SHPORA.net :: PDA

Login:
регистрация

Main
FAQ

гуманитарные науки
естественные науки
математические науки
технические науки
Search:
Title: | Body:

2. Влияние наноструктурирования объемного материала на магнитные свойства

Различные применения магнитных материалов требуют разных типов кривой намагничивания и ее характеристик. Материалы, используемые в трансформаторах и вращающихся электрических машинах, подвергаются воздействию быстро меняющегося магнитного поля, так что им приходится перемагничиваться много раз в секунду. Это приводит к потере эффективности и нагреву материала. Нагрев является следствием внутреннего трения, возникающего при непрерывной переориентации магнитных доменов. Величина потерь энергии в каждом цикле, выделяющейся в виде тепла, пропорциональна площади, ограничиваемой петлей гистерезиса. Для подобного использования необходимы материалы с малой или близкой к нулевой коэрцитивной силой, что уменьшает площадь петли. Такие материалы называют магнитомягкими. С другой стороны, постоянные магниты, используемые для создания больших сильных магнитных полей, должны обла¬дать большой коэрцитивной силой, то есть широкой петлей гистерезиса. Такие материалы называют магнитожесткими. Для них также требуются большие зна¬чения насыщения намагниченности.
Рис. 1.4. Обратимая кривая намагничивания нанопорошка сплава Ni-Fe-Co, демонстрирующая отсутствие гистерезиса. 1 Эрстед =10-4 Тесла

Рис. 1.5. Зависимость остаточной намагниченности Мr от размера d частиц, составляющих Nd-B-Fe постоянный магнит, отнесенной к значению MS(90) для размера зерен 90 нм.
Наноструктурирование объемных магнитных материалов может применяться для создания материалов с заданным видом кривой намагничивания. Ленты аморфного сплава с составом Fe73.5Cu1Nb3Si13.5В9, полученные методом быстрого охлаждения на холодном барабане и отожженные при температурах от 673 до 923 К в течение одного часа в атмосфере инертного газа, состоят из твердого раствора 10 нм наночастиц железа. Такой сплав достигает индукции насыщения 1,24 Тл, его остаточная индукция составляет 0,67 Тл, а коэрцитивная сила очень мала – 0,53 А/м. Гистерезис петли намагничивания наноразмерных порошков аморфных сплавов с составом Fe69Ni9CO2 и размером зерен 10-15 нм, полученных путем разложения растворов Fe(CO)5, Ni(CO)4 и Co(NO)(CoO)3 в углеводородном растворителе декалине (С10Н18) в атмосфере инертного газа, почти отсутствует. На рис. 1.4 показана кривая намагничивания этого материала. Магнитные материалы, в каждом зерне которых существует только один домен, демонстрируют отсутствие гистерезиса и называются суперпарамагнетиками.
Самые сильные постоянные магниты изготавливают из неодима, железа и бора. Их остаточная индукция составляет до 1,3 Т, а коэрцитивная сила — 0,95 106 А/м. Исследовалось влияние размера наномасштабных зерен на свойства Nd2Fe14B. Результаты, приведенные на рис. 1.5 и 1.6, показывают, что для этого материала коэрцитивная сила существенно уменьшается при размере зерна менее 40 нм, а остаточная намагниченность увеличивается. Другой подход к изменению параметров кривой намагничивания этого материала состоит в создании нано-масштабной смеси магнитотвердых частиц Nd2FeI4B и магнитомягкой α-фазы железа. Измерения влияния магнитомягких частиц железа, смешанных с магнитотвердым веществом, подтверждает, что остаточное поле таким путем можно увеличить. Полагают, что это происходит вследствие обменного взаимодействия между твердыми и мягкими наночастицами, которое ориентирует вектора намагниченности частиц мягкой фазы в направлении намагниченности частиц твердой фазы.
Показано, что размер магнитных наночастиц также влияет и на величину Ms, при которой магнетик насыщается. На рис. 1.7 показано влияние размера частиц на поле насыщения цинкового феррита, откуда видно, что намагниченность насыщения существенно возрастает для зерен с размерами меньше 20 нм. Таким образом, уменьшая размер наночастиц зернистого магнитного материала, можно существенно улучшить качество производимых из них магнитов.