Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных металлических сплавов на основе железа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ ГОУ ВПО "ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

На правах рукописи

004бУа05'

Гаврилюк Алексей Александрович

МАГНИТНЫЕ И МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

01.04.07- физика конденсированного состояния 01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 6 СЕН 2010

Иркутск - 2010

004608059

Работа выполнена на кафедре электроники твердого тела ГОУ ВПО "Иркутский государственный университет.

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук, профессор Глезер A.M.

ЦНИИ ЧЕРМЕТ им. Л.П.Бардина, г. Москва

доктор физико - математических наук, профессор Грановский А.Б.

МГУ им М.В. Ломоносова, г. Москва

доктор физико - математических наук, профессор Калинин Ю.Е.

Воронежский государственный технический университет г. Воронеж.

Ведущая организация:

Сибирский Федеральный Университет г. Красноярск.

Защита состоится " 22 " сентября 2010 года в 10.00 часов в аудитории на заседании диссертационного совета Д 212.074.04 в Иркутском государственном уни верситете по адресу: 665003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Иркутского государственного университета.

Автореферат разослан "17" августа 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.074.04 к.ф.-м.н., доцент

Мангазеев Б.В.

Актуальность проблемы. Физика аморфных металлических сплавов (AMC) является одной из быстроразвивающихся областей физики конденсированного состояния. Большой интерес, который привлекают к себе AMC, обусловлен как фундаментальными, так и прикладными аспектами. Одними из наиболее перспективных AMC, как с точки зрения их практического использования, так и с точки зрения изучения особенностей структуры аморфного состояния, являются AMC на основе железа [1-4]. Обладая высокими значениями намагниченности насыщения, константы магнитострикции, магнитной проницаемости и малыми потерями на пере-магничивание, такие сплавы находят применение в различных областях электроники в качестве чувствительных элементов датчиков силы, деформации, температуры, а также в линиях задержки звуковых и ультразвуковых сигналов.

Магнитострикционные AMC на основе железа являются удобным модельным бъектом, позволяющим проследить взаимосвязь механизмов перестройки доменной структуры магнитомягкого ферромагнетика с его магнитными и магнитоупру-ими параметрами. Несмотря на значительное число опубликованных работ, посвященных исследованию магнитных и магнитоупругих свойств AMC на основе желе-а, до настоящего времени отсутствовали целостные представления, связывающие ежду собой процессы перестройки доменной структуры сплавов, их магнитные и агнитоупругие свойства. Выработка таких представлений была затруднена из-за ложности наблюдения у AMC доменной структуры и процессов ее перестройки од действием магнитного поля и упругих деформаций, высокой чувствительности агнитной и фазовой структур к режимам предварительных обработок, а также ногообразия объектов исследований, отличающихся методами получения и гео-етрическим параметрами. В частности, недостаточно полно было исследовано оведение магнитоупругих характеристик AMC на основе железа в магнитных по-ях, не были выявлены особенности процессов перестройки магнитной доменной труктуры под действием магнитного поля и упругих напряжений в аморфных ме-аллических пленках, лентах и проволоках, а также не было изучено влияние рель-фа поверхности и неоднородностей магнитной структуры на их магнитные и маг-итоупругие свойства. Все это сдерживало практическое применение таких мате-иалов в современной промышленности.

елью работы являлось установление взаимосвязи процессов перестройки домен-ой структуры, магнитных и магнитоупругих свойств аморфных металлических плавов на основе железа в виде пленок, лент и проволок.

В ходе проведения исследований решались следующие задачи: . Выявление закономерностей процесса перестройки доменной структуры в морфных металлических пленках на основе железа, полученных методом ионно -разменного напыления в магнитном поле, и установление взаимосвязи между ме-анизмами перемагничивания и магнитоупругими свойствами таких пленок. . Изучение влияния геометрических параметров образца на магнитные и магнито-пругие характеристики аморфных металлических пленок, лент и проволок, полу-енных различными методами.

. Выяснение причин возникновения в аморфных металлических пленках и лентах с дноосной наведенной анизотропией отрицательного АЕ -эффекта. Установление

\

—> ■ v А

критерия возможности возникновения отрицательного АЕ -эффекта, связывающего между собой магнитные и магнитоупругие параметры аморфных лент и пленок.

4. Изучение влияния начальных стадий процесса кристаллизации аморфных металлических лент и проволок на основе железа на их магнитные и магнитоупругие свойства.

5. Исследование влияния упругих растягивающих напряжений на магнитные свойства аморфных металлических проволок и лент, прошедших различные виды предварительной обработки (термическая обработка, термомагнитная обработка, обработка постоянным электрическим током).

6. Изучение влияния упругих растягивающих деформаций на величину ДЕ-эффекта в аморфных металлических лентах на основе железа, прошедших как термомагнитную обработку, так и обработку постоянным током. Установление механизмов перестройки доменной структуры исследованных лент, обуславливающих изменения в характере полевых зависимостей АЕ -эффекта в результате действия растягивающих напряжений.

7. Исследование влияния неоднородностей магнитной структуры (угловой и амплитудной дисперсии анизотропии) на магнитоупругие и пьезомагнитные свойства вы-сокомагнитострикционных аморфных металлических лент.

8 Изучение закономерностей, связанных с формированием доменной структуры в ядре аморфных металлических проволок и развитие представлений об особенностях протекания процессов ее перестройки под действием внешних магнитных полей. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

Впервые магнитооптическим методом Керра исследованы доменная структура, процессы перемагничивания и влияние на них упругих напряжений в аморфных металлических пленках на основе железа толщиной несколько десятков микрон, полученных методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле. Обнаружено, что приложение растягивающих деформаций вдоль оси трудного намагничивания приводит к уменьшению полей перемагничивания исследуемых пленок.

Показана роль последовательности приложения магнитного поля и упругих деформаций на процесс перестройки полосовой доменной структуры одноосных ферромагнетиков на примере аморфных металлических пленок на основе железа, полученных методом ионно-плазменного напыления в магнитном поле.

Установлено, что в узких полосках аморфных металлических пленок на основе железа толщиной несколько десятков микрон, полученных методом ионно-плазменного напыления, наблюдается колебательное движение доменных границ под действием переменного поля, перпендикулярного их оси легкого намагничивания.

Показано, что изменение структуры доменных границ под действием магнитного поля, перпендикулярного оси легкого намагничивания, в аморфной металлической пленке на основе железа с одноосной наведенной анизотропией, приводит к появлению минимума на полевой зависимости <4£-эффекта и к разрыву вторых производных свободной энергии ферромагнетика по упругим и магнитным параметрам;

Установлено, что на зависимостях ЛЕ - эффекта от величины магнитного поля у аморфных металлических лент с одноосной наведенной анизотропией, у которых

единственным переходным металлом является железо, имеется четыре характерных участка, которые обусловлены различными механизмами перестройки их доменной структуры. Рост концентрации кобальта в аморфных металлических лентах на основе железа приводит к тому, что на аналогичной зависимости присутствует только два участка.

Предложена модель распределения намагниченности, позволяющая дать объяснение экспериментальным зависимостям величин Л£-эффекта и дифференциальной магнитной проницаемости от магнитного поля в аморфных металлических лентах составов Реб4Со21В15 и Ре81.5В13^Б^зСг, прошедших обработку постоянным элеюри-ческим током на воздухе.

Показано, что неоднородный рельеф поверхности аморфных металлических лент на основе железа является одним из основных факторов, определяющих их квазистатические магнитные характеристики.

Сформулированы условия стабильности магнитных доменов различной формы, реализация которых возможна в ядре аморфных металлических проволок при приложении внешних магнитных полей. Проведена оценка энергии доменов различных конфигураций в зависимости от их размеров и приложенного магнитного поля.

Показано, что поле начала смещения верхушки домена в ядре аморфной металлической проволоки зависит от взаимной ориентации внешнего магнитного поля и намагниченности домена.

Установлено, что в магнитострикционных ферромагнитных проволоках на основе железа, имеющих неоднородную микромагнитную структуру, реализуется ме-анизм магнитоупругого взаимодействия областей с различным распределением намагниченности.

Научная и практическая значимость.

Научная значимость работы определяется тем, что предложенные в ней мо-ели взаимосвязи между процессами намагничивания, магнитными и магнитоупру-ими свойствами аморфных металлических сплавов на основе железа могут слу-ить основой для понимания аналогичных явлений, происходящих в других высо-омагнитострикционных магнитомягких материалах, и значительно расширяют азвитые представления о механизмах Л£-эффекта.

Практическая значимость работы определяется тем, что полученные в работе езультаты могут быть использованы при создании прецизионных датчиков раз-ичного рода физических величин (силы, деформации и температуры и т.д.), в кото-ых чувствительными элементами являются аморфные металлические пленки, лены и проволоки на основе железа. В частности, показана принципиальная возмож-ость создания на основе высокомагнитострикционных магнитных пленок и лент ысокочувствительных датчиков, работающих на эффекте скачкообразного изме-ения намагниченности в результате изменения поля анизотропии образца при при-ожении к нему упругих растягивающих напряжений.

Определение энергетически выгодной конфигурация магнитных доменов в ядре роволоки, обладающих максимальной устойчивостью к магнитному полю, оценка х энергии, а также установление механизмов перемагничивания ядра проволоки пособствуют созданию новых импульсных устройств функциональной электрони-и (магнитных диодов).

Показано, что метод резонанса - антирезонанса измерения скорости распространения магнитоупругих колебаний и величины АЕ- эффекта может быть использован в качестве высокочувствительного метода контроля (наряду с рентгено-струкгурным и дифференциальным термическим анализами) начальных стадий процесса кристаллизации магнитострикционных аморфных металлических лент. Основные защищаемые положения.

1. Следствиями изменения структуры доменных границ в аморфных металлических пленках и лентах под действием магнитного поля, ориентированного перпендикулярно оси наведенной анизотропии, являются уменьшение равновесной ширины полосовых доменов, изменение зависимости модуля упругости и магнитной проницаемости от магнитного поля, а также разрыв вторых производных свободной энергии ферромагнетика по его магнитным и упругим параметрам. Увеличение поля достижения максимума скорости распространения магнитоупругих колебаний при уменьшении размеров образца вдоль оси трудного намагничивания является рост значения эффективной константы анизотропии пленок и лент в результате увеличения их размагничивающего фактора.

2. Условиями возникновения отрицательного ае -эффекта в магнитострикционных аморфных металлических пленках и лентах с одноосной наведенной анизотропией являются низкая значение эффективной анизотропии, высокая константа магнито-стрикции и близкие по значениям модули упругости в отсутствие магнитного поля и в состоянии магнитного насыщения. Первые два фактора определяют высокую чувствительность доменной структуры образцов к действию приложенных напряжений, что является условием возникновения отрицательного ае -эффекта. Близкие значения модулей упругости в размагниченном состоянии и состоянии магнитного насыщения свидетельствуют о том, что основным механизмом намагничивания аморфных лент и пленок является поворот намагниченности. Уменьшение абсолютной величины отрицательного АЕ-эффекта в аморфных лентах на основе железа на стадии их кристаллизации обусловлено уменьшением константы магнитост-рикции, разрушением одноосной наведенной анизотропии и увеличением уровня внутренних напряжений, что приводит к уменьшению чувствительности доменной структуры к действию упругих напряжений, увеличению разности модулей упругости в состоянии магнитного насыщения и размагниченном состоянии и изменению преобладающего механизма намагничивания лент от поворота намагниченности к процессу смещения доменных границ.

3. Магнитостатическое взаимодействие, обусловленное неоднородностями тонкой структуры доменов (угловой дисперсией анизотропии) и рельефом поверхности, являются факторами, определяющими поведение магнитных и магнитоупругих характеристик аморфных металлических лент на основе железа в области слабых магнитных полей. Причиной этого являются поля рассеяния от магнитных зарядов на доменных границах и неоднородностях рельефа поверхности аморфных лент, препятствующие протеканию в них процессов намагничивания. Рост поля одноосной наведенной анизотропии, уменьшение намагниченности и магнитострикции в результате увеличения концентрации кобальта в аморфных металлических лентах на основе железа приводит к уменьшению полей рассеяния, росту чувствительности доменной структуры образцов к действию магнитного поля и изменению полевых

зависимостей магнитных и магнитоупругих характеристик в области относительно слабых магнитных полей.

4. Причиной различного поведения АЕ -эффекта от магнитного поля, в аморфных металлических лентах на основе железа в виде узких полосок, прошедших термомагнитную обработку и обработку постоянным электрическим током, является различная степень неоднородности их магнитной структуры. В серединной части лент, прошедших обработку электрическим током, протекают процессы смещения доменных границ, что обусловливает высокое значение остаточной индукции и появление максимума на полевой зависимости магнитной проницаемости. Приложение малых растягивающих напряжений, ориентированных перпендикулярно оси наведенной анизотропии аморфных металлических лент, прошедших как термомагнитную обработку, так и обработку электрическим током, приводит к росту абсолютного значения отрицательного /!£-эффекта, что связано с уменьшением поля одноосной наведенной анизотропии.

5. Между ядром и приповерхностной областью магнитострикционных аморфных металлических проволок осуществляется механизм магнитоупругого взаимодействия, влияющий на ход зависимости модуля упругости проволоки от внешнего магнитного поля. Влияние магнитоупругого взаимодействия областей проволоки с различным распределением намагниченности на модуль упругости определяется значением констант анизотропии ядра и приповерхностной области проволоки, а также первоначальной ориентацией намагниченности в ядре относительно приложенного магнитного поля. Возникающие в приповерхностной области механические напряжения (сжимающие или растягивающие) и полевые зависимости модуля упругости проволоки определяется тем, составляющая намагниченности какой области (приповерхностной или переходной) вдоль направления магнитного поля больше. В связи с этим, ход полевых зависимостей модуля упругости аморфных металлических проволок на основе железа определяется набором факторов определяющими размеры ядра и приповерхностной области проволок, а также значения констант анизотропии этих областей.

6. Магнитный домен в ядре аморфной металлической проволоки, состоящий из ци-индрической части и двух конусообразных верхушек, обладает наименьшей энергией и минимальными размерами, устойчивыми к магнитному полю. Основным параметром, определяющим устойчивые размеры домена, является коэрцитивная

ила его доменной верхушки. Минимальная длина устойчивого домена возрастает с остом магнитного поля, ориентированного противоположно направлению намаг-иченности домена. В свою очередь, рост магнитного поля, ориентированного па-аллельно намагниченности домена, приводит к уменьшению длины устойчивого омена. Поле смещения доменной верхушки в ядре аморфной металлической про-олоки, а также механизм ее продвижения на начальном этапе намагничивания (вы-ягивание верхушки домена или ее параллельное смещение) определяется взаимной риентацией внешнего магнитного поля и намагниченности в домене.

Совокупность научных положений диссертации может быть квалифицирована ак решение крупной научной задачи в области физики конденсированного состоя-ия: "Взаимосвязь механизмов намагничивания аморфных металлических плавов на основе железа с их магнитными и магнитоупругими свойствами

7

Достоверность результатов проведенных исследований

Защищаемые научные положения и выводы базируются на результатах экспериментов и проведенных расчетов, достоверность которых обеспечивается использованием современных и апробированных экспериментальных методик, статистическим характером экспериментальных исследований, анализом погрешностей измерений, применением современных аттестованных компьютерных математических программ.

Личный вклад автора

Автору диссертационной работы принадлежит постановка целей и задач исследования, определение путей их реализации и решения. Все эксперименты по исследованию доменной структуры и процессов перемагничивания аморфных металлических пленок и большинство экспериментов по изучению магнитоупругих свойств аморфных металлических пленок лент и проволок на основе железа выполнялись непосредственно автором работы. Часть экспериментов выполнено в соавторстве с исследователями, у которых автор являлся научным руководителем кандидатских диссертаций (A.JI. Семенов, А.Ю. Моховиков, НВ.Турик). Исследования доменной структуры и процессов ее перестройки под действием магнитных полей и упругих растягивающих напряжений в аморфных металлических пленках проводились на кафедре физики ИГЛУ при сотрудничестве с A.B. Семировым и Н.П. Ковалевой. Результаты, связанные с исследованием структурных изменений, протекающих в аморфных металлических лентах структурно - чувствительными методами, в частности, методом экзоэлектронной эмиссии, были получены при сотрудничестве с A.C. Векслером, В.И. Болдыревым и И.Л. Морозовым. Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация экспериментальных результатов, предложены описанные в диссертации новые физические модели, проведены их расчет и теоретическое обоснование. В публикациях, в которых автор диссертации занимает первую позицию, основная роль в постановке задачи, полном или частичном получении экспериментальных результатов, их анализе и теоретическом обосновании, а также в написании и редактировании текста публикаций, принадлежит ему. В остальных публикациях автор участвовал в постановке задачи, получении ряда экспериментальных результатов и их обсуждении, а также разработке физических моделей, объясняющих результаты эксперимента. Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах: 6-ом Всероссийском совещании по физике магнитных материалов (Иркутск, ИГПИ, 1992); Всероссийской конференции по физике магнитных явлений (Астрахань, 1993 г); Европейском коллоквиуме по магнитным пленкам и поверхностям (ICSMF, Düsseldorf, Germany 1994); XIV-XX международных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, МГУ, 1994 - 2006 гг.); 41-ой Международной конференции по магнетизму и физике магнитных материалов (Atlanta, USA, 1996); 1-ом, 3-ем, 4-ом Московском международном симпозиуме по магнетизму (MISM, MSU, 1999, 2005, 2008); Intermag Conference (Kyongju, Korea, 1999); Международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж, ВГТУ 1999 г.); Седьмой всероссийской конференции с международным участием "Аморфные прецизионные сплавы. Технология

8

- свойства - получение" (Москва, ЦНИИ Чермет им И.П.Бардина, 2000 г); Европейской конференции по магнитным материалам (ЕММА-2000, Ukraine, Kiev, 2000); Евроазиатском симпозиуме "Trends in Magnetism" (Красноярск, КГУ, 2004); Международных конференциях "Функциональные материалы" ICFM-2002, 2007, 2009 (Симферополь, ТНУ, 2002,2007,2009 гг.); 1-ой , 2-ой и 3-ей Байкальской международных конференциях "Магнитные материалы" (Иркутск, ИГЛУ, 2001, 2003, 2008 гг.); сессии РАН по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах (Астрахань, АГУ, 2003 г.); 5-8-ой Международных конференциях "Действие электромагнитных полей на прочность и пластичность материалов" (Воронеж, ВГТУ, 2003, 2004, 2005, 2007 гг.); Всероссийской научной конференции "Методы создания, исследования материалов, приборов и экономические аспекты микроэлектроники" (Пенза, 2006); 13-ой Международной конференции по жидким и аморфным металлам (Екатеринбург, 2007 г.); 6-ой и 7-ой Международных конференциях "Некристаллические твердые тела" (Giiom, Spain, 2006 г.; Porto, Portugal, 2008 г); 5-ом Международном семинаре "Физико-математическое моделирование систем" (Воронеж, ВГТУ, 2008 г.); Joint European Magnetic Symposia (Dublin, Ireland, 2008 г.); Третьей Всероссийской конференции по нанома-териалам (Екатеринбург.2009 г); XXI Международной конференции "Новое в магнетизме и магнитных материалах" (Москва, МГУ, 2009 г.); International Workshop on Structural and Mechanical Properties of Metallic Glasses (Barcelona, Spain, 2009 r);

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих проектов и программ: гранта МО РФ по программе "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект № 609, "Исследование магнитных и магнитоупругих свойств аморфных металлических сплавов на основе железа" (2005 г)); грантов РФФИ (проект 05-08-18063-а "Магнитоимпедансные и магнитоупругие свойства аморфных и нанокри-сталлических сплавов на основе переходных металлов" (2005-2008 гг), проект 08-08-00210-а "Влияние лазерной обработки на магнитные, магнитоупругие и магнитоимпедансные свойства аморфных и нанокристаллических металлических сплавов на основе Зd-мeтaллoв" (2008-2100 гг.), проект 09-08-00406-а "Термостабильность магнитоимпедансных характеристик аморфных и наноструктурированных ферромагнитных сплавов" (2009-2011 гг.) и проект 07-08-05037-6 "Развитие МТБ для проведения исследований по области знаний 08"(2007 г)); федеральной аналитиче-кой ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей шолы (2009-2010 гг.)" (проект РНП.2.2.1.1/3297); темпланов ИГУ и ИГЛУ (1996-ОЮ гг.);

Результаты диссертационной работы опубликованы в 67 научных работах из их 33 в статьях из перечня ВАК РФ, рекомендованных для защиты докторских иссертаций, остальные в сборниках трудов, материалах и тезисах докладов меж-ународных и всероссийских конференций по физике конденсированного состояния физике магнитных явлений.

!труктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав и за-лючения. Содержание работы изложено на 227 страницах текста, включает 126 исунков и 7 таблиц. Список используемой литературы включает 217 наименова-ий, включая 67 наименований работ автора диссертации.

Краткое содержание диссертации.

Во введении дано обоснование актуальности работы. Сформулированы цели и задачи исследования; показаны новизна, практическая значимость и достоверность полученных результатов, сформулированы защищаемые положения; показана апробация результатов работы, кратко изложено содержание работы. В первой главе приводятся сведения об исследуемых образцах, их магнитных параметрах, описываются метод проведения термомагнитной обработки аморфных металлических лент, представлены методы измерения магнитных и магнитоупругих характеристик исследуемых объектов.

В качестве исследуемых образцов использовались аморфные металлические пленки на основе железа, полученные методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле, аморфные металлические ленты, полученные методом быстрой закалки из расплава и аморфные металлические проволоки, полученные вытягиванием из расплава. Аморфные металлические пленки составов Fe45Co45ZГ]o, Ре81Мо9Рю, Ре81Мп9Рю, полученные методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле, имели толщину от 10 до 50 мкм. Ось легкого намагничивания (ОЛН) пленок определялась ориентацией магнитного поля в процессе их напыления. Пленки получены и сертифицированы на кафедре ФТТ ВГТУ. Выбор объектов исследования объяснялся высокими значениями индукции насыщения в5~ (1,3-1,5)

Тл и константы магнитострикции (25-30)'10'6, а также относительно низким

значением поля наведенной анизотропии, которое не превышало 1500-2000 А/м.

В качестве исследуемых аморфных металлических лент были выбраны ленты составов Ре^Вп^зСг, Ре^Сог^^, БеузСо^В^ и Ре67Со1оСгз515В15, полученные методом быстрой закалки из расплава. Ленты получены и сертифицированы в ЦНИИ ЧЕРМЕТ им И.П. Бардина (Москва). Толщина лент составляла 25 - 35 мкм, длина - 0,015 - 0,05м, ширина - 0,009 - 0,0011 м. Выбор объектов для исследования объяснялся высокими значениями их констант магнитострикции Дх=(25-35)'10~б и

индукции насыщения В8 ~(1,3-1,8) Тл. Различный состав лент позволял варьировать

величину поля анизотропии, наводимой в процессе термомагнитной обработки.

В качестве исследуемых аморфных металлических проволок были выбраны проволоки состава Ре755110В15, полученные вытягиванием из расплава. Диаметр проволок составлял 135-140 мкм, длина - 0,02 - 0,06м. Образцы получены и сертифицированы в ЦНИИ ЧЕРМЕТ им. И. П. Бардина (г. Москва). Магнитострикция насыщения проволок составляла Х^З'Ю'5, индукция насыщения - 5^1,5 Тл. Выбор проволок состава Ре7551тВ15 в качестве исследуемых объектов был обусловлен их высокими магнитными и магнитоупругими характеристиками. В ряде случаев для проверки предложенных моделей исследовались динамические магнитные характеристики низкомагнитострикционных аморфных металлических проволок составов Со66Ре4ЫЬ2,55112,5В 15 и Со^реДаг^! 12,5В ] 5, также полученных и сертифицированных в ЦНИИ ЧЕРМЕТ им. И. П. Бардина (г. Москва).

Перед проведением исследований аморфные металлические ленты проходили термическую или термомагнитную обработку (ТМО). Целью ТМО являлось снятие

в образцах внутренних закалочных напряжений и наведение в них одноосной анизотропии с осью легкого намагничивания, ориентированной перпендикулярно длине образца. Термомагнитная обработка проводилась в вакууме 10"6 мм.рт.ст. Магнитное поле, прикладываемое в плоскости ленты в процессе ТМО, составляло 40 кА/м. Время выдержки образца при заданной температуре составляло 20 минут с последующим медленным остыванием в печи.

Другим способом обработки аморфных металлических лент и проволок являлась их обработка постоянным электрическим током на воздухе в течение 2 минут. Плотность тока обработки аморфных лент и проволок варьировалась в зависимости от состава образцов и их геометрических параметров.

Для наблюдения доменной структуры и процессов перемагничивания аморфных металлических пленок, полученных методом ионно-плазменного напыления в магнитном поле, использовался магнитооптический метод, основанный на меридиональном эффекте Керра.

Для измерения АЕ -эффекта и скорости распространения магнитоупругих колебаний в аморфных металлических лентах и пленках в виде полосок использовался метод резонанса - антирезонанса [5]. Постоянное магнитное поле и малое переменное магнитное поле (1-3 А/м), возбуждающее магнитоупругие колебания в образце, ориентированы вдоль длины исследованных полосок Величина ае - эффекта рассчитывалась из выражения:

а£ _ ен - е0 _ f} - /г2н.о Е0 Е0 /г.Н'О

В ряде случаев измерялась также величина

ае _е3-ен ^ /аг - /,2 ен ен /г

где е/г модуль упругости образца в магнитном поле, е0 — модуль упругости в отсутствие магнитного поля, е$- модуль упругости в магнитном поле насыщения: Скорость распространения магнитоупругих колебаний Ут,е, определялась как ут е=21/г, где/г- резонансная частота в магнитном поле н, /г „,„" резонансная часто-

1а в отсутствии магнитного иоля,/а- антирезонансная частота.

Для определения квазистатических кривых намагничивания и петель гистере-иса аморфных металлических лент и проволок разработана установка, с использованием баллистического метода. Измерительное устройство состояло из 3 катушек: оленоида, создающего постоянное магнитное поле, катушки, создающей поле мещения (компенсация поля Земли), и измерительной катушки, намотанной на бразец. Величины коэрцитивной силы нс, остаточной индукции вг и дифферен-иальной магнитной проницаемости ц, для исследованных лент и проволок опре-еляли из анализа петель гистерезиса.

Для исследования динамических магнитных характеристик аморфных метал-ических лент и проволок разработана автоматизированная установка, которая осредством измерения динамических магнитных петель гистерезиса позволяет сследовать частотные зависимости магнитных параметров материала. Установка оздана на базе АЦП ЛА-н150-14РС1 и генератора ГСПФ-053. Для управления из-

мерениями и обработки результатов разработано специализированное программное обеспечение, позволяющее осуществлять выбор режимов перемагничивания и измерения, установку начальных условий эксперимента (частоты и напряжения сигнала генератора), автоматическую запись результатов измерений в удобном для обработки виде и отображение их в виде графика на экране монитора.

Во второй главе приводятся результаты исследований доменной структуры и процессов ее перестройки под действием магнитных полей и упругих растягивающих деформаций аморфных металлических пленок полученных методом ионно -плазменного напыления в магнитном поле.

Основными механизмами перемагничивания пленок при приложении магнитного поля вдоль ОЛН пленок являются процессы смещения доменных границ (рис.1), а при приложении магнитного поля вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) - процессы поворота намагниченности (рис.2). Независимо от состава и геометрических размеров пленок, процесс перемагничивания имеет неоднородный характер, что связано с наличием угловой и амплитудной дисперсии поля анизотропии. В пленках наблюдается уменьшение поля намагничивания смещением доменных границ при приложении переменного магнитного поля вдоль их ОТН.

При приложении переменного магнитного поля вдоль ОТН полосок шириной 12 мм в них наблюдалось колебательное движение доменных границ, которое может быть объяснено на основе представлений об изменении их структуры под действием переменного магнитного поля (предположительно, блох-неелевском переходе).

Равновесная ширина полосовых доменов с! определяется из условия минимума суммы магнитостатической энергии ут, связанной с взаимодействием магнитных полюсов на краях полоски и энергии доменных границ [6]. При изменении структуры доменных границ происходит изменение величины у„ [7]. В результате уменьшается равновесная ширина полосовых доменов.

г д е

Рис.1. Изменение доменной структуры в процессе перемагничивания аморфной металлической пленки состава Ге45Со4^г]0, магнитным полем, направленным вдоль ОЛН. Размер об- ; разца вдоль направления ОЛН -0,03 м; а -Я =-1300 А/м, б- Я=-800 А/м, в-Я =-300 А/м, г-Я =300 А/м, д - Я = 800 А/м, е- Я = 1300 А/м.

Приложение упругих растягивающих деформаций, ориентированных перпендикулярно ОЛН пленок, приводит к уменьшению поля намагничивания исследованных образцов, как для перемагничивания их путем смещения доменных границ, так и для перемагничивания механизмом вращения намагниченности.

В магнитострикционных полосках с одноосной наведенной анизотропией наблюдается влияние последовательности приложения упругих растягивающих напряжений и магнитного поля на процессы перестройки доменной структуры, что объяснено на основе положений модели Стонера - Вольфарта [8] с учетом влияния растягивающих напряжений на поле анизотропии и ориентацию ОЛН образца [9].

Рассмотрены случаи: 1 .Вдоль длины полоски прикладывается магнитное поле Н, а затем упругие растягивающие напряжения а. 2.Вдоль длины полоски прикладываются упругие растягивающие напряжения <х, а затем магнитное поле Н. Влияние последовательности приложения Н и а определяется углом «наклона ОЛН полоски по отношению к направлению перпендикулярному ее длине.

а б в

Рис. 2. Изменения доменной структуры в процессе намагничивания аморфной металлической пленки состава Fe45Co45Zrio магнитным полем перпендикулярным ОЛН; а - // = 0,6-// = ЗООА/м, в- Я =600 А/м.

Если первоначально H<Hcr =НК /[sin2'3а+cos2'3 а], где IIк - поле наведенной анизотропии полоски, то последовательность приложения Н и а не оказывает существенного влияния на процессы перестройки доменной структуры в том случае, когда а + в < 45° (в - угол поворота ОЛН под действием и), т.е. в диапазоне от сг=0 до <7 = (2£/3As)cos2«. В случае а > (2£/3As)cos2a последовательность приложения Н и а определяет процесс перестройки доменной структуры полосок. Для случая, когда угол между направлением Н и ОЛН составляет 90°, построена критическая кривая, разделяющая различные процессы перестройки полосовой доменной структуры.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния магнитного поля на модуль упругости Ен в аморфных металлических пленках и лентах с одно-рсной наведенной анизотропией. Изучено влияние геометрических размеров образца и температуры Т ТМО на ход полевых зависимостей отношения Ен / Е0 в

Аморфных металлических лентах состава Fe815В13 5Si3C2. Приведены условия возникновения отрицательного Д£ - эффекта в магнитострикционных лентах и пленках р одноосной наведенной анизотропией. Объяснено поведение величины АЕ/ Ен в тносительно слабых магнитных полях.

Зависимость модуля упругости £иот Я можно представить в виде [10]:

Ен =£0[l+9ЯsVя2Л///(2^-ЗAs(т)3)r, О)

где р - магнитная проницаемость вакуума, К- константа одноосной наведенной анизотропии, М5- намагниченность насыщения. Согласно (1), с увеличением Я должно наблюдаться монотонное уменьшение Однако, в магнитных полях близких к полю анизотропии наблюдается рост величины Е„ ■ Поведение модуля

упругости можно объяснить, исходя из предположения, что при приложении Н вдоль ОТН, в образце с одноосной наведенной анизотропией происходит изменение структуры доменных границ (блох-неелевский переход). С учетом вклада в энергию доменной структуры образца энергии неелевских доменных границ, получено следующее выражение для величины Ен.

Е„ = £0[1 +9 Л/ (р0НМ5 + 2пКж)2 /{2К - ЗЛ,а+2пу„тУ )Г (2)

где« - концентрация, а упШ - поверхностная плотность 180°-ных неелевских доменных границ. В магнитных полях больших поля блох - неелевского перехода происходит увеличение Еи в результате роста п. Расчеты показали, что минимум

на зависимости Ен (Я) для пленок толщиной несколько десятков микрон составляет (0,5+0,7)НК.

Для лент состава Ре81>5В1з_581зС2 в виде узких полосок толщиной 25 мкм и шириной 0,001 м, прошедших ТМО при температурах 320°+430°С, изучены зависимости скорости распространения магнитоупругих колебаний Уте и отношения

(£,-£„)/£„ от Ни длины полосок!. Установлено, что при Я = 80-240А/м на

зависимости Уте(Ь) имеется минимум, который с ростомНсмещается в сторону

меньших значений £. В сильных магнитных полях (Н =320 А/м) при всех значениях Ь наблюдалось уменьшение Ут е (рис.3). Чем меньше Ь, тем при больших

//наблюдается минимум на зависимости V (Н).

Для объяснения полученных результатов использованы представления о влиянии блох-неелевского перехода структуры доменных границ на зависимость Ен (Н) • Рост размагничивающего фактора полоски N при уменьшении Ь приводит

к росту поля блох-неелевского перехода. При этом минимум на зависимости Уте(Н) смещается в область больших Н. При изменении Тв интервале

370°С+430°С минимум Уте и максимум величины (Е,-Ен)/Ен соответствует одному и тому же значению Я. При Т в интервале от 330° до 360°С и при Т =440°С между полями максимума величины(£5 -Ен)/Ен и минимума Утс совпадения не

наблюдалось. С ростом Т минимум уте и максимум (Е5-Ен)/Ен смещаются в область больших магнитных полей. Величина Уте минимальна при температуре ТМО

Т = 400°С. Полученным результатам дано следующее объяснение. При низких температурах ТМО доменная структура исследованных лент из-за наличия в них внут-

ренних напряжений неоднородна, а механизм ее перестройки под действием //представляет собой совместный процесс вращения намагниченности и смещения доменных границ. По всей видимости, процесс смещения не 180°-ных доменных границ различным образом влияет на величину Утеи значение (Е1 -Ен)/Е,{ ■ Чем больше вклад процессов смещения не 180°-ных доменных границ, тем больше различие в поведении зависимостей (Е5 -Ен)1 Ен и Уте от Я. С ростом температуры

ТМО и с усилением процессов релаксации внутренних напряжений доменная структура образца приобретает однородный характер. Преобладающим механизмом ее перестройки становится процесс поворота намагниченности, а поле максимума величины{Е1-ЕН)!ЕН совпадает с полем минимума Уте. При еще более высоких

температурах ТМО протекает процесс кристаллизации аморфной ленты, повышающий в образце уровень внутренних напряжений. Следствием этого будет являться несовпадение полей экстремумов зависимостей (Е^Еи)1 Ен и Уте от Я.

Для выяснения причины минимума на зависимости Уте (Г) проведены исследования структурных изменений, происходящих в ленте состава Рез^Вп^зСг при проведении ТМО, методами рентгеноструктурного анализа, экзоэлектронной эмиссии и внутреннего трения. Помимо этого, изучены полевые зависимости магнито-упругих характеристик лент состава Ре81>5В1з1581зС2, прошедших термическую обработку (ТО) в отсутствие магнитного поля в том же интервале температур. Из полученных результатов следует, что кристаллизация в ленте Рев^В^^¡зСг начинается при Т = 380°-^390°С и сопровождается образованием а - фазы Ре, а также соединений железа с бором и углеродом. При ТО лент одноосная анизотропия в лентах не наводится, их доменная структура остается неоднородной, а процесс ее перестройки обусловлен как поворотом намагниченности, так и смещением доменных границ. При этом с ростом Т в лентах протекает процесс стабилизации доменных границ, ведущий к уменьшению начальной магнитной проницаемости ^образца. Если преобладающим механизмом перестройки доменной структуры лент является процесс смещения не 180°-ных доменных границ, Ен связано ^ соотношением:

ен = е,{\-[{912йл)е^г iц^м^ц} (3)

Из соотношения (3) следует, что с уменьшением ц величины Ен и Уте возрастают. Согласно [12], в аморфных металлических лентах на основе железа, не прошедших ТМО, имеются области, ОЛН которых лежит в плоскости образца, перпендикулярно его длине. При приложении Я вдоль длины образца в таких областях происходят процессы поворота намагниченности. В образцах, прошедших ТО при Г<390°С, вклад в изменение Уте вносят процессы поворота намагниченности, чем

и обусловлено появление минимума на зависимости Уте(Н) ■ При более высоких Г,

в результате протекания в лентах кристаллизации, возникает анизотропия с ОЛН, перпендикулярной плоскости образца. Преобладающим механизмом перемагничи-вания ленты становятся процессы смещения доменных границ. Как следствие этого, минимум на зависимости Уте(Н) не наблюдается.

Особенностью аморфных металлических лент и пленок на основе железа с наведенной анизотропией является наличие у них отрицательного АЕ -эффекта при Нист, ориентированных перпендикулярно ОЛН [13]. Считая, что процесс перестройки доменной структуры происходит путем поворота намагниченности, получено условие возникновения отрицательного АЕ -эффекта:

[9 /(8К2)]Л/ор02 Н2М s2 {(4К -3Àscr) /(2К - ЗЛ8сг)2}> (Es-E0)!ESE0 (4) Полностью отрицательный АЕ - эффект в аморфных металлических лентах и пленках с одноосной наведенной анизотропией возникает при всех значениях H, меньших или равных полю наведенной анизотропии нк =2K/p0Ms- Поэтому условие

для полностью отрицательного Д£-эффекта имеет следующий вид:

2,25Às2EsE0 (4К - ЗЛ3а)!{{2К - 3Xsa)\Es - Е0) )} > 1 (5)

Неравенства (4,5) выполняется для аморфных лент и пленок на основе железа с наведенной ОЛН. Из (4,5) следует, что для возникновения отрицательного АЕ- эффекта в аморфных металлических лентах и пленках необходимо низкое значение ... К, высокое значение Д„ и близкие по

значениям Е0 и Es.

Рис. 3. Зависимости скорости распространения магнитоупругих колебаний Уте от

¡.$1,, длины Ь ленты состава Ре81,5В1з,581зС2 при - различных значениях магнитного поля Н.

Нарушение неравенств (4,5) при кристаллизации аморфных металлических лент и пленок приводит к исчезновению у них отрицательного АЕ- эффекта. Кристаллизация лент и пленок начинается на поверхности образцов. В области роста кристаллитов возникают сжимающие напряжения, ориентирующие ОЛН перпендикулярно плоскости образца. Растягивающие напряжения вызывают поворот намагниченности вдоль длины образца. Соотношение для магнитоупругой деформации еа в области растягивающих напряжений сг( можно представить в виде:

= [9/(ВК2)]1Л/аН2р2М/(4К, -ЗЛ,а)/(2К,-ЗЛ5а )2](У, IV) (6)

где к, = {3!2)Л3а,, У=У:+У3, Уобъем области растягивающих, а У5 - сжимающих

напряжений. Поворот намагниченности в областях растягивающих напряжений заканчивается в магнитных полях н, = 2К, /р0М5> меньших, чем поле наведенной

одноосной анизотропии. Поэтому, при н> Н, вклад в отрицательный АЕ -эффект

от поворота намагниченности в области растягивающих напряжений мал. В области

/к. ni/'

сжимающих напряжений доменная структура обладает высокой устойчивостью к действию Яи сг. При этом преобладающим механизмом перестройки доменной структуры является процесс смещения не 180°-ных доменных границ, приводящий к росту Ен • При кристаллизации Е3 возрастает, а соотношение (4) при Я > Я, не выполняется и ДЕ- эффект становится положительным.

На зависимостях ае/ен(н) в аморфных металлических лентах составов ^^^^¡зСг и Ре67СошСгз515В15 имеется четыре характерных участка (рис.4), положение которых определяется температурой ТМО. Первые два участка наблюдаются в области слабых магнитных полей (Я < 30-^-40 А/м). С ростом Я в этом интервале величина ДЕ/Ен сначала уменьшается, а затем становится близкой к нулю. В области Я >(30-^40) А/м наблюдается сначала рост отношения аЕ/Еи, а затем его уменьшение. Третий и четвертый участки на зависимостях ае/ен (Я) для лент составов Рев^Вп^зСг и Ре^СоюС^зВ^, и ход зависимостей дЕ1ЕИ (Я) для лент составов Ре^Со^В^ и Ре7зСо12В15 могут быть описаны в рамках модели поворота намагниченности с учетом энергии доменных границ. Значение Я, при котором достигалось максимальное отношение дЕ1ЕН, увеличивалось, а само максимальное значение дЕ/Ен уменьшалось с ростом концентрации Со. В то же время для лент составов Ре^Со^В^ и Ре73Со12В15 на зависимости дЕ1ЕН наблюдалось только два участка, соответствующих третьему и четвертому участкам аналогичной зависимости для лент составов Рез^Вп^БЬСг и Реб7Со10Сгз515В|5. Полученные результаты объясняются следующим образом. В аморфных металлических лентах с высоким значением АЛ, большую роль в процессах перемагничивания и магнитоуп-

ругих явлениях играет угловая дисперсия анизотропии, обусловленная внутренними напряжениями. Рост угловой дисперсии анизотропии приводит к увеличению энергии доменных границ в результате возникновения на их участках однополярных магнитных полюсов. Магнитное поле перпендикулярное ОЛН уменьшает угловую дисперсию анизотропии и, как следствие этого, энергию доменных границ. Показано, что угол поворота намагниченности в доменах практически не изменяется с ростом Я в интервале магнитных полей, соответствующим первым двум участкам на зависимости де1е„ (Я) для лент составов Ре81;5В,з 55!зС2 и Ре^СоюС^зВ^. В

результате отношение ае/Ен уменьшается с ростом Я. При увеличении концентрации Со величина поля анизотропии, наводимая в процессе ТМО, возрастает, а значения М8 и уменьшаются. Такое поведение поля наведенной анизотропии,

М5 приводит к уменьшению влияния внутренних напряжений и неоднородно-

стей структуры доменов на магнитные и магнитоупругие свойства аморфных лент в слабых магнитных полях. Так как первые два участка зависимости де/£яв ленте

состава Ре81,5В1з5813С2 связаны с процессами перестройки тонкой структуры доменов, то следует ожидать исчезновения этих участков в лентах с относительно высоким содержанием кобальта, что справедливо для лент составов Ре^Со^В^ и Ре^Со^В^. Так как в процессе ТМО в лентах наводилась одноосная анизотропия,

то при приложении Я перпендикулярно ОЛН в этих лентах осуществлялся процесс поворота намагниченности. Такому процессу перестройки доменной структуры соответствуют оба участка на зависимостях дЕ1ЕН У лент составов Ре7зСо12В]5 и Ре64Со21В|5, а также третий и четвертый участки на зависимости дЕ1ЕН У лент составов Ре^^Вп^БЬСг и Ре67Со1оСгз815В15.

В четвертой главе рассмотрен вопрос о влиянии изменения структуры доменных границ под действием магнитного поля, направленного перпендикулярно ОЛН ленты, на изменение магнитных и магнитоупругих параметров аморфных металлических лент на основе железа. В результате изменения структуры доменных границ уменьшается равновесная ширина полосовых доменов, а также изменяется ход зависимости модуля упругости в магнитном поле.

ДЕ/Ен

2». /У

У

■

ч

0,7

0.5

1

0,4

• 1 0,3

1! ••,

0,2

Н, А/м 0.1

125 1« !В 0'

ДВЕ,

ч» ■1

а"»

Н, А/м

20 40

100 120 140 160 б

Рис. 4. Зависимость ДЕ1 Ен от магнитного поля Ндля лент состава: а - Ре815В|з5813С2, прошедших ТМО при температурах!: •-Г=360°С, А-Г=400°С, ш-Т=430°С. б -Ре67Со10Сгз815В15, прошедших ТМО при температурах: Т: ш-Т =410°С, А-Г=430°С.

Выражение для магнитной восприимчивости хь ленты в модели вращения намагниченности с учетом блоховских доменных границ записывается в виде:

Хь=М0М;/(2К-ЗЛ,а-2пьГь) (?)

а выражение для магнитной восприимчивости с учетом энергии неелевских доменных границ в виде:

Хк={<И<ШЖРоМ.гН + п1гг„)П2К-Ы.<г + пкг]Г)} (8)

Из соотношений (7,8) следует, что ^6не зависит от Н, а монотонно

уменьшается с ростом Я. Таким образом, при изменении структуры доменных границ должно наблюдаться и изменение хода зависимости х(Ю •

При проведении измерений вместо х использовалась величина ¡л. Результаты, полученные для ленты состава Ре815В13581зС2, прошедшей ТМО при Т= 390°С показывают, что на зависимости //(Я) имеются два характерных участка. Первый участок, в области малых Я, характеризуется слабой зависимостью ц от Я. На

втором участке ц монотонно уменьшается с ростом Я, что начинает происходить в магнитных полях, близких к полю блох-неелевского перехода структуры доменных границ. В поле блох-неелевского перехода происходит разрыв второй производной энергии доменной структуры по углу поворота намагниченности р :

A(d2lV/d/32)=(rN -yb)cos2/3 + y„sm0 (9)

Изменения магнитных и магнитоупругих параметров магнитострикционного ферромагнетика под действием На а могут быть описаны из соотношений: т = (де/дВ)а =-(ЭЯ/Зст)в; p = {dEldH)a=-{fflldo)l,\

у = (да / дЗ)е = ~(дН/8е)в Î 5 = -(д<т/дН\ = (8В/де)н

где £ - магнитоупругая деформация, а г, /?, у и <5 - вторые производные свободной энергии ферромагнетика по магнитным и магнитоупругим параметрам. При блох-неелевском переходе структуры доменных границ г, /?, у и ô претерпевают разрыв.

Под действием а, приложенных перпендикулярно ОЛН образца, происходит изменение энергии доменных границ. Соотношение для величины поля блох-неелевского перехода Hb-n ° в случае действия <т запишется в виде:

н „ _ 2(£-3/2Я,<т)_мом\5__(10)

в~" ц0м8 2а(л/0)г6 + (к-г/2х$а)3 + (10м18

Расчеты показывают, что величина анb_n = n - habz°n изменения поля блох - неелевского перехода структуры доменных границ под действием <т принимает отрицательное значение. При исследовании влияния сна величину аморфной

металлической ленты состава Fe8)¿В^^зСг, прошедшего ТМО в интервале Тот 340°С до 440°С, обнаружено, что с ростом а в интервале от 0 до 4*105 Па поле излома h на зависимости ju(h) смещается в область меньших Я, что подтверждает

сделанные выводы. На основании полученных результатов делается вывод о том, что индуцированный магнитным полем, ориентированным перпендикулярно ОЛН аморфных металлических пленок и лент, блох - неелевский переход структуры доменных границ протекает подобно фазовым переходам второго рода.

В связи с тем, что процессы перестройки тонкой структуры доменов оказывают значительное влияние на ход полевых зависимостей магнитоупругих характеристик в области слабых магнитных полей в пятой главе рассматривается влияние амплитудной и угловой дисперсии анизотропии на магнитоупругие характеристики узких магнитострикционных ферромагнитных полосок с одноосной наведенной анизотропией, а также пьезомагнитную восприимчивость и величину изменения намагниченности под действием упругих напряжений в ферромагнетике с одноосной анизотропией.

Рассматривается ферромагнетик в виде узкой полоски с ОЛН, ориентированной в его плоскости перпендикулярно длине образца. а0 - абсолютное значение угла отклонения локальной ОЛН от ориентации наведенной ОЛН. Считается, что константа одноосной анизотропии образца к постоянна.

Вдоль длины полоски прикладываются сначала магнитное поле Я, а затем упругие напряжения а. Процесс перестройки доменной структуры осуществляется

путем поворота намагниченности в направлении действия магнитного поля. Проведен расчет значений Ен, АЕ/ЕН, пьезомагнитной восприимчивости - dMIda и

величины изменения намагниченности под действием а (АМа = Ма- М^д, где - намагниченность ферромагнетика при приложении к нему только Я, Ма- намагниченность ферромагнетика при приложении к нему сначала Я, а затем а) в зависимости от величины а0 • Получены следующие соотношения для Ен

<£„> = ¡F(a)EH(a)da+ \p{a)-n{a))F(~a)EH{a)da О1)

F(±a) =

1

ехр

-За„

Г"

-РА

Д =ак^а^М,Н1{2К-ЪХ,&))- Угол поворота намагниченности при а0 = 0, ^-относительная часть намагниченности, для которой угол между Я и Ms в результате действия Я стал меньшим, чем 90° в областях с локальным отклонением ОЛН - а, р(а) = M.H/Ksmla, п - часть намагниченности, для которой угол между Яи Ms

остается большим, чем 90°, n(a) = l-(¿hMsHIKsin2a).Р\ и Рг- углы поворота намагниченности в областях со значениями отклонения локальных ОЛН от ориентации средней ОЛН а и -а, соответственно. Выражения для х<т в областях с отклонением локальных ОЛН от направления средней ОЛН а и -а, соответственно:

Х*г(-<*) =

(12)

6KÁSM t cos orsin a + cos1 a

{2K - ЗЯ,аcos 2a + /J„M,H sin a)2 6КЯгМ, cos a sin a - ЪХ^аЬЛ]Н cos3 a (2K - 3^crcos 2a - fi0M,H sin af

Значение величины пьезомагнитной восприимчивости Xa и АМп от областей с отклонением локальных ОЛН на углы «г и -а может быть получено из соотношений: *„ = 1"° xJaW(a)da+ [р(а) - riaW(~a)Xa2 {-a)da,

где F(±a) =

•faяа0

ехр

J-н

i ГА<2,-Д

(13)

«n

0 /О

= ¡F(a)AMa(a)da + F(-cc)AMJ-a)da

Как следует из полученных результатов, с ростом а0 и ростом К происходит рост значения Е„ и уменьшение величин АЕ/Ен, ДА/Дрис. 5,6).

Влияние амплитудной дисперсии анизотропии ДК на величины Ен ,Х<т и ^а рассматривается также на основе модели вращения намагничивания. Полагается, что величина а0 = 0, а распределение константы одноосной анизотропии по величине подчиняется закону Гаусса. При этом К0 - среднее значение константы одно-

осной анизотропии. Выражение для величин Е„ ,Ха и АМа в ферромагнетике с амплитудной дисперсией анизотропии ДК может быть записано в виде:

2.00 -1.60 " ио

Да, град

15,00 20,00 25,00

Рис.5. Зависимости Ха (а) и ЛМа (б) от величины угловой дисперсии анизотропии для следующих значений параметров: Л//=1.5»10 А/м, 0=5*105, Па, А^ЗМО", Н=ЗОА/м. 1 -#=200 Дж/м3, 2-/<"=150 Дж/м3, 3 -#=100 Дж/м3.

АМа'Ю~*, Л/м

ЛК, Дж/н3

Рис.6. Зависимость у_а (а) и ДМа (б) от величины амплитудной дисперсии анизотропии для следующих значений параметров: Л/,=1.5»106 Л/м, сг=5»105 Па, Х^З'Ю5, К0-200 Дж/м . 1 - //=20 А/м, 2 - Я=30 А/м, 3 - Я=40 А/м.

К+&К

(Ен)= \Г(К)Е„с1К

ЛГ-ЛАГ

Г:„+здк

^к)хЛк)ак

(14)

(15)

(16)

Р(К) = (1 / 72да1/Оехр(-(1 / 2)((А' -Ка)1АК)2) Х„=О/2)Л3р0МягН{\/(2(К + АК)-ЗА1(т)2 + \1(2{К - АК)-ЗЯ5ст)2] Ш„ (К) = ОНМз2 /(2К - 3Ъсг) - /лЯМх2/2ЛГЗ Показано, что Е„ уменьшается, а АЕ/ЕН, Ха и АМ<, возрастают с ростом АК и Я (рис.5, 6). Полученный результат объясняется следующим образом. Определим величину поля Нп препятствующего повороту намагниченности, как отношение действующего магнитного поля Я к углу поворота намагниченности, усредненному по областям с различными значениями угловой и амплитудной дисперсии как #,, = Н/з'т{/})а и Ял2 = Я/бшОЗ)^, соответственно. (Д)а, (/?}ЛЛ,- средние значе-

ния углов поворота намагниченности для случаев угловой и амплитудной дисперсий анизотропии. Величина Н возрастает с ростом угловой и уменьшается с ростом амплитудной дисперсии анизотропии. В связи с этим, угловая и амплитудная дисперсия анизотропии оказывают качественно различное влияние на модуль упругости, пьезомагнитную восприимчивость и изменение намагниченности под действием упругих растягивающих напряжений.

В шестой главе рассматривается влияние начальных стадий кристаллизации аморфных металлических лент составов Fe73Coi2Bi5, Fe^Co^Bis и Fe8i 5В)3 5Si3C2 на магнитные и магнитоупругие параметры, а также влияние рельефа их поверхности лент на квазистатические магнитные характеристики. Приведены результаты исследования влияния обработки постоянным электрическим током различной плотности на воздухе на магнитные и магнитоупругие параметры лент составов Fe8) 5В13 5Si3C2 и Fe64Co2iB15. Проанализировано влияние упругих растягивающих напряжений на АЕ -эффект как аморфных металлических лент, прошедших обработку постоянным электрическим током, так и лент, прошедших ТМО.

Процессы структурной релаксации и кристаллизации оказывают существенное влияние на магнитные и магнитоупругие свойства аморфных металлических лент на основе железа [14,15]. Изменения магнитных и магнитоупругих свойств исследованы для аморфных лент составов Fe8i.5Bi3.5Si3C2, Fe73Co2iBi5 и Fe^CoiiBn при протекании у них начальных стадий кристаллизации в процессе проведения ТМО. Образцы в виде узких полосок подвергались ТМО в интервале температур Т от 290° до 440°С для лент состава Fe8] 5B135Si3C2 и от 290°С до 380°С для лент составов Fe73Co2iB15 и Fe64Co21B]5. Параллельно со снятием зависимостей магнитных характеристик и АЕ - эффекта от Ни Ту лент определялся спектр их экзоэлектронной эмиссии. Наименьшие значения коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции

Вг для лент состава Fe8] 5Bi3 5Si3C2 наблюдаются в интервале температур от 360°С до 390°С. При дальнейшем увеличении Г происходит рост Нс и Вг. Величина ¡л максимальна при Т- 380°С. При дальнейшем росте Т до 440°С наблюдается уменьшение //тах. На рисунке 7(а-е) приведены зависимости магнитных характеристик лент

составов Fe73Co21Bi5 и Fe^Co^Bis от температуры ТМО. Наименьшие значения Вги Нс наблюдаются для обеих лент в интервале 7'=300о-330оС. Зависимости Мвш{Т) для лент составов Fe73Co12Bi5 и Fe^Co^B^ имеют одинаковый характер. В

области температур ТМО от 290° до 310°С у исследованных лент наблюдается уменьшение максимального значения дифференциальной магнитной проницаемости, а в области Т=320о-350оС - ее увеличение. При дальнейшем увеличении Т вновь наблюдается уменьшение Минимальные значения соответствуют Г, при которых достигаются и минимальные значения ВГ»НС ■ Таким образом, ход зависимости //1ШХ(Г)у лент составов Fe73Col2B15 и Fe^Co^Bis отличается от

хода аналогичной зависимости у лент состава Fe8i 5В13 5Si3C2. Температуры обработки, при которых достигаются максимальные абсолютные значения отрицатель-

ного АЕ -эффекта, совпадают с температурами обработки, при которых реализуют-

ся минимальные значениям Нс и Вг .

0.24 о,la 0,12 о.ов

O.S 0,373 0,25 0.125

320 340

280 300 320 340 360 280 300 320 340 ЗбО ЗвО

Рис.7. Зависимости величин Нс, Вги ^от температуры Т ТМО аморфных металлических лент составов Ре7зСо]2В]5 (а-в), Fe^Co^Bn (г-е).

Из анализа результатов измерений магнитных характеристик, АЕ -эффекта, спектров экзоэлектронной эмиссии с привлечением данных рентгеноструктурного анализа и дифференциального термического анализа полученные результаты объясняются следующим образом. При низких Т в быстрозакаленных лентах протекают процессы релаксации внутренних напряжений, что ведет к уменьшению Нс и

вг ■ Наиболее заметно это проявляется у лент состава Fe8] 5BI3 5S¡3C2. Такой результат связывается с более высокой флейты состава Fe8¡5B13.5SÍ3C2 по сравнению с

лентами составов Fe73Col2Bl5 и Fe^Co^B^. Поэтому уменьшение уровня внутренних напряжений будет оказывать более заметное влияние на изменение магнитных параметров ленты состава Fe8i sBn.sSijQ. С ростом Г в лентах увеличивается поле наведенной одноосной анизотропии, а основным механизмом перестройки доменной структуры лент становится механизм поворота намагниченности. Изменение механизма намагничивания лент приводит к уменьшению /л .Это позволяет предположить, что именно с этим связано уменьшение juma¡¡ в диапазоне Т =290° + ЗЮ°С

у лент состава Fe73Coi2Bi5 и в диапазоне Г=300°-*-330°С у лент состава Ре^Со^В^.

Изменение механизма намагничивания лент приводит к изменению хода зависимости /j(H) ■ Согласно модели однородного вращения намагниченности величина

//не зависит от Н, что наблюдается у лент состава Ре^Со^В^ в интервале Тот 310° до 330°С. Для лент состава Ре73СО|2В|5 ^зависит от Н. Дано следующее объяснение поведения зависимостей У лент разного состава. В лентах, в которых единственным металлом является Ре, и в лентах с низким содержанием Со, поле наведенной ТМО анизотропии незначительно, а значения - высоки. Как

следствие этого, влияние внутренних напряжений, даже при низком их уровне, на ход зависимостей магнитных и магнитоупругих параметров лент от Н остается значительным. Поэтому помимо механизма вращения намагниченности большую роль в процессе намагничивания лент играют процессы смещения доменных границ, а также процессы перестройки тонкой структуры доменов, обусловленные угловой и амплитудной дисперсией анизотропии. В результате, на зависимости /л(Н) возникает характерный максимум. С ростом концентрации Со поле наведенной анизотропии возрастает, а значения Л/5 и Л, - уменьшаются, что приводит к уменьшению влияния внутренних напряжений на магнитные свойства аморфных лент в слабых магнитных полях. При этом величина ц не зависит от Н.

Кристаллизации поверхности лент составов Ре^Со^В^ и Ре^Со^В 15 начинает, как свидетельствуют результаты экзоэмиссионных исследований, интенсивно протекать при Г>300°С. Предполагается, что кристаллический слой у лент состава Ре73Со12В15 образуется в интервале Тот 310°С до 330°С, а у лент состава Ре^Со^В^ в интервале Тот 330° до 350°. Плотность поверхностного кристаллического слоя больше, чем плотность аморфной матрицы, а его толщина значительно меньше толщины образца. Возникающие на поверхности ленты растягивающие напряжения уменьшают объем доменов с ориентацией намагниченности, не совпадающей с осью наведенной анизотропии, и константу наведенной в плоскости образца одноосной анизотропии. Сжимающие напряжения в объеме ленты незначительны и не разрушают анизотропию, наведенную ТМО. Считая, что при кристаллизации ленты на ее поверхности образуется кристаллический слой толщиной § величину уменьшения константы наведенной анизотропии можно записать в виде [14,15]:

где рс - плотность кристаллического слоя, ра - плотность аморфного материала, V -коэффициент Пуассона, с/ - толщина образца. Уменьшение константы анизотропии приводит к росту ц и к росту абсолютной величины отрицательного ДЕ- эффекта. Величины Вг и Нс при этом не должны существенно изменяться. При высоких

Г с увеличением 5 происходит образование значительных по величине сжимающих напряжений сгс в объеме образца, что вызывает рост константы перпендикулярной анизотропии и появление компоненты намагниченности нормальной к плоскости ленты. Это вызывает рост В и Нс, а также уменьшение. Вг и Нссвязаны сЗ соотношениями: В^В,-0.7(30ЯНк(Вг/В5), Нк=(3/2)Я5ас//и0М3 - поле перпендикулярной к плоскости образца анизотропии [15,16]. Увеличение нк приводит к уменьшению значения отрицательного ае -эффекта в лентах. Такое

влияние температуры ТМО на магнитные и магнитоупругие параметры у лент состава Реб4Со21В15 имеет место в интервале Г=350°0380°С, а у лент состава Ре73Со12В]5 в интервале Г =330°^350°С. В то же время, повышение Г у ленты состава Ре8| 5В 1з 531зС2 приводит к уменьшению отрицательного АЕ -эффекта и /г , а

также к росту В, и Нс при Т > 3 80-КЗ 90°С. Таким образом, температурная зависимость интенсивности выхода экзоэлектронов, зависимости Нс, Вг и величины

отрицательного АЕ -эффекта от температуры ТМО свидетельствуют о том, что на стадии кристаллизации поверхности лент составов Ре8) 5613581302, Ре7зСо12В15 и Ре64Со21В15 происходят изменения их магнитных и магнитоупругих характеристик.

Исследование влияния рельефа поверхности на магнитные свойства проводилось для аморфных металлических лент составов Ре815В13581зС2, Ре^Со^В^ и Ре67Со1оСгз515В15, длиной 0,015 м, вырезанных под различными углами в к оси прокатки образца (ОПЛ). Установлено, что ход кривых намагничивания, характеристики петель гистерезиса, а также значения цтах зависят от угла в между ОПЛ и Н (таб.1). Получены зависимости поля достижения максимума магнитной проницаемости от величины угла между направлением приложения Н и ОПЛ у лент различного состава. Влияние неоднородного рельефа поверхности на процесс намагничивания образцов увеличивается с ростом Н, что обусловлено усилением влияния полей рассеяния, связанных с образованием магнитных полюсов на неоднородностях рельефа поверхности лент. У всех исследованных образцов рост <т ведет к увеличению //, и к уменьшению разницы между значениями магнитной проницаемости у образцов, вырезанных под различными углами к ОПЛ. При этом поле достижения максимума магнитной проницаемости Нк возрастает. Влияние угла в для лент разных составов на их магнитные характеристики можно связать с различным периодом неоднородностей на поверхности лент различного состава. При этом магнитные полюса, возникающие на неоднородностях поверхности лент, будут создавать поля рассеяния по - разному влияющие на ход полевых зависимостей магнитных

Состав Угол в между ОПЛ чН, при котором наблюдается максимальное значение ц /'шах Магнитное поле максимума Н/, магнитной проницаемости р (А/м)

Ре81 5В13 531зС2 90 735 270

Ре64Со2,В,} 45й 1970 152

Реб7СоюСгз815В|5 90° 2566 75

Таб. 1. Максимальное значение дифференциальной магнитной проницаемости ртах и поля его достижения Н/в, от угла в между Н и ОПЛ для лент различных составов.

Одним из способов обработки аморфных металлических лент является обработка их постоянным электрическим током различной плотности. При исследовании влияния обработки на воздухе постоянным электрическим током на магнитные и магнитоупругие характеристики аморфных металлических лент составов Ре81 5В1з.581зС2 и Ре^О^В^ получены следующие результаты.

На зависимостях величины Д£-эффекта от Ядля лент состава Ре815В|3 555зС2, обработанных при различных у, практически во всем интервале магнитных полей наблюдается только положительный АЕ -эффект. При этом для лент состава Ре<54Со21В15 наблюдается как положительный, так и отрицательный АЕ -эффект (рис.8). Модель вращения намагниченности в приповерхностной области позволяет описать ход зависимости величины АЕ -эффекта от Я только у ленты состава Ре^Сог^и. Отсутствие у ленты состава Ре815Вп55ьС2, отрицательного АЕ-эффекта может быть связано с тем, что при обработке на воздухе электрическим током, на поверхности ленты образуется слой соединения РеБЮ, создающий значительные внутренние напряжения и разрушающий наведенную анизотропию. В результате доменная структура ленты будет иметь неоднородный характер, а основным механизмом ее перестройки под действием Я будет являться процесс смещения не 180°-ных доменных границ, приводящий к положительному АЕ -эффекту.

Н, А/м

"жхжжж»»

*хх в

Н, А/м

Рис.8. Зависимости величины АЕ -эффекта от магнитного поля Я: а - для ленты состава Ре64Со2,В15 (1-У =2'107А/м2, 2-у=2,?107А/м2, 3-у =3,3'Ю7А/м2, 4-у =4,7'107А/м2, 5-у =5,3 *107А/м2, 6-у =6,6*107А/м2); б-для ленты состава Ре815Вп 58;3С2 (1-у =4,3'10тА/м2, 2-у =4,6'107А/м2, 3-у =4,9'107А/м2,4-у =5,2'107А/м2, 5- у =5,5'107 А/м2).

Для подтверждения сделанных предположений исследованы магнитные характеристики аморфных металлических лент тех же составов. На рисунке 9 приведены зависимости дифференциальной магнитной проницаемости /лот Н для лент прошедших обработку при различных значениях у. Существование максимумов на зависимостях /х(Н) свидетельствует о том, что значительную роль в процессах намагничивания лент играют процессы смещения доменных границ. Об этом же свидетельствуют высокие значения Вг исследованных лент. Полученные результаты могут быть объяснены, если предположить, что протекающий постоянный электрический ток наводит в приповерхностных областях лент ось легкого намагничивания, перпендикулярную длине полосок. Так как магнитное поле от постоянного электрического тока ориентировано противоположно на поверхностях ленты, то и ориентация намагниченности на ее противоположных поверхностях будет иметь противоположные направления. При этом в серединной части полосок находится область, в которой намагниченность направлена вдоль длины образцов. При приложении Я вдоль длины полосок в их серединной части протекают в основном процессы смещения доменных границ, чем и обусловлено появление максимума на зависимости ц (Я), а также высокие значения Вг исследованных образцов.

Для лент состава Ре64Со21В15, прошедших ТМО и обработку постоянным электрическим током, установлен характер влияния упругих растягивающих напряжений <т в интервале (0+40) МПа вдоль длины образцов, на ход полевых зависимости величины их АЕ-эффекта. Для построения модели, объясняющей влияние сна АЕ - эффект аморфных лент, с образцов снимались петли гистерезиса. Магнитное поле и упругие растягивающие напряжения ориентированы вдоль длины полосок.

Наибольшие изменения величины отрицательного АЕ -эффекта под действием а наблюдаются в лентах, прошедших ТМО при Г=300°-340°С (рис.ЮА) и в лентах, обработанных электрическим током при ] =(3,3+4,5)" 107А/м2 (рис.ЮБ). Независимо от характера обработки лент, приложение к ним относительно небольших а в диапазоне от (0,40,8)МПа до (2-г4)МПа ведет к увеличению максимального абсолютного значения отрицательного АЕ -эффекта. Рост а выше определенного значения приводит к уменьшению поля достижения максимума отрицательного АЕ-эффекта. Как следует из зависимостей/л{Н,а) и В,(а), у образцов, прошедших ТМО, величины ¡л и Вг увеличивается с ростом сг (рис.11,12). При сг=0 величина ¡1 незначительно изменяется с ростом Я, а величина Вт мала, что свидетельствует о преобладающей роли механизма поворота намагниченности в процессах перестройки доменной структуры лент. При приложении а величина дифференциальной магнитной проницаемости возрастает, а на зависимости /л(Н) появлялся характерный максимум. Такое изменение хода зависимости //(Я), а также рост Вг при увеличении сг свидетельствует об изменении основного механизма намагничивания аморфных лент при приложении к ним растягивающих напряжений. Характер зависимости //(Я), а также относительно высокие значения Вг при сг =0 Па для лент прошедших обработку постоянным электрическим током, свидетельствует о неоднородном характере их процесса перемагничивания, даже в отсутствии приложенных растягивающих напряжений, а также о значительном вкладе механизма смещения доменных границ в процессы перестройки их доменной структуры.

Рис.9. Зависимости магнитной проницаемости Ц от магнитного поля Я; а - лента состава Ре64Со21В15, б-лента состава Ре8иВ13581зС2; (1а-_/=3,2'107А/м2,1б- у =4-107А/м2, 2] =5,6'107А/м2, 3-у =6,4'107АУм2, 4а-;'=7,2*1 07А/м2, 46-/=6,8'107А/м2).

Поведение величины АЕ -эффекта под действием Я и сгу лент, прошедших различную обработку, качественно одинаково, что связано с идентичными механизмами перестройки их доменной структуры. Независимо от характера обработки

27

лент при приложении к ним относительно малых <т максимальное значение отрицательного АЕ -эффекта возрастало, а при дальнейшем увеличении а - уменьшалось. Сделан вывод о том, что условием высокой чувствительности АЕ -эффекта к действию упругих растягивающих напряжений у аморфных металлических лент является наличие однородной по всему их объему одноосной наведенной анизотропии.

В седьмой главе рассмотрено влияние различных режимов обработки (термическая обработка без магнитного поля в вакууме различной глубины, обработка постоянным электрическим током), длины образца и упругих растягивающих напряжений на магнитные свойства аморфных проволок состава Fe75SiI0BI5. Представлены модели, описывающие зависимости коэрцитивной силы и дифференциальной магнитной проницаемости от значений упругих растягивающих напряжений, на основе представлений о механизмах перемагничивания ядра проволоки. Приведены результаты исследований магнитных свойств аморфных металлических

проволок состава Fe75SiioBi5, прошедших термическую обработку в вакууме 5'10"6 мм. рт. ст., а также проволок, обработанных постоянным электрическим током на воздухе.

Наиболее чувствительным к условиям обработки параметром проволок является их остаточная индукция. Зависимости остаточной индукции проволок £г.от температуры и величины электрического тока обработки являются качественно подобными (рис.13 а,б). Наибольшие изменения Вг наблюдаются в диапазоне электрических токов обработки от 0,5 А до 0,8 А, что можно связать с протекающими в проволоках процессами структурной релаксации и кристаллизации. Зависимость в, (а) имеет немонотонный характер и определяется уровнем внутренних напряжений проволок, величина которых в приповерхностной области проволоки составляет порядка 108 Па. При этом приложение сгв интервале от 6,5'105 Па до 108Па не приводит к изменению ориентации намагниченности в приповерхностной области и не вызывает роста Вг. Приложение <т по величине близких к значениям внутренних напряжений в приповерхностной области проволоки, ведет к переориентации намагниченности вдоль линии приложения <т и увеличивает Вг.

Исследования магнитных свойств аморфных металлических проволок, прошедших термическую обработку в вакууме 10'3 мм. рт. ст. в течение 30 минут в интервале температур от 375° С до 530° С показывают, что уменьшение длины образца / от 0.04 до 0.02 м для всех температур обработки приводит к уменьшению Вг и /л. Уменьшение / от 0,04 до 0,02 м в интервале Т = 425+475°С сопровождается появлением участка на зависимости //(Я), на котором ц-const (рис.14). Такой результат свидетельствует об изменении основного механизма перестройки доменной структуры образцов под действием Я при уменьшении /. Согласно модели однородного вращения намагниченности, величина // при перемагничивании образца

вращением намагниченности не зависит от Н.

Если основным механизмом перестройки доменной структуры образца является смещение доменных границ, то зависимость ц (Н) имеет максимум. Таким образом,

с уменьшением /от 0.04 до 0.02 м в проволоках происходит изменение механизма

намагничивания их ядер, намагниченности.

