решетки, что облегчает возникновение зародышей обратной намагниченности в местах с повышенной плотностью энергии, а это приводит к снижению коэрцитивной силы. При таких условиях удаление поверхностных дефектных слоев должно повышать коэрцитивную силу порошка. Подобные эффекты наблюдали при травлении порошка SmCo₅, когда в результате травления коэрцитивная сила с 1200 возрастала до 2000 кА/м. Таким образом, если лимитирующим звеном при перемагничивании является процесс образования зародыша обратной намагниченности, то снижение плотности дефектов в материале и увеличение намагничивающего поля, способного привести к однодоменному состоянию даже массивные образцы, должно способствовать повышению коэрцитивной силы. Это было подтверждено получением на монокристаллических образцах из соединения SmCo₅ магнитной энергии 256 кДж/м³, что соответствует теоретическому пределу, оцененному как (4πI_s)²/4.

10 Влияние намагничивающего поля на величину поля возникновения зародыша обратной намагниченности.

Для сплавов из соединений SmCo5 и Nd2Fe14B, в которых гистерезис обусловлен трудностью образования зародыша обратной намагниченности, можно констатировать следующее. Высокие значения энергии магнитной кристаллической анизотропии не позволяют реализовать при перемагничивании механизм вращения вектора намагниченности (когерентного или некогерентного). К настоящему времени общепризнанным считается, что высококоэрцитивное состояние этих материалов определяется трудностью образования зародыша обратной намагниченности. Важнейшей особенностью данного механизма перемагничивания является зависимость поля возникновения зародыша обратной намагниченности Hо от величины, приложенного перед размагничиванием положительного поля Hm.

Рис. 1 Зависимость поля возникновения зародыша обратной намагниченности Hо от величины приложенного перед размагничиванием положительного поля Hm для четырех частиц с различными значениями максимальных полей возникновения зародыша обратной намагниченности.

Кривая 1 - Но^max =Hs;

кривая 2 - Но^max >0;

кривая 3 - 0>-Но^max <-Hs;

кривая 4 - Но^max >-Hs

Рис.2 Предельные петли гистерезиса для частиц с различными Н₀^max : «а» - Н₀^max =Hs; «б» - Н₀^max >0; «в» - 0 >-Н₀^max <-Hs; «г» - Н₀^max >-Hs.

11Гистерезис, обусловленный трудностью отрыва доменной стенки.

Гистерезис, обусловленный задержкой смещения границ между доменами, имеет место в том случае, когда зародыши обратной намагниченности возникают относительно легко. Для полного перемагничивания образца внешнее критическое магнитное поле должно привести к смещению границ между доменами. Согласно Кондорскому, величина этого поля определяется уравнением

где - максимальная величина средних значений градиента энергий по всей граничной поверхности, возникающая при движении доменной стенки. Величина этого градиента может определяться или наличием включений, или наличием внутренних напряжений. Согласно теории включений

где S – средняя площадь граничной поверхности, - изменение площади граничной поверхности при перемещении доменной стенки. Из приведённой формулы следует, что чем больше эффективная константа анизотропии, тем труднее происходит смещение доменной стенки. Большую роль также играет дисперсность немагнитных включений.

Согласно теории напряжений

где δ- толщина доменной стенки и - градиент внутренних напряжений.

· Критическое поле растёт пропорционально увеличению средней амплитуды внутренних напряжений

· H_кр имеет наибольшее значение, когда дисперсность этих напряжений сравнима с толщиной границы между доменами.

12Лимитирующее звено процесса перемагничивания.

1) Вращение вектора намагниченности

2) Закрепление доменной стенки

3) Трудность зародышеобразования

1)необратимые процессы вращения, проблема создания высококоэрцитивных порошковых материалов привела к усиленному изучению гистерезиса, обусловленного необратимыми процессами вращения вектора намагниченности. Перемагничивание ферромагнетиков путем вращения может осуществляться в том случае, когда в материале исключена возможность возникновения зародышей перемагничивания, а, следовательно, исключены процессы смещения границ между доменами. Такой механизм перемагничивания имеет место в однодоменных ферромагнитных частицах, разделенных неферромагнитной матрицей. Для совокупности однодоменных невзаимодействующих друг с другом частиц при когерентном вращении магнитных моментов коэрцитивная сила будет определяться различны ми видами одноосной анизотропии. Для сферических одно доменных частиц это может быть одноосная магнитная кристаллографическая анизотропия или одноосная анизотропия напряжений.

2) Гистерезис, обусловленный задержкой смещения границ между доменами, имеет место в том случае, когда зародыши обратной намагниченности возникают относи­тельно легко. Для полного перемагничивания образца внешнее критическое магнитное поле должно привести к смещению границ между доменами. Согласно Кондорскому Е. И. величина этого поля определяется уравнением:

где —максимальная величина средних значений

градиента энергии по всей граничной поверхности, возникающая при движении доменной стенки.

Таким образом, препятствием для смещения доменной границы является градиент граничной энергии. Величина этого градиента может определяться или наличием включений (теория включений), или наличием внутренних напряжений (теория напряжений). Согласно теории включений:

где S—средняя площадь граничной поверхности, - изменение площади граничной поверхности при перемещении доменной стенки. Из приведенной формулы следует, что чем больше эффективная константа анизотропии (т.к. γ~ ), тем труднее происходит смещение доменной стенки. Большую роль играет также дисперсность немагнитных включений.

Согласно теории напряжений:

где δ— толщина доменной стенки и - градиент внутренних напряжений. Из теории напряжений следуют два важных вывода: 1. критическое поле растет пропорционально увеличению средней амплитуды внутренних напряжений и 2. H_кр имеет наибольшее значение, когда дисперсность этих напряжений сравнима с толщиной границы между доменами.

3) Гистерезис, обусловленный задержкой роста зародышей перемагничивания. Механизм гистерезиса этого типа имеет место в той или иной степени во всех ферромагнетиках, и реальность его существования доказана опытом. Детальное изучение этого механизма перемагничивания в последние годы связано с разработкой и исследованием высокоанизотропных ферромагнетиков (таких как, например, соединения РЗМ с кобальтом).

От трудностей зародышеобразования – частные петли гистерезиса, от трудности отрыва доменной стенки – петля растет вверх при той же ширине, возврат: Δm с максимумом (з-шеобр), растет постепенно (отрыв дом. стенки). Плюс вторая производная кривой намагниченности (не помню о чем там, да и Лилеев сказал, что знать необязательно).

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: