Гистерезисные свойства композиционных постоянных магнитов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.16 ВАК РФ

с,";

'О

е.—

; на правах рукописи

ДАЙНИЧЕНКО НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

02.00.16 - "Химия композиционных материалов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1997

Работа выполнена в Технологическом институте Саратовского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Е.Г. Поволоцкий

Научный консультант: доктор технических наук, профессор В.Н. Студенцов

Официальные оппоненты: член-корр. Академии инженерных наук РФ,

доктор технических наук, профессор В.П. Севастьянов

член-корр. РАЕН,

доктор технических наук, профессор A.A. Аникин

Еедущвя организация: НЛП " Алмаз " (г. Саратов)

Защита состоится 937 г. в час. на заседании

диссертационного совета К 063. 53. 04 в Саратовском государственном техническом университете со адресу: 413100, г. Энгельс, пл. Свободы, 17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГТУ ( 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77 )

Автореферат разослан ^ 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета, !

доктор химических наук .VI A.B. Гороховский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Композиционные постоянные магниты (КЕМ), применяемые в современной технике, долины иметь определенные параметры и свойства. К ним относятся: значительная магнитная знергия 31 коэрцитивная сила, которые в зависимости от условии применения КПМ должны сочетаться с такими качествами, как эластичность, ударнзя и механическая прочность, стабильность магнитных свойств.

Перспективными магнитными материалами, обеспечивающими экстремальные магнитные свойства, являются соединения, содержащие редкоземельные металлы (КМ). Наличие необходимых эксплуатационных качеств возможно в полимерных композиционных материалах, к которым относател магнитногвердые эластомеры (МТЗ) и магнитопдаоты (МП). Последние находят see более широкое применение и представляют собой разновидность композиционных материалов, выполненных на основе полимеров и наполнителей с магнигнотвердыми свойствами, например, сплавов с FSM.

Еедется обширный технологический поиск композиционных магнитных материалов с экстремальными и наперед заданными параметрами. Ко аналитические построения для определения магнитных свойств основываются, в основном, на эмпирических данных. Наряду с экспериментальными работами необходимы и теоретические исследования по комплексному моделированию процессов перемагничивания в КПМ.

При решении проблем разработки ресурсосберегающих, малостадийных и экологически чистых технологий производства КПМ важную роль может играть количественное моделирование процессов перемагничивания мзгнитнотвеодых материалов. На основе математических моделей и расчетов на ПоБЫ могут быть уточнены и развиты представления о физической природе процессов перемагничивания, влиянии состава и структуры КПМ на процесс перемагничивания и формирования выежокоэршкивного состояния. Зто является определенным вкладом ь развитие физико-химических основ технологии направленного регулирования магнитных свойств КПМ в соответствии с их функциональным назначением. Одновременно создаются теоретические предпосылки для практической оптимизации состава, структуры и магнитных свойств КПМ.

Цель работы состояла в установлении связей макроскопических гистерезисных свойств композиционных постоянных магнитов с процессами магнитостагическогЬ взаимодействия и перемагничивания микрообъешв.

■ Решались следующие задачи:

- изучение макроскопических проявлений магнитоотатического взаимодействия между микрообъемами и определение методов его представления при моделировании гистерезисных свойств КПМ;

- разработка модели КШ и соответствующего программного обеспечения для ПЗВМ, учитывающих в комплексе известные физические аспекты перемагничивания магнитнотвердых сред;

- научение фзкторав асимметричности магнитного поля и возможностей повышения энергии КПМ;

- исследований зависимости гистереаисных свойств КПМ от неоднородности магнитных параметров и процессов перемагнпчи-ванил микрообъемов;

г экспериментальное и теоретическое исследование зависимости гистерезисных характеристик магнитопластоь о использованием бакелитового лака и наполнителя-сплава ¡iu-'Fe-B ох .коэффициента объемного наполнения;

- определение, перспектив применения пространственной модели Пвремагничиьанш при исследовании и разработке КПМ.

Научная новизна:

- разработаны математические модели и программные средства для расчета процессов перемагншиьания КПМ с комплексным учетом важнейших физических аспектов;

- установлено, что использование КЕМ с асимметричным магнитным полем позволяет без увеличения объема магнита повысить индукцию магнитного поля на £0-25

- показана роль магнитоотатического взаимодействия между микрообъемами, определяющего направленность и интенсивность процессов перемагничивания КМ;

- исследованы зависимости гистерезисных свойств НИМ от гистерезионых характеристик микрообъемов;

- установлена возможность создания КПМ с улучшенными магнитными и энергетическими характеристиками за счет соединения объемов с различными магнитными параметрами.

- u -

Практическая значимость работы раскрывается в ьозмол-ности использовать пространственную модель перемагничивания и установленные закономерности формирования макроскопических гистереаисных свойств КИМ (МП) для :

- уточнения физической природы магнитного гистерезиса в высокоанизотропных средах;

- совершенствования методов исследования процессов перемагничивания КПМ (МП) ;

- оптимизации состава, структуры и магнитных свойств КПМ (МП);

- модернизации современных технологии производства КПМ (МП);

- прогнозирования свойств КПМ (МП) в зависимости от состава, структуры и обработки;

- создания в перспективе КПМ (МП) с улучшенными и необходи-ми магнитными и механическими свойствами.

Апробация работы:

Материалы"диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Всесоюзной конференции по постоянным магнитам (г. Новочеркасск, 1935 г.), X Всесоюзной/конференции по постоянным магнитам .(г-'Суздаль, 1391 т.), XI Всероссийской конференции по постоянным магнитам (г.Суздаль,1994 г.), II Международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" ( г. Москва, 1В94 г. ), I Международном симпозиуме " Будущее за композитами " ( г. Набережные Челны, февраль 1997 г.), научных конференциях профессорско - преподавательского состава Тй СГТУ (1988 - 1995 г.г.)

Публикации

По теме диссертации получено авторское свидетельство на изобретение, опубликовано и депонировано 5 статей, тезисы 5 докладов.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы (150 наименований) и приложения программного обеспечения. Работа изложена на 18G страницах машинописного текста, включая 15 таблиц и 18 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обосновала актуальность теш, сформулированы цеди и задачи исследования, показана научная и практическая ценность выполненной работы.

В ГЛАВЕ 1 приводятся общие сведения о содержания исследования, а именно: краткий аналитический обзор литературы по моделированию гистерезисных свойств КЕМ, обоснование выбора направления исследования, объекты и методы исследования.

Показано, что необходимых и достаточных результатов для практической оптимизации магнитных свойств КЕМ еще не получено. Это связано с отсутствием полноты знаний о физике явления й с упрощениями при моделировании физических процессов.

При обосновании выбора направления исследования подчеркнуто, что большинство Ш представляют собой гетерофагные системы с распределенной ферромагнитной фазой. Очевидно наличие кьаэирегулярных магнитных и немагнитных фаз в МТЗ и МП. Е целом 1М могут рассматриваться как композиционные магнитные ' материалы и называться композиционными постоянными магнитами (КПМ), Возможна разработка общих моделей перемагничива-ния КПМ с последующей адаптацией их к конкретным ПМ с помощью параметров модели.

3 основу модельных построений должны быть положены уточненные физические концепции о механизма* яеоемагничизания магнитнотвердых материалов. Еален учет специфики магнитно-твердой среды, сложности физических процессов, происходящих . в ней при перемагничивании. Необходимо учесть и моделировать в комплексе наиболее важные физические аспекты.

Выбор КПМ в качестве объектов исследования осуществлялся в соответствии с поставленными задачами, определялся перспективностью, доступностью, дешевизной объектов и материалов для их изготовления.

1. Сплав системы КсЬге-В (состав, Кс!-15; Б-6; Ре-77).

2. Партии ПМ из сплава ВНДК Е5Т5ЕА (ТОСТ 17805-72).

3. Магнитопласты на основе сплава Ш-Ре-Е (состав,?;: Кс!- 20-25; В- 1-1,5; ЛЬ- 4-5; Ре- 04,7-75) с использованием бакелитового лака марки Л5С£0 (ГОСТ 501-78).

Объектами исследования являлись гистерезисные свойства и процессы перемаг-ничивания КПМ, которые моделировались

У гз*г б

М/А/м I

и рассчитывались программными средствами, разработанными для ПЗВМ на языке Фортран.

В ГЛАВЕ 2 исследовалась зависимость гистерезисных свойств КШ от неоднородности магнитной среды. Экспериментальные данные сопоставлены с теоретическими расчетами, выполненными на основе плоской модели.

Моделирование процессов перемагничивания в случае двух измерений было изначально выполнено с целью уточнения роли магнитостатического взаимодействия микрообъемов ь существенно неоднородных магнитных средах. Из всего многообразия вариантов задания неоднородности были выделены дез - неоднородность поля анизотропии и неоднородность намагниченности в осевом направлении. Зти варианты представляют наибольший интерес в связи с тем, что ряд используемых в технике Ш характеризуются неоднородностью магнитной анизотропии или неоднородно намагниченными по направлению объемами, вскрывающими их химическую и фазово-структурную неоднородность.

Выполнены серии расчетов для исследования влияния на лро-процесс перемагничивания степени неоднородности поля анизотропии. Кривые размагничивания для раз-днчных величин предельного отклонения полл анизотропии от среднего значения пред- Рис.1 Кривые размагничивания для ставлены нз рис.1. различных величин предельного отклонения С ростом предельного поля анизотропии от среднего значения, отклонения поля ани- 1-0; Е-10; £-£0; 4-30; 5-40; 5-50

зотропии наблюдается:

- рост количества скачков перемагничивания:

- уменьшение площади под кривой размагничивания;

- коэрцитивная сила Не максимальна при однородном поле анизотропии.

сти результаты соответствуют известным положениям о том, что для получения высокой Нс металлический Ш должен иметь

£4 1»

52 16

зг

- О -

структуру с примерно равными по размеру выделениями. Идя полимерных Ли это эквивалентно технологическому требованию равномерного распределения квазиодинаковых частиц по объему.

Количественное исследование влияния на процесс перемаг-ничивания неоднородности намагниченности в осевом направлении выполнялось при задании в части образца различных объемов раэориентации и углов разориентащш.

При малых углах и объемах раэориентации рассчитанные доменные структуры в образцах подобны полосовым доменным структурам или структуре доменов взаимодействия. Подтверждена определяющая роль диполь-дипольного взаимодействия для возникновения доменов взаимодействия.

При больших углах и обьемах раэориентации образуются сложные доменные структуры, характерные для ИМ с высокими неоднородностями. Образование доменов обратной намагниченности в соседних аернах с большой взаимной разориентацией определяется ориентацией верен.

В МТЭ и Ш иг-за значительных прослоек м-лцу частицами, заполненных полимером, доменные структуры не формируются. Поэтому целесообразно говорить о взаимосвязанных кластерах перемагниченных и неперемагнкченных частиц (микрообъемов).

При экспериментальном исследовании партий цилиндрических образцов из сплава ЮНДК S5T5EA установлено:

- факт существования асимметричного магнитного поля у полюсов постоянных магнитов, заключавшийся в том, что у ряда магнитов различной формы и габаритов коэффициент рассеяния магнитного потока у противоположных полюсов различен;

- причинами асимметрии магнитного поля у полисов магнита являются особенности макроструктуры, в силу которых векторы намагниченности его отдельных областей имеют у торца магнита конусное распределение, что редуцируется, очевидно, конусной магнитной текстурой;

- использование постоянных магнитов с асимметричным магнитным полем позволяет дополнительно повысить индукция* магнитного поля в зазоре магнитных систем приборов на £0-Е5Г. без увеличения объема магнита или его магнитной энергии.

С целью расширения и углубления исследований процессов перемагничивания КИМ, с акцентом на редкоземельные ПМ к МП, осуществлен переход от плоской модели к пространственной в

- э -

которой в комплексе учтены известные физические аспекты перемагничивания мзгнитяотвердых материалов.

ГЛАВА 3 посвящена исследованию связи гистерезисных свойств НПМ с процессами перемагничивания микрообъемов в зависимости от дефектов разной природы и геометрии, неоднородности поля анизотропии, константы одноосной анизотропии, ориентации внешнего поля, величины критического вращательного момента.

При разработке пространственной модели учтено, что для многих магнитнотвердых материалов' характерными являются механизмы гистерезиса, связанные с задержкой роста зародышей перемагничивания и с необратимыми процессами вращения. В КПМ с полимерной матрицей эти причины, очевидно, имеют место. Интенсивность, направленность какдого из этих механизмов в отдельности и в целом всего процесса перемагничивания зависят от множества факторов ( физико-химических, технологических, конструкционных и др.), многие из' которых имеют вероятностный характер.

Моделировался процесс перемагничивания магнитнотвердого кубического образца с произвольными неодвородностями магнитной среды. Объем образца представлен как совокупность элементарных объемов (50), совпадавших по форме с формой.образца. Под 30 понимается модельный микрообъем, магнитные параметры и поведение которого соответствуют магнитным параметрам и поведению отдельного зерна (частицы) или группы зерен (частиц) реального образца. Центры 50 рассматривался как центры магнитных диполей, вызывавших появление магнитных зарядов.

Магнитные параметры ЭЗ (поле, анизотропии К&, намагниченность м, направление Ы) задавались по нормальному закону распределения, что соответствует природе гистерезисной среды. Намагниченность М вычислялась о учетом фактора упаковки для КПМ с неферромагнитными включениями (коэффициента объемного наполнения для магнитогластов). _

Для 33 образца эффективное магнитное поле нэ определяется как самим магнитным диполем-, так и его окружением, а также внешним полем перемагничивания НПе»:

На - К0 + На + М ■+ Нр + Н1 + Кпб». (1) где Ка-поле анизотропии; Ки-поле, создаваемое остальными диполями; Нр-размагничивающее поле; Н1-поле Лоренца; Нпв» -

внешнее пале. В отдельное слагаемое Ко выделена изотропная часть поля, которая связана с обменным взаимодействием.

Показано,что вектор

Нг = Ко + К1 + Нр, _ СЕ)

пзраллелен М и его влияние на направление Н5 может Сыть интерпретировано как фактор, приводящий к гистерезису необратимого вращения М, который в поляк КПэс, меньших поля "опрокидывания", означает отставание Ы от Кз по фазе. Так как рассчитать Кг не представляется возможным, предложено имитировать его влияние на процесс перемагничивания введением критического врал^гельного момента 1-кр, означающего, что М начинает смещзться к направлению К» только при достижении вращательным моментом, действующим на М, величины 1Кр. Вращательный момент предложено определять по формуле:

Ь -|Й х (Н3-Кг) | = , (3)

где ф - угол между векторами'Ми V! = Ка + М + Нп^с-

Рис. 2 Перемагничивание 50

До достижения вращательным моментом, величины Ц«с>. вектор М прецессирует вокруг оси анизотропии под достоянным углом, оставаясь в одной плоскости с V» и осью анизотропии (рис.2). При выполнении равенства Ь=Ькр прецессия вектора М совмещается с движением его к направлению V.

Величина ¡-^р, очевидно, зависит от фкзнко-химнчеоких свойств среды и может являться параметром при моделировании процессов перемагничивания.

Поле анизотропии 30 в случае одноосной анизотропии Еыра-жается через константу одноосной анизотропии Ки и намагниченность насыщения Мз

ЕЫц

Ка

Мз

Поле Не}, создаваемое диполями в ЭЗ

2_ # £ § «Я

ш

Р-1 п-1.

СИ!Г;Г-т _

Кхглп

где si, г ~ единичные вектора в направлении Minm>Hinm;£ =¡Riiml-

Для всех 30 из условия L=LKp следует уравнение,

(01г+В22)Н2-2Г(fli2+B2E)P3-03ÍílFi+82re)3n+ (5)

+ [ ( В 2F3- В 2+ ( В 3F1 - а 1F3 ) (В1F2- fl 2F1)(LKp)(М2 ) ] =0

Н » Hnsp; L =» Ц-р; Нз('а1,а£,аз); MÍ0i,fl2»í3); Hd(vi,ro, f3); Нпер(0,0,-1); Fj»Kd-ri+Ka-ai; Fg^d-Tg+na-ag; Рз=Ки-Гз+Кз-аз.

минимальный положительный корень которого соответствует Knsc.« при котором М в SO повернется в направлении V? (w1.w2.w3).

Перемагничивание начнется в Э0 с наименьшим Нпвр- Окончательное положение М может быть определено на основе расчета энергия 30. Под воздействием W вектор М(В1,в2»Вэ) перелетится в положение 5.3). в кото-

ром его будут удерживать энергия одноосной анизотропии и.энергия FI3C.S Поворот М против сил внешнего поля (рио.З). анизотропии под воздействием W.

Суммарная энергия равна:

Е = Е» + Ен •= Ku-Sir^Q - M-W-cos(?-8) (7)

Равновесное положение М определялось из условия 5Е = 0. h'a основе метода множителей Лагранжа получены направляющие косинусы равновесного положения И в Еиде:

(- '1 + л/(Кц);-«Н т Ui ■ Cú¿4?

-—-;--- , 1=1,Z,3 (В)

(Х'Кц) • (1 + Л/Кц)

Величина (VKU) определяется из уравнения

g2(VKu)4 + 2QS(\/Ku)3 + Cg2-i)-(№)2 + (2з1гЛ') • (Л/Ки) -

- sin*?« 0. „ Í3)

где ¡j= (2Ku)/'MW; sinfty= (mi «¿-шой*) +• (tuior-rwsai) *■+ (шгаз-шзаз) .

Из корней уравнения (9) выбирается тот, который обеспечивает положение М между векторами Ка и W. Если при этом угол между векторами Hsí'ai ,а'>,аз) и M(íi окажется больше

М&да)

иди равным г./Е. то это означает, что в данном 50 происходит перемагничиьание (опрокидывание М).

В результате в конкретном ЭО моделируется поворот или опрокидывание М. Одновременно в остальных 50 рассчитывается прецессия около оси анизотропии. Направляющие косинусы М после прецессии (рис.Е) определялись из системы уравнений: (020)3-013(1)2)81 +(ази)1-011(1)з)й2' + ((1зи)2-й2и>1)Вз' « 0

0.181 *+(12В2'+взВз' » а1ва+а2в2+аз9з (1С0

В1'2+В2'2+Вз'г - 1 Далее по (5)-(10) циклические расчеты продолжаются до опрокидывания М во всех ЭО.

Реализация данной модели на ПЭВМ позволяет определить численные данные "истории" перемагничивания КПМ, а именно: поле вародышеобразования обратной магнитной фазы, последовательность перемагничивания ЭО, основные магнитные параметры КПМ - Бг. Кс, (ВН)1пах-

На основе количественного моделирования влияния геометрии и природы дефектов на процесс перемагничивания, магнитнотвердого кубического образца установлено, что: --дефекты зачастую являются местом вародышеобразования и развития обратной магнитной фазы;

- существует процесс "выключения" зародышей", когда внешнее поле и магнитостатическое взаимодействие исключает'вародыше-обрааование на дефекте в начале процесса перемагничивания;

- при наличии в магнитнотвердом кубическом образце объемных дефектов может возникать качественно новая ситуация - Кс образца с объемным дефектом больше Нс бездефектного образца;

- возможно создание КПМ с улучшенными магнитными и энергетическими характеристиками га счет соединения объемов с разной степенью неоднородности магнитной среды или объемов с различными магнитными параметрами;

При исследовании связи гштеревисных свойств КПМ о неоднородностью поля анизотропии установлено, что о ростом предельного отклонения поля анизотропии от его среднего значения

- процессы ззродышеобразовяния облегчаются и начинаются при меньших полях перемагничивания;

- поле первого "скачка" Ь'1 при большой неоднородности поля анизотропии резко падает по сравнении с Нг при малой неоднородности поля анизотропии;

- коэрцитивная сила Кс максимальна при однородном и слабо неоднородном поде анизотропии, при росте неоднородности поля анизотропии Не медленно убывает;

- уменьшается плоишь 5 под кривой размагничивания и коэффициент выпуклости г.

Полученные зависимости подтверждают и развивают результаты моделирования процесса пэремагничивания в случае двух измерений и соответствуй! экспериментальным и теоретическим выводам.

Константа магнитной анизотропии Кц-наиболее структурно-чувствительная характеристика магнитных сред. Показано, что характеристики кривых размагничивания находятся в явной зависимости от Ки; они увеличиваются с ростом константы одноосной анизотропии. Кривые размагничивания с возрастанием Ки становятся шире и круче, что равнозначно увеличен;® жесткости и гистерезисных свойств образцов.

При исследовании влияния ориентации внешнего магнитного поля на гиотереаионые свойства магкктнотвердого кубического образца установлено, что с ростом ¥ (угол мемду ОЛН и направлением внешнего поля!:

- процессы ззродышеобрззоьания облегчаются и начинаются при все меньших полях;

- поле первого "скачка" На резко уменьшается, проходит минимум и затем возрастает;

- коэрцитивная сила Кс быстро падает, имеет локальный минимум, затем - локальный максимум;

- площадь под кривой размагничивания 3 и коэффициент' выпуклости убывают;

- при 7 >30° На растет быстрее и превышает Кс, то есть скачки Езркгауаена происходят пооле размагничивания образца.