т.е. переход от смещения доменных границ к вращению

Рис.10. Зависимости величины ДЕ-эффекга от магнитного поля Н при различных значениях растягивающих напряжений сг:

Д- <7 = 0МПа, <7 =0,8 МПа, ■ -а =2МПа, А- сг =4МПа,о-сг=8 МПа, ♦— <7 =20МПа. А - для лент, прошедших ТМО при температурах Г: а - 7'=3000С, б -Т =320°С, в - Г =340°С; Б - для лент, прошедших обработку постоянным электрическим током плотностью у: а-у =33'Ю7А/м2, б -/ = 4,0107А/м2, в- 7=4^'Ю7А/м2.

Рис. 11.Зависимости дифференциальной магнитной проницаемости ¡л от магнитного поля Я, при различных значениях растягивающих напряжений су: А-сг = 0 МПа, •-сг=0,8 МПа, ш-О = 2МПа, А-сг = 4МПа, о - <т = 8 МПа, ♦ - <7= 20 МПа: а - образцы, прошедшие ТМО при температуре Т=320°С; б - образцы, прошедшие обработку постоянным электрическим током плотностыо_/= 4,0'107А/м2.

11М

И. .V»

И. V»

Рис.12. Зависимости остаточной индукции В, (<7 ): а - образцы, прошедшие ТМО при температуре Т (♦-Т=300°С, А-Т=320°С, Д-Т= 330°С, ■ - Т=350°С); б - образцы, прошедшие обработку постоянным электрическим током плотностью у (А-у = 3,3'107А/м2, Д — у=4'107А/м , ■-у =4,3'107А/м2,*- у =4,7'107А/м2)

а б

Рис.13. Зависимость остаточной индукции Вг проволок от температуры Т их термической обработки (а) и от электрического тока обработки I (б), / =0,03 м.

Рис.14. Зависимость дифференциальной магнитной проницаемости ц проволок от магнитного поля Н при температуре обработки Т =475°С: 1-0.04 м; 2- / =0.03м; 3- / = 0.02 м.

Н,А/м

Изменение механизма намагничивания проволок объясняется ростом размагничивающего фактора их ядра при уменьшении /. Вместе с тем, значение #с у

проволок практически не зависит от а и в интервале Г =400^475°С не превышает 10 А/м, что не согласуется с ранее полученными результатами [16], согласно которым Нс~су12. Лишь при больших значениях <тнаблюдается рост цспроволок, но и

при этом зависимость Нс~сг12 не выполняется (таб.2). Для объяснения полученных

результатов предложена модель продвижения доменной границы в ядре проволоки. Пусть верхушка домена, распространяющегося в ядре проволоки, имеет конусообразную форму. При этом перемагничивание ядра на первом этапе осуществляется путем вытягивания верхушки домена вдоль длины проволоки. Функциональное выражение для энергии доменной структуры может быть записано в виде:

IV- -2ц0НМ!1г!+2уг(4г2+Ь2)'/2+ 2ц^М,Ьг (18)

гдей- длина верхушки домена, н* - коэрцитивная сила доменных границ. Из условий (¡IV /£#> = 0 и Ь» г, получим выражение для поля смещения верхушки домена в ядре проволоки Нсм:

н^ Н>г +у!иймзг (19)

В результате действия <тпроисходит рост у. В случае, если в образце существует значительная амплитудная дисперсия анизотропии, то выражение для значения поля смещения доменных границ при действии <т, вдоль длины проволоки,

Ныа можно записать в виде Нсма=Нсмаг(,' (Ю(К+3/2Х,а))"2 [17], где значе-

ние поля смещения доменных границ при <7=0, К = (3/2)Лх<тг Таким образом:

НСМ„=НС" [а/(а,+а)] "2+4(1. '%0МзГ (20)

Как следует из (20), величина Наш слабо зависит от а и уменьшается с ростом г. Таким образом, предложенная модель объясняет экспериментальную зависимость Нс{ст) в области малых значений растягивающих напряжений.

сг, МПа 0 12,8 32 64 128 256

Нс А/м 7,5 1,5 9 9 10,5 13

Таб. 2. Зависимость коэрцитивной силы #с исследованных проволок длиной 0,04 м, обработанных при Т = 475°С от величины <7, ориентированных вдоль длины образца.

В восьмой главе проведена оценка размеров и энергии доменов, реализация которых возможна в ядре аморфной металлической проволоки. Установлено влияние магнитного поля, коэрцитивной силы и длины домена на его радиус (8.1). Определена наиболее энергетически выгодная форма домена в ядре проволоки, обладающего наибольшей устойчивостью к магнитному полю. Исследованы механизмы распространения доменной верхушки, разделяющей противоположно намагниченные домены в ядре проволоки, под действием магнитного поля (8.2).

Для определения условий существования устойчивого домена в ядре проволоки необходимо учитывать его энергетическое состояние, оценить которое можно, рассматривая две энергетические составляющие: магнитную УУтат и диссипативную (V,/,, [18]. Магнитная составляющая энергии включает магнитостатическую энергия домена, энергию доменных границ и энергию намагниченности домена в магнитном поле. В диссипативную энергию входят энергия, затрачиваемая на перемагничива-ние домена и энергия, затрачиваемая на перемагничивание переходной области, разделяющей ядро и приповерхностную область. Условие устойчивого состояния домена - А1Утагп</1Рассматривались условия устойчивости для доменов, имеющих различные формы (рис.15). Энергетически выгодный размер домена находили из условия д1У/дг=0, где г - радиус основания домена. Для реализации доменов, состоящих только из двух конусообразных верхушек или в виде эллипсоида вращения с доменными границами близкими к 180°-ным необходимые значения Щ составляют несколько десятков и даже сотен А/м. Для реализации устойчивых доменов в виде цилиндра без доменных верхушек, в виде цилиндра с двумя конусообразными доменными верхушками и домена с несколькими зигзагообразными верхушками необходимое значение Щне превышает 10 А/м. С увеличением Я, противоположного намагниченности домена, минимальная длина устойчивого домена возрастает (рис.16). Рост магнитного поля, параллельного намагниченности домена, приводит к уменьшению минимальной длины устойчивого домена. Наиболее энергетически выгодным оказываются домен, состоящий из цилиндрической части и двух конусообразных верхушек. Приблизительный интервал изменения энергий доменов в зависимости от их размеров и магнитных полей составляет 10"9-10'12 Дж.

ча

Рис.15. Рассматриваемые конфигурации домена в ядре проволоки.

1С

Исследованы механизмы

распространения доменной

верхушки, разделяющей

противоположно намагниченные домены в ядре проволоки под действием магнитного поля. Верхушка, разделяющая домены с противоположной намагниченностью в ядре проволоки, имеет конусообразную форму. Энергию ^

можно записать в виде

—«—2— -;-"------№у = 2лг2(у0 + со$\п2 в)Ытв> гДе Го"

поверхностная плотность энергии 180°-ных доменных границ,©- коэффициент, зависящий от магнитных характеристик материала, 2в -угол при доменной верхушке . Из условия оц- /(¡0 = о находилось значение угла 2ва и длины верхушки Ь при Я = 0. Величина 2в0 при значениях параметров, характерных для магнитомяг-ких материалов =0,001+ 0,003Дж/м2 и со =0,02+0,03Дж/м2) при Я= 0 составляет

20+30°, а Ъ< (2+3)'10"4м.

4 1 г м-10-5 Рис. 16. Зависимости радиуса г домена, со-

стоящего из цилиндрической части и двух конусообразных верхушек, от его длины / при величине /-/" =10 А/м и различных значениях

магнитного поля Я, противоположного направлению намагниченности домена в ядре проволоки: 1-Я=3 А/м, 2-Я =5 А/м, 3-Я =7 А/м, 4-Я =9 А/м, 5-Я = 9,5 А/м, 6-Я =9,9 А/м.

2 -

0,03

0,06

При уменьшении размеров домена за счет параллельного смещения доменной верхушки выражение для его энергии записывается в виде: W=2m-2(yM +®sin2 e)lsme+2^Ms7rr\H-HcwXl-Armg9)-Q.5K74r+tf -гг\1-ЪИф) (21) Из условий dW/dl = 0 и в,г = const установлена величина магнитного поля Нл, при

котором начинается уменьшение размеров домена с намагниченностью противоположной направлению Я.

H,^Hc+(Kt/2^Msr) " (22)

Величина # будет одинакова как при уменьшении домена (намагниченность в домене противоположна Н), так и при его увеличении (намагниченность в домене вдоль Н). Для случая уменьшения размера домена с намагниченностью ориентированной противоположно направлению Н, путем изменения угла при его верхушках, получено выражение для поля изменения угла при верхушке домена # :

Н,г =НС"+l(y0+K,t-asm2 в)l4ti0Msr (23)

При всех выбранных значениях магнитных параметров выполняется соотношение Я,2 > Нл, поэтому параллельное смещение доменной границы при уменьшении домена является предпочтительным. При изменении направления магнитного поля на противоположное, намагниченность в домене совпадает с направлением Н. Если рост домена под действием Н осуществляется за счет вытягивания доменной верхушки, то выражение для ее поля смещения # записывается в виде:

Я,з = Нс" + 3(/0 - со sin2 0) l2u0Msr (24)

При 2в« 2&0 Я,з < #„, а увеличение размеров домена будет происходить за увеличения угла при его верхушке. В длинных проволоках при г «1, различие полей смещения доменной верхушки может приводить к возникновению смещенной относительно оси магнитной индукции петли гистерезиса. В таблице 3 приведены значения поля смещения динамической петли гистерезиса # относительно оси

магнитной индукции проволок различных составов в зависимости от частоты у перемагничивающего поля. Диапазон изменений Я не превышает 4 А/м, что со-

/=1ÓÓ Гц /И 000 Гц £=2000 Гц £5000 Гц £=10000 Гц

Состав //„„ Л/м Я™ А/м Я™ ,А/м Я-,,, А/м Я,,,, А/м

Fe7íSii0B,s 2,2 2,7 2,2 1Í 1,2

Co66Fe4Nb, ,Si12,B„ 3,3 3,1 3,1 2,4 1,7

Co66Fe4Ta25Si,2.5B„ 1,4 1,3 1,2 0,7 0,1

Таб. 3. Поле смещения петли гистерезиса Нсм относительно оси магнитной индукции аморфных проволок различных составов от частоты/перемагничивающего поля.

В девятой главе приведены результаты по изучению особенностей АЕ-эффекта в аморфных металлических проволоках состава Ре7581юВ15. Экспериментальное изучение ДЕ- эффекта проведено для проволок длиной от 0,05 до 0,02 м обработанных в вакууме 10"5 мм. рт. ст. в интервале Т от 350°С до 475°С в течение 20 минут. У исследованных проволок при Г=430^-470°С наблюдался положительный Д£ -эффект. На зависимостях максимального значения Д£-эффекта от Г при всех длинах проволок имеется максимумы. Величины максимумов на зависимостях АЕ - эффекта от Т, а также температуры обработки, при которых максимумы достигаются, зависят от длины проволок. Максимальный АЕ-эффект достигается для образцов длиной 0,04 м, при Г=430^-450°С. Предполагается, что немонотонный ход зависимости АЕ-эффекта от Т при различных длинах образцов обусловлен особенностями процессов перестройки доменной структуры исследованных проволок.

Разработана модель магнитоупругого взаимодействия областей магнитострик-ционной проволоки с различным распределением намагниченности. Магнитострик-ционная ферромагнитная проволока состоит из трех областей: ядра, приповерхно-

стной области и переходной области, в которой намагниченность постепенно переходит от аксиального направления к радиальному. Распределение намагниченности

в переходной области толщиной (0,5-И)'Ю"6 м определяется константами анизотропии ядра Кс и приповерхностной области К^ проволоки и ориентацией намагниченности в ядре проволоки. При приложении Я вдоль длины проволоки происходит изменение распределения намагниченности в ее ядре. Как следствие этого, изменяется и распределение намагниченности в переходной области, что приводит к ее магнитоупругой деформации. Деформация переходной области влияет на деформацию приповерхностной области проволоки. Энергия магнитоупругой связи РУте между переходной и приповерхностной областями проволоки может быть записана в виде 1уте =(Ъ12)е1£лЕнл ,где е1 -магнитоупругая деформация переходной, а -магнитоупругая деформация приповерхностной областей проволоки, Енл-

модуль упругости приповерхностной области в магнитном поле Я. Характер возникающих в приповерхностной области проволоки напряжений за счет магнитоупругой связи с переходной областью определяется тем, составляющая намагниченности какой области (приповерхностной или переходной) вдоль направления Я больше. Если проекция намагниченности в переходной области на направление Я больше, чем проекция намагниченности в приповерхностной области, то возникающие в приповерхностной области напряжения, будут растягивающими. Если имеет место обратная ситуация, то возникающие в приповерхностной области напряжения будут сжимающими. Характеристикой магнитоупругой связи является отношение Енкн / £,га 0, где £НЙ0-модуль упругости приповерхностной области проволоки без учета магнитоупругой связи. Зависимость отношения £ / £яа 0 от величин Кс и приведена на рисунке 17. Варьируя режимы термообработки можно менять значения к и А"хл и изменять величину магнитоупругой связи областей проволоки с различным распределением намагниченности.

н(а/м)

Рис.17. Зависимости отношения Еня / ЕНЯ10 с учетом магнитоупругой связи и без ее учета от Я при различных значениях К и Кя Направление намагниченности в ядре проволоки совпадает с направлением Я, ег=5'105Па; 1—АГС=100 Дж/м3,

^ =200 Дж/м3; 2-К=Ш Дж/м3, К$и= 200 Дж/м3; Ъ-Кс =200Дж/м3, К ^ =300 Дж/м3.

Основные результаты работы:

1. Установлено, что основным фактором, определяющим доменную структуру и процессы ее перестройки под действием магнитного поля в аморфных металлических пленках на основе железа толщиной 10-50 микрон, полученных методом ион-но-плазменного напыления в магнитном поле, является магнитостатическое взаимодействие от магнитных полюсов на краях пленки. Перераспределение магнитных полюсов на краях пленок и изменение структуры доменных границ под действием магнитного поля, перпендикулярного оси наведенной анизотропии, являются причиной изменения ширины доменов. Приложение упругих растягивающих напряжений, ориентированных перпендикулярно оси наведенной анизотропии пленок, приводит к уменьшению полей их намагничивания, а сам процесс перестройки доменной структуры пленок определяется последовательностью приложения магнитного поля и упругих растягивающих напряжений.

2. Предложена модель, объясняющая минимум на зависимости модуля упругости от магнитного поля перпендикулярного оси наведенной анизотропии в аморфных металлических пленках и лентах. Установлены закономерности изменения магнитоуп-ругих характеристик аморфных металлических лент, имеющих различный состав, в зависимости от их геометрических параметров и температуры термомагнитной обработки, а также условия возникновения в них отрицательного АЕ - эффекта. В слабых магнитных полях поведение модуля упругости лент может быть объяснено на основе представлений о тонкой магнитной структуре доменов.

3. Обнаружено, что изменение структуры доменных границ, индуцируемое магнитным полем перпендикулярным оси наведенной анизотропии аморфных металлических пленок и лент протекает подобно фазовым переходам второго рода. Изменение структуры доменных границ приводит к уменьшению ширины доменов, изменению хода полевых зависимостей модуля упругости и магнитной проницаемости. В магнитном поле, равном полю блох-неелевского перехода, происходит разрыв вторых производных свободной энергии одноосного ферромагнетика по их магнитным и упругим характеристикам.

4. Показано, что в области слабых магнитных полей угловая и амплитудная дисперсия анизотропии оказывают различное влияние на модуль упругости в магнитном поле и пьезомагнитную восприимчивость. Рост угловой дисперсии анизотропии приводит к увеличению модуля упругости и к уменьшению пьезомагнитной восприимчивости. Рост амплитудной дисперсии анизотропии приводит к уменьшению модуля упругости и к увеличению пьезомагнитной восприимчивости.

5. Установлено, что неоднородный рельеф поверхности аморфных металлических лент на основе железа является одним из факторов, определяющих их магнитные свойства. Причиной является магнитостатическое взаимодействие магнитных полюсов, возникающих в результате разрыва нормальных составляющих намагниченности на неоднородностях поверхности ленты.

6. Обнаружено, что обработка постоянным электрическим током аморфных металлических лент составов Ре^О^В^ и Ре815В13581зС2 в виде узких полосок по-разному влияет на их магнитные и магнитоупругие свойства. Предложена модель распределения намагниченности в лентах, прошедших обработку постоянным электрическим током, согласно которой, намагниченность на противоположных поверхностях лент ориентирована антипараллельно. В серединной части лент находится область, в которой намагниченность направлена вдоль длины лент.

7. Изменения на полевых зависимостях величины АЕ -эффекта в результате действия упругих растягивающих напряжений у аморфных металлических лент на основе железа в виде узких полосок, прошедших как термомагнитную обработку, так и

обработку постоянным электрическим током, качественно одинаковы. Данный результат связывается с идентичными механизмами перестройки их доменной структуры под действием упругих растягивающих напряжений.

8. Установлено, что уменьшение длины аморфных проволок состава Fe75Si10Bi5, приводит к смене механизма перестройки их доменной структуры, что проявляется в изменении хода полевой зависимости магнитной проницаемости. Ход зависимостей коэрцитивной силы и дифференциальной магнитной проницаемости от растягивающих напряжений в проволоках определяется как магнитными характеристиками их ядра, так и его геометрическими параметрами. Предложена модель, описывающая поведение коэрцитивной силы проволок при приложении упругих растягивающих напряжений

9. Сформулированы условия устойчивости магнитного домена в ядре проволоки, проведена оценка минимальных устойчивых размеров и энергии доменов, имеющих различную форму в ядре аморфной металлической проволоки. Показано, что поля смещения доменной верхушки различны для случаев различной ориентации намагниченности в домене относительно направления магнитного поля.

10. Показано, что в магнитострикционных ферромагнитных проволоках, имеющих неоднородную магнитную структуру, реализуется механизм магнитоупругого взаимодействия между ядром и приповерхностной областью проволоки. Такое взаимодействие оказывает влияние на полевые зависимости модуля упругости проволок.

Публикации по теме диссертации, опубликованные в работах из списка ВАК РФ:

1. Зубрицкий С.М. Процессы перестройки полосовой доменной структуры и модуль упругости в аморфных металлических пленках / С.М. Зубрицкий, A.A. Гаврилюк, A.JI. Петров // ФММ. - 1995. - Т.80,- В. 6,- С. 47-52.

2. Зубрицкий С.М. Влияние дисперсии анизотропии на магнитоупругие свойства ферромагнетика/С.М.Зубрицкий, А.Л.Петров, А.А.Гаврилюк //ФТТ.- 1995.-Т.37.-В.10.-С.3187-3190.

3. Зубрицкий С.М. Влияние последовательности приложения магнитного поля и упругих напряжений на полосовую доменную структуру и процессы ее перестройки в узких полосках / С.М. Зубрицкий, А.Л. Петров, A.A. Гаврилюк // ФММ. - 1995. - Т.80. - В.З. - С.27-33.

4. Гаврилюк A.A. Дисперсия локальной анизотропии и ДЕ -эффект аморфных металлических сплавов /АЛ. Гаврилюк, С.М Зубрицкий, AJL Петров, Н.П Ковалева // ФММ.-1997. - Т. 84. - В. 3. - С. 5-8.

5. Гаврилюк АА. Влияние рельефа поверхности на величину АЕ -эффекта в аморфных металлических сплавах / АА. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, HJL Ковалева // ФММ. -1997.- Т. 84.- В. 1. - С. 14-18.

6. Гаврилюк A.A. Влияние термомагнитной обработки на скорость распространения магни-тоупругих колебаний и АЕ-эффект в неупорядоченных ферромагнетиках/ A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, Н.П. Ковалева //Письма в ЖТФ. - 1998. - Т.24. - В.16. - С. 79-83.

7. Гаврилюк АА Отрицательный -эффект в аморфных и нанокрисгаллических сплавах / А А. Гаврилюк, Н.П. Ковалева, A.B. Гаврилюк // Известия Вузов.Физика,-1998.-В. 10.- С.121-123.

8. Гаврилюк A.A. Влияние размеров образца на скорость распространения магнитоупругих колебаний в неупорядоченных ферромагнетиках / A.A. Гаврилюк, Н.П. Ковалева, A.B. Гаврилюк//ЖТФ. - 1999. - Т.24. - В.16,- С.79-83.

9. Болдырев В.И. Влияние структуры ферромагнетика на скорость распространения магнитоупругих колебаний / В.И. Болдырев, A.A. Гаврилюк, A.C. Векслер, С.М. Зубрицкий, А.Л. Петров // Известия Вузов. Физика.- 1999.- В. 9. - С.46-49.

10. Болдырев В.И. Исследование кинетики кристаллизации аморфного металлического сплава /В.И. Болдырев, A.C. Векслер, Н.И. Носкова, A.A. Гаврилюк, H.A. Вильданова // ФММ. -1999. - Т. 87.- В. 5. - С.83-86.

11. Болдырев В.И. Влияние термической обработки аморфного сплава Fe64Co2iBl5 на спектральные особенности экзоэлектронной эмиссии / В.И. Болдырев, A.C. Векслер, A.A. Гаврилюк // Письма в ЖТФ,- 2000,- Т.26. - В. 12. - С. 76-81.

12. Гаврилюк A.A. Влияние рельефа поверхности на скорость распространения магнитоупругих колебаний в аморфных металлических проволоках / A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, Н.П. Ковалева // Материаловедение.- 2001.- N7.- С.45 - 47.

13. Гаврилюк A.A. Микромагнитное описание АЕ- эффекта в аморфных металлических ферромагнетиках / А.А.Гаврилюк, Б.В. Гаврилюк, А.Л. Семенов, A.B. Гаврилюк, Н.П Ковалева.// Известия Вузов. Физика. - 2001.- N.7. - С. 25-28.

14. Векслер A.C. Изменение магнитных параметров аморфного металлического сплава Fe^B^SijCj при кристаллизации поверхности / А.С..Векслер, АЛ. Гаврилюк, С.М. Зубрицкий, АЛ. Петров, A.JL Семенов, 3JI Ярычева // Неорганические материалы. - 2001,- Т. 37. - №5,- С. 549-551.

15. Векслер A.C. Особенности экзоэлеюронной эмиссии в аморфных металлических сплавах /АС. Векслер, ал. Гаврилюк, ИЛ Морозов, АЛ. Семенов // ФТТ. -2001. - Т.43. - В. 12. - С. 2113 - 2115.

16. Гаврилюк A.A. Фазовый переход второго рода в ферромагнетике с полосовой доменной структурой / A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, Б.В. Гаврилюк, А.Л. Семенов // Известия РАН, серия физическая.-2001.- Т.65. - В. 10. - С. 1487-1491.

17. Гаврилюк A.A. "Влияние дисперсии анизотропии на пьезомагнитные свойства магнито-стрикционных ферромагнетиков / A.A. Гаврилюк, С.М. Зубрицкий, А.Л.Семенов // Известия Вузов. Физика. - 2002. - № 6. - С. 69-74.

18. Гаврилюк АА. Деформационное намагничивание аморфных металлических сплавов на основе железа / АА. Гаврилюк, С.М. Зубрицкий, АЛ Петров, З.Л. Ярычева // Депонировано в ВИНИТИ -25.07.2002. - N. 1403 - В 2002.

19.Гаврилюк A.A. Деформационное намагничивание аморфных ферромагнетиков / A.A. Гаврилюк, А.Л.Петров, З.Л. Ярычева, С.М. Зубрицкий //Письма в ЖТФ.-2003.-В.21.-С.68-73.

20.Гаврилюк A.A. Магнитные свойства аморфных металлических проволок на основе железа / A.A. Гаврилюк, А.Ю. Моховиков, А.Л. Семенов, A.B. Гаврилюк, С.М. Зубрицкий, А.Л. Петров // Известия Вузов. Физика. - 2004. - В.7. - С. 56-61.

21. Гаврилюк A.A. Магнитоупругая связь в аморфных металлических микропроволоках / A.A. Гаврилюк, А. Ю. Моховиков, A.B. Гаврилюк, Н.П. Ковалева, Б.В. Гаврилюк. // ФММ. - 2005.- Т. 99. -В.4. - С.10-15.

22.Гаврилюк АА. Магнитные свойства ферромагнетиков, обработанных электрическим током / А АГаврилюк, AJI Семенов, АЮ-Моховиков //Письма в ЖТФ. -2005,- Т.31,- В.6.- С.51-56.

23. Гаврилюк ал. Влияние неоднородного рельефа поверхности на магнитные и магнигоупругие свойства аморфных металлических сплавов на основе железа /ал Гаврилюк, НПКовалева, АВ.Гаврилюк, Б.В. Гаврилюк, АЛ Семенов, AJO. Моховиков // Известия Вузов. Физика. - 2005. - В.7. - С. 34 -43.

24. Гаврилюк A.A. Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов, обработанных электрическим током / A.A. Гаврилюк, А.Л. Семенов, А.Ю. Моховиков // ЖТФ. - 2006,- Т.76. - В.6. - С.64-71.

25. Гаврилюк A.B. Магнитные свойства аморфных металлических проволок /A.B. Гаврилюк, A.A. Гаврилюк, Н.П. Ковалева, А.Ю. Моховиков, А.Л.Семенов, Б.В. Гаврилюк // ФММ. -2006. - Т.101. - В.5. - С.21-29.

26. Гаврилюк A.A. Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных металлических лент Fe64Co2iB|5 и Fe73Co12Bi5 /A.A. Гаврилюк, А.Л. Семенов, A.B. Семиров, A.B. Гаврилюк, С.М. Зубрицкий, Б.В. Гаврилюк // Известия Вузов. Физика. - 2006,- №.8,- С. 46-53.

27. Гаврилюк A.A. Влияние растягивающих напряжений на АЕ -эффект ферромагнитных лент Fe64Co2|B,5 / А.Л.Гаврилюк, A.B. Семиров, А.Л. Семенов, А.В.Гаврилюк, Д.В. Прудников, В.О. Кудрявцев // Письма в ЖТФ. - 2007. - Т. 33. - В. 9. - С. 79-86.

28. Гаврилюк A.A. Магнитная структура и механизмы перемагничивания ядра быстрозака-ленной ферромагнитной проволоки/A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, Н.В. Турик, Б.В. Гаврилюк, A.B. Семиров, А.Л.Семенов //Известия Вузов. Физика.-2008-№.2,- С.67-72.

29. Гаврилюк A.A. Устойчивость магнитных доменов в аморфной металлической проволоке во внешнем магнитном поле / A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, Б.В. Гаврилюк, А.Л. Семенов, A.B. Семиров, Н.В. Турик // Известия Вузов. Физика. - 2009. - №.1,- С. 83-91.

30. Gavriliuk A.A. The stability of the magnetic domains inside the соте of amorphous metal wire /

A.A. Gavriliuk, A.Yu. Mokhovikov, A.V. Semirov, A.L. Semenov, N.V. Turik // Journal of Non-Crystalline Solids - 2008. - V. 354. - P. 5230-5232.

31. Гаврилюк А. А. Влияние растягивающих напряжений на ДЕ - эффект ферромагнитных лент Fe64Co2|B]5 /А.А.Гаврилюк, А.Л.Семенов, А.В.Семиров, А. В.Гаврилюк, Б. В. Гаврилюк, Н.В Турик, В.О. Кудрявцев // ФММ - 2009. - В. 1 - С. 41 - 46.

32. Семенов А.Л. Влияние лазерной обработки на магнитные свойства аморфных металлических лент / А.Л.Семенов, A.A. Гаврилюк, С.Н. Малов, A.B. Семиров, Н.В. Турик, И.Л. Мо-

озов, А.Ю. Моховиков // Известия Вузов. Физика. - 2009 -№.12/3 - С. 278-282 3. Семенов А.Л. Влияние лазерной обработки на динамические магнитные свойства аморфной ленты Fe^Co^Bu // А.Л. Семенов, A.A. Гаврилюк, A.B. Гаврилюк, A.B. Семиров, А.Н. Малов, Б.В. Гаврилюк, Н.В. Турик, А. Ю. Моховиков // Неорганические материалы-2010. -

B.6.-С. 694-701

Список цитированных источников

1. Магнетизм наносистем на основе редкоземельных и 3d - переходных металлов. Хрестоматия под редакцией В. О. Васьковского // Екатеринбург. Издательство ГОУ ВПО "УрГУ", 2007. - 265 с.

2. Скулкина Н.А. Распределение намагниченности и магнитные свойства кристаллических, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов / Н.А. Скулкина // Автореферат докт. диссертации.- Екатеринбург: УрГУ, 2008.- 44с.