Из вышесказанного следует, что зависимость поля первого "скачка" Ка и коэрцитивной силы Ко от не соответствует феноменологическому соотношению Кс^/соз 2 совокупности с последними экспериментальными данными можно сделать вывод, что связь Кс~1/со5 7 не верна даже для малых

По-видимому, угловая зависимость Нс в магнитнотвердой среде определяется не только углом но и фазовым составом, режимом термообработки, формой образца и другими факторами. Более того, для различных КПМ эта зависимость может быть

ПрШШИПИЭДЬНО päSKQM Л ПОЭТОМУ уКИБсрСЗЛЬНОГО фёКОМёКОЛОГК-ческого соотношения не может быть получено.

Величина критического вращательного момента LKp была введена при моделировании и явного физического смысла не имела. Показано, что характеристики кривых размагничивания слабо зависят от Ькр, но с возрастанием Ькр растет коэрцитивная сила Не и плошадь под кривой размагничивания S, что указывает на рост магнитной энергии образца.

Подобные плотно расположенные кривые размагничивания получены при исследовании влияния различных факторов на процесс перемагничивания ПМ. К таким факторам могут быть отнесены: различный химический состав, различные режимы'термомагнитной обработки и др. Для конкретных магнитных материалов возможно установление корреляционных связей между видом и интенсивностью обработки КШ и величиной 1_кр. Тогда на осноге пространственной модели перемагничивания на ПЭВМ может быть разработана система прогнозирования гистерезисных характеристик КПМ в- зависимости от их "предистории". Для реализации данной гипотезы необходимо дополнительное исследование.

Обобщая результаты количественного моделирования можно констатировать, что пространственная модель адекватно воспроизводит экспериментальные зависимости и устанавливает связь гистерезисных свойств КПм с процессами перемагничивания микрообъемов, позволяет получить дополнительную информацию о природе гистерезиса в магнитнотвердой среде.

Б ГЛАВЕ 4 разработанные модель и программное обеспечение применены для радчета гистерезисных'свойств магнитопластов.

Ка кафедре химической технологии СГТУ разработана экологически чистая, малостадийная и ресурсосберегающая технология получения мзгнитопдастоа смеоевым способом. В качестве полимерной матрица был использован высококонцентрированный 70-75% спиртовый раствор бакелитового лака, отличающегося доступностью и возможностью сократить число стадий технологического процесса, в частности, исключить сушку и уменьшить Еыброоы газообразных токсических веществ в процессе получения магнитной композиции. Полимерная матрица модифицируется введением до 5% малы?: добавок легирующих и плаотифицируюаак веществ, сто обеспечивает снижение вязкости композиции, увеличение степени наполнения, облегчение переработки высоконаполненкой композиции

в изделия и повышение их магнитных характеристик за счет ориентации в магнитном поле. Ка рис.4 представлена схема технологических процессов формирования магнитопластов и получения изделии ив ник.

Рис.4 Схема технологических процессов формирования магнитопластов и получения изделий из них:

1-наполнитель;

2-связующее;

3-целевые добавки;

4-смешение компонентов; _

5-сушка;

6-прессование;

7-ориентирующее магнитное поле;

8-размагниченное изделие;

9-шпульсное магнитное поле;

iQ-коктродь и выпуск готовых изделий

iO

Экспериментально,установлено, что среди разработанных магнитоплзстов наилучшими магнитными свойствами отличаются магнитопласты с использованием бакелитового лака и наполнителя - сплава системы Nd-Fs-Б. Высокие значения магнитных характеристик в магнитопластач с одинаковым наполнителем и единой технологией изготовления предопределяются, прежде всего, коэффициентом объемного наполнения р.

Поэтому было выполнено экспериментальное исследование зависимости гистерезисных характеристик магнитоплзстов с использованием бакелитового лака и наполнителя - сплава Nd-Fe-B от содержания наполнителя. С этой целью по изложенной выше технологии были изготовлены кубические образцы с ребром в 10 мм и различными, технологически обоснованными, коэффициентами объемного наполнения р (0,45:0,50;0,55;0,БОь На установке для записи петли гистерезиса магнитнотзердых материалов "МУСКАТ" были построены петли гистерезиса для всех образцов (рис.5). Магнитные характеристики образцов в зависимости от р приведены в таблице.

I4CXÍ и ■>Аные 1 < annoHí •НТЫ

Одновременно выполнены расчеты перемагвшивания ¿4 образцов при разбиении на 125 (5*5x5) микрообъемов. Бри задании исходных па-s< рачетров ь соответствии с ^ магнитными свойствами об-Ч2^ рааца и варьировании па-

«оУ мо Тчо !и ..