3. Потапов А.П. Физическое обоснование и реализация методов направленного воздействия на функциональные свойства магнитомягких аморфных и нанокристаллических материалов /А.П.Потапов//Автореферат докт. диссертации - Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2008,- 48 с.

4. Перов Н.С. Исследование магнитных свойств микро- и нанонеоднородных систем/ Н.С. Перов// Автореферат докт. диссертации - Москва: МГУ, 2009. - 46 с.

5. O'Dell Т. Measurement of magnetomechanical coupling factor in amorphous ribbons / T. O'Dell // Phys. Stat. Sol. (a) - 1982. - V.74. - P.565 -572.

6. Игнатченко В.А. Поведение полосовой доменной структуры при намагничивании /В.А. Игнатченко, И.Ф. Дегтярев, Ю.В. Захаров// Известия АН СССР, сер. физическая -1961.- Т.45. - С. 1439 -1447.

7. Torok Е. J. Transition between Bloch and Neel walls /E.J. Torok, A.L. Olson, H. N. Oredson // Journ. Appl. Phys. - 1965. - V.35. -N.l. -P. 1394 - 1399.

8. Stoner E. S. IE. S. Stoner, E.P. Wohlfarth//Phil. Trans. Roy.Soc.A.- 1948. -V.20. - P.599-604.

9. Pinch H.L. Stress effects in evaporated permalloy films / H.L. Pinch, A.A. Pinto // Journ. Appl. Phys. - 1964. - V.35. - N.3. - P. 828-829.

10. Livingston J.D. Magnetomechanical properties of amorphous metals / J.D. Livingston // Phys. Stat. Sol. Га). - 1982. -V. 70. - N. 8. - P.591-596.

11. Дорофеева E.A. Магнитная анизотропия аморфных металлических сплавов на основе железа / Е.А. Дорофеева, А.Ф. Прокошин // ФММ,- 1984. - Т. 57. - В.З - С. 500 - 505.

12. Золотухин ]

ческом сплаве rc4ov.o5oz,rio^ui / // ФММ.- 1993. - Т.76. - В.1.- С. 79-85.

13. Ok H.N. Surface crystallization and magnetic anisotropy in amorphous Fe40Ni40Mo4Bi8 ribbons / H.N. Ok, A.N. Morrish //Journ. Appl. Phys. - 1981. - V.52. - N.3. - P.1835-1837.

14. Hilzinger H.R. Surface crystallization and magnetic properties in amorphous iron rich alloys / H.R.Hilzinger, G. Herzer//JMMM- 1986. -V. 62. - P. 143-151.

15. Hilzinger H.R. Effects of surface crystallization on the magnetic properties in iron - rich metallic glasses / H.R. Hilzinger // Mater. Science and Engineering - 1988. - V. 99. - P.101-104.

16. Vazquez M. Domain structure and magnetization process of bent Fe-rich amorphous wire / M Vazquez., C.Gomez-Polo, H. Theuss, H. Kronmuller //JMMM. - 1996. - V. 164. P. 319-326.

17. Гаврилюк A.B. Влияние упругих напряжений на коэрцитивную силу пленок разной толщины /А.В. Гаврилюк, ВТ. Казаков, В. А Иванов //Физика магнитных пленок. Красноярск. 1975. - С.84 - 86.

18. Боярченков М.А Логические устройства на магнитных средах с управляемым движением доменов. /М.А. Боярченков, Н.П. Васильева, Ю.Д. Розенталь И М.: Энергия. - 1978, -160 с.

[ И.В. Магнитоупругое затухание и АЕ -эффект в аморфном и нанокристалли-: Fe4oCo5oZrioCui / И.В. Золотухин, Ю.Е. Калинин, И.В. Сычев, Д.И. Шаршаков

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 . ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Исследуемые аморфные металлические пленки, ленты и проволоки на основе железа.

1.2. Методы исследования доменной структуры, процессов перемагничивания, магнитных и магнитоупругих свойств аморфных металлических сплавов на основе железа.

ГЛАВА 2. ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА И ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ В АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ИОННО - ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

2.1. Исследование доменной структуры и процессов перемагничивания в аморфных металлических пленках на основе железа, полученных методом ионно-плазменного напыления в магнитном поле.

2.2. Влияние магнитостатического взаимодействия на доменную структуру и процессы ее перестройки в узких полосках из аморфных металлических пленок, полученных методом ионно-плазменного напыления в магнитном поле.

2.3. Колебательное движение доменных границ под действием переменного магнитного поля, направленного вдоль оси трудного намагничивания узких аморфных металлических полосок

2.4. Влияние растягивающих деформаций на величину полей перемагничивания аморфных металлических пленок на основе железа.

2.5. Влияние последовательности приложения магнитного поля и упругих растягивающих напряжений на процессы перестройки полосовой доменной структуры аморфных металлических полосок.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК И ЛЕНТ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА.

3.1. Зависимость величины модуля упругости Ен от величины магнитного поля Н в аморфных металлических пленках на основе железа.

3.2. Магнитоупругие явления в быстрозакаленных аморфных металлических лентах на основе железа.

3.3. Условия возникновения отрицательного АЕ -эффекта в ферромагнитных лентах и пленках с одноосной наведенной анизотропией.

3.4. Магнитоупругие характеристики быстрозакаленных аморфных металлических лент в слабых магнитных полях.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД ВТОРОГО РОДА В АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТАХ С ОДНООСНОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ ИНДУЦИРУЕМЫЙ ВНЕШНИМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ. 93 Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ УГЛОВОЙ И АМПЛИТУДНОЙ ДИСПЕРСИИ АНИЗОТРОПИИ НА МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА И -ЭФФЕКТ В

УЗКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПОЛОСКАХ С ОДНООСНОЙ НАВЕДЕННОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ. 103 5.1 Влияние угловой дисперсии анизотропии на величины модуля упругости в магнитном поле Ен, АМа -эффекта и пьезомагнитную восприимчивость Ха- 103 5.2. Влияние амплитудной дисперсии анизотропии на величину модуля упругости в магнитном поле Ен, ДМ^-эффекта и пьезомагнитную восприимчивость^. 109 Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ, РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ И УПРУГИХ РАСТЯГИВАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА.

6.1. Влияние процессов структурной релаксации и кристаллизации на магнитные и магнитоупругие свойства аморфных металлических лент на основе железа.

6.2. Влияние рельефа поверхности на магнитные свойства аморфных металлических лент, полученных быстрой закалкой из расплава.

6.3. Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных металлических лент, прошедших обработку постоянным электрическим током.

6.4. Влияние упругих растягивающих напряжений на величину АЕ -эффекта в аморфных металлических лентах.

Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ПРОВОЛОК СОСТАВА Fe75SiloBl5.

7.1. Влияние термической обработки и обработки электрическим током на магнитные свойства аморфных металлических проволок состава Fe7sSiioBi

7.2. Магнитные свойства аморфных проволок состава Fe75Si юВ 15, прошедших термическую обработку в вакууме 10"3 мм.рт.ст. 158 Выводы по главе

ГЛАВА 8. УСТОЙЧИВОСТЬ МАГНИТНЫХ ДОМЕНОВ И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ЯДРА АМОРФНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ.

8.1. Устойчивость магнитных доменов в ядре аморфной металлической проволоки во внешнем магнитном поле. ]

8.2. Механизмы перемагничивания ядра аморфной металлической проволоки. 182 Выводы по главе 8.

ГЛАВА 9. МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОЛОК НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА. 190 9.1 АЕ - эффект в аморфных металлических проволоках состава Fe75SiioBi5, прошедших термическую обработку. 193 9.2. Магнитоупругая связь в магнитострикционных ферромагнитных проволоках. 203 Выводы по главе 9. 203 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 204 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Актуальность проблемы. Физика аморфных металлических сплавов в последние два десятилетия является одной из самых быстроразвивающихся областей физики конденсированного состояния Аморфное состояние твердого тела - одно из наименее изученных областей современной физики конденсированного состояния. Его можно определить как состояние с отсутствием корреляций между атомами на больших расстояниях при сохранении их на нескольких координационных сферах. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов приводит к совокупности таких физических свойств, которые нельзя получить в твердом теле с кристаллической структурой.

Большой интерес, который привлекают к себе аморфные металлические сплавы, обусловлен как фундаментальными, так и прикладными аспектами. Так, несмотря на значительное количество научных публикаций, до настоящего времени отсутствуют единые представления о структуре аморфных металлических сплавов. Многочисленные модели аморфного состояния твердого тела, как правило, не могут адекватно описать его физические свойства Особенностью аморфных твердых тел, и в частности, аморфных металлических сплавов,является отсутствие у них дефектов, присущих кристаллическим твердым телам (дислокаций, границ зерен и т.д.) что во многом обуславливает высокие магнитные свойства аморфных металлических сплавов

Одним из наиболее перспективных аморфных металлических сплавов, как с точки зрения их практического использования, так и с точки зрения изучения особенностей структуры аморфного конденсированного состояния, являются аморфные металлические сплавы на основе железа [1-3]. Обладая высокими значениями намагниченности насыщения, константы магнитострикции, магнитной проницаемости и малыми потерями на пере-магничивание, такие сплавы находят свое применение в различных отраслях современной электроники в качестве чувствительных элементов датчиков силы, деформации, температуры, магнитострикционных линий задержки, а также при создании генераторов звуковых и ультразвуковых колебаний.

Вместе с тем, недостаточно полное исследование свойств аморфных металлических сплавов сдерживает их практическое применение. Так, до настоящего времени, практически не изучен вопрос о взаимосвязи доменной структуры и механизмов ее перестройки с магнитными характеристиками аморфных металлических сплавов на основе железа. Следует отметить также, что высокомагнитострикционные аморфные металлические сплавы на основе железа являются уникальным модельным объектом, позволяющим проследить взаимосвязь механизмов перестройки доменной структуры магнитомягкого ферромагнетика с его магнитными и магнитоупругими параметрами.

Свойства аморфных металлических сплавов начали широко изучаться в конце 70-х -80-х годов 20 -го столетия. Несмотря на значительное число опубликованных работ, посвященных исследованию магнитных и магнитоупругих свойств аморфных металлических сплавов на основе железа, к началу 90-х годов 20 века отсутствовали целостные представления, связывающие между собой процессы перестройки доменной структуры исследованных сплавов, особенности их структурного состояния, магнитные, магнитоупругие свойства. Выработка таких представлений была затруднена из-за целого ряда факторов, среди которых следует отметить сложность наблюдения у таких сплавов доменной структуры и процессов ее перестройки под действием магнитного поля и упругих деформаций, высокую чувствительность магнитной и фазовой структур к режимам предварительных обработок, а также многообразие объектов исследования, отличающихся методами получения и геометрическим параметрами (аморфные металлические сплавы в виде лент, пленок и проволок). При этом для объяснения свойств аморфных металлических сплавов практически не использовались представления о механизмах перестройки доменной структуры ранее развитие для тонких магнитных пленок. Более или менее широкое использование этих представлений стало актуальным только в конце 90-х годов прошлого - начале нынешнего века, после обнаружения у аморфных сплавов эффекта гигантского магнито-импеданса [135 - 138]. Отметим также, что в последние несколько лет все более актуальным направлением в области исследования аморфных металлических сплавов на основе железа становится направление, связанное с целенаправленным управлением их магнитными свойствами [149 - 150]. Дальнейшее развитие исследований в этой области непосредственно связано с изучением взаимосвязи магнитных и магнитоупругих характеристик аморфных металлических сплавов с процессами перестройки их доменной структуры под действием внешних магнитных полей и упругих деформаций.

На начало 90 - годов 20 века в области исследования магнитных и магнитоупругих свойств высокомагнитострикционных аморфных металлических сплавов неисследованными или малоисследованными оставались следующие вопросы и проблемы:

Недостаточно полно было исследовано поведение магнитоупругих характеристик аморфных металлических сплавов на основе железа в магнитных полях, а также влияние на эти характеристики различных видов предварительной обработки сплавов и упругих деформаций. Не были разработаны систематические представления о процессах перестройки магнитной доменной структуры в аморфных металлических пленках, лентах и проволоках, под действием магнитного поля и упругих напряжений. Практически не исследованы были вопросы влияния рельефа поверхности и неоднородностей магнитной структуры на магнитные и магнитоупругие свойствам аморфных металлических лент и проволок. Все это во многом сдерживало широкое практическое применение таких материалов в высокотехнологичных отраслях современной промышленности. В связи с вышеизложенным, вытекала цель проводимых исследований.

Целью работы являлось выявление взаимосвязи между процессами перестройки доменной структуры под действием внешних магнитных полей и упругих напряжений, протекающими в аморфных металлических сплавах на основе железа в виде пленок, лент и проволок с их магнитными и магнитоупругими свойствами

Для выполнения поставленной цели в ходе проведения исследований решались следующие задачи:

1. Выявление закономерностей процесса перестройки доменной структуры в аморфных металлических пленках на основе железа, полученных методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле и установление взаимосвязи между механизмами перемагни-чивания и магнитоупругими свойствами таких пленок.

2. Изучение влияния геометрических параметров образца на магнитные и магнитоупругие характеристики аморфных металлических пленок, лент и проволок, полученных различными методами.

3. Выяснение причин возникновения в аморфных металлических пленках и лентах с одноосной наведенной анизотропией отрицательного АЕ -эффекта. Установление критерия возможности возникновения отрицательного Д£-эффекта, связывающего между собой магнитные и магнитоупругие параметры аморфных лент и пленок.

4. Изучение влияния начальных стадий процесса кристаллизации аморфных металлических лент и проволок на основе железа на их магнитные и магнитоупругие свойства.

5. Исследование влияния упругих растягивающих напряжений па магнитные свойства аморфных металлических проволок и лент, прошедших различные виды предварительной обработки (термическая обработка, термомагнитная обработка, обработка постоянным электрическим током).

6. Изучение влияния упругих растягивающих деформаций на величину Л£ -эффекта в аморфны металлических лентах на основе железа, прошедших как термомагнитную обработку, так и обработку постоянным током. Установление механизмов перестройки доменной структуры исследованных лент, обуславливающих изменения в характере полевых зависимостей ДЕ -эффекта в результате действия растягивающих напряжений.

7. Исследование влияния неоднородностей магнитной структуры (угловой и амплитудной дисперсии анизотропии) на магнитоупругие и пьезомагнитные свойства высокомагнито-стрикционных аморфных металлических лент.

8 Изучение закономерностей, связанных с формированием доменной структуры