Напряженность м&гнитного пс/иг) кл/м

Рис.5 Кривые размагничивания образцов в зависимости от р 1-0,45; 2-0,50; 3-0,55; 4-0,60

раметров, ииеюшкх вероятностный характер распределения до объему, подучены расчетные данные при удовлетворительном соответствии с экспериментальными.

Таблица .

Магнитные характеристики магнитопластов в зависимости от 'коэффициента объемного наполнения р.

Характеристики ..... ............... , .... ----- ------ ---- , Значение р

0,45 - 0,50 ; 0,55 | 0,50 I

Остаточная индукция, Вг, Тл 0,44 i 0,48 ¡ 0,53 ■ 0,58

Коэрцитивная сила по намагниченности Нем, кА/м 410 ! 388 | 380 I 376 ! ;

Произведение Ег • Нс.«, Гл-кА/м 180,4 1 I 185,2 | £01,4 1 £13,1

Площадь под кривой размагничивания, ТЛ'КА/м 107 i 113 ! 1S4 I 152 1

Коэффициент выпуклости кривой размагничивания 0,593 1 0,539 j 0,655 i 0,6S7

. К примеру, расчет для образца магнитоплзота с использованием бакелитового лака и наполнителя - сплава Ш-Ге-В с р=0,5 выполнен при следующих параметрах: - константа одноосной анизотропии наполнителя - 4£00 кДж/м^ (соответствует сплаву Ми-Ре-В };

- среднее значение намагниченности по объему образца с учетом р" - 400 кА/м;

- намагниченность насыщения наполнителя - 1 ООО кА/м ;

- предельное отклонение намагниченности от среднего значения - 10%;

- предельное отклонение анизотропии от номинального значения - £0%;

- направляюще косинусы оси конуса возможных направлений интегральных магнитных моментов микрообъемов по осям л и У -0,200; 0,200;

- предельные отклонения косинусов от оси конуса по осям X и У - 0,100; 0,100;

- критический вращательный момент !_кр - 10 ООО (кА/м)2.

В результате получены следующие расчетные характеристики кривой размагничивания образца: Вг=0,479 Тл; Нсм-378,82 кА/м; ЕГ'Нсм » 131,45 Тл-кА/м; площадь под кривой размагничивания 114,76 ТЛ'КА/м; коэффициент выпуклости кривой размагничивания 0,634. Из сравнения экспериментальных и расчетных данных следует, что предложенная пространственная модель перемагничивания магнитнотвердых материалов может применяться для расчета перемагничивания магнитопластов.

ВЫВОДЫ

1) В результате исследования роли магнитостатического взаимодействия а магннтнотвердой высокоанизотропной среде установлено, что:

- мзгкитоетатичеекое взаимодействие между микрообьемами определяет интенсивность и направленность процессов перемагничивания, непосредственно влияет на гистерезисные свойства КПМ;

- места зародышеобразовашя и развития обратной магнитной фззы, как правило, совпадают с дефектами и редуцируются магнитостатическим взаимодействием;

- существует явление "выключения" зародышей, при зтом внешнее поле и магнктостатическое взаимодействие с высокоанизотропной средой разрушают антиферромагнитнкй порядок в дефекте и исключают зародышеобразование на дефекте в начале перемагничивания образца;

- использование постоянных магнитов с асимметричным магнит-

ным полем позволяет без'увеличения объема магнита повысить индукцию магнитного поля на'20 - £5%;

- за счет соединения объемов с различными ,магнитными параметрами возможно создание композиционных постоянных магнитов с улучшенными магнитными и энергетическими характеристиками.

2) В результате исследования зависимости гистерезисных свойств КПМ от неоднородности магнитных параметров и процессов перемагничивания микрообъемов установлено, что:

- с ростом неоднородности поля анизотропии по объему образца процессы зародышеобразования обратной магнитной фазы облегчаются и.начинаются при меньшее полях перемагничивания;

- коэрцитивная сила Кс образца максимальна при однородном и слабо неоднородном поле анизотропии, при возрастании неоднородности поля анизотропии Не убывает;

- для получения высокой коэрцитивной силы Ш (МП) должны иметь квазирегулярную структуру и квазиоднородные свойства;

- гистерезисные свойства Ш находятся в явной зависимости от константы одноосной анизотропии и увеличиваются с ее ростом;

- угловая зависимость коэрцитивной силы магнитнотвердого образца от ориентации внешнего поля носит сложный многофакторный характер и для нее не выполняется известное феноменологическое соотношение Не ~ 1\соз V.

35 В результате экспериментального и модельного исследования процессов перемагничивания магнитопластов установлено:

- пространственная модель перемагничивания адекватно воспроизводит экспериментальные зависимости гистерезисных свойств магкптоплзстов с использованием бакелитового лака и наполнителя - сплава !чи-Ге-Е от коэффициента объемного наполнения и может применяться для расчета перемагничивания указанных магнитопластов;

- пространственная модель и разработанный комплекс программных средств позволяют прогнозировать на П5ЕМ оптимальные сочетания параметров магнитной среды и режимов ее обработки с целью получения КПМ СШ1) с улучшенными магнитными н энергетическими характеристиками;

- представляет интерес адаптация программных средств для исследования гистерезисного поведения магнитопластов в зависимости от физико-химических свойств наполнителя и полимера.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Сопляченко В. Н.. Поволоцкий Е.Г., Ольховский А.Н., Дайниченко Н.В. Асимметрия поля постоянного магнита // Теэ. VIII Всесоюзной конференции по ИМ. 1985. C.7G.

2. A.c. 1321059 Установка для термомагнитной обработки постоянных магнитов в неоднородном магнитом поле / Сопля-ченко В.Н., Поволоцкий Е.Г., Ольховский А.Н., Дайниченко Н.В. Опуб.1.03.87.

3. Сопляченко В.Н., Поволоцкий Е.Г., Ольховский А.Н., Дайниченко К.В. Асимметрия поля постоянных магнитов. Сбор, трудов НИТИ М: 1587 Вып.2(£2) С.57-103.

4. Сопляченко В.К.Дайниченко Н.В., Поволоцкий Е.Г., Полонская О.П., Земченкоз B.C. Влияние неоднородности намагниченности в осевом направлении на доменную структуру одноосных ферромагнетиков при неремагничивакш. // Физика металлов и металловедение. 1990. N 11. С 5-11.

5. Дайниченко К.5., Сопляченко Б.К., Серебряков А.В Зависимость доменной структуры от характера и степени неоднородности в одноосном ферромагнетике при перемагничиЕании. // Тезисы X Всесоюзной конференции по ИМ.. Москва,1351. С.171-172.

6. Dainichenko К, Sopliaehenko V, Serebriskov A. Diskrete Modele of' Repeated Magnetizing of Magnetic Solid Material's. II MNTK "Current Frobiems of Fundamental Science". Moskow, 1994. Ftl. P.50-52.

7. Дайниченко Ь'.В, Сопляченко E.H. Серебряков A.B. Исследование закономерностей переыагншшЕакия ПМ на ГГгеМ.// Тезисы X! Международной конференции по 13'.'!. Москва, 1554. С. 123.

S. Дайниченко Н.В., Сопляченко В.H, Серебряков A.B. Угловая зависимость коэрцитивной силы магнитнотвердого образца при леремагничиванил. / Саратовский технический университет-Саратов, 1995, С-с. Деп. в ВШТИ, 10.03.95. N 650-В.95 Деп.

9. Дайниченко К.Е., Сопляченко E.H., Серебряков А.Е. Исследование закономерностей перемагничивания постоянных магнитов на ПЭВМ. //Электротехника. 1995. Еып.8. С.19-21.

10. Серебряков A.B., Дайниченко Н.В., Сопляченко В.Н. Моделирование перемагничиьания композиционных постоянных магнитов./Программные средства в учебном процессе и научных исследованиях: сборник программных средств СГТУ. 1995. C.S5.

11. Дайниченко Н.В., Бемченвов В.С., Сопляченко Е.И., Варчев Б.Ы. Конструирование гистерезисных свойств композиционных постоянных магнитов на ПЗВМ.// Теаисы I Международного симпозиума " Будущее эа композитами ". 'Набережные Челны, 4-7 февраля 1997 г. С. 32.

ДАЙНИЧЕНКО НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГЙСТЕРЕЗИСННЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ' ; '

Автореферат

Ответственный за выпукК к.таь В.Н.Сопляченко Корректор Л.А.Скворцова

Лицензия ЛР № 020271 от 15.11.96

Подписано в печать 27.02.97. Формат'60x04 1/16

Бум. оберт. Усл.— печ.л. I Д6С1 »25^4, —изд.л. I«I

Тираж 100 экз- Заказ 23 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г.Сарагов, ул. Политехническая, 77 Ротапринт СГТУ, 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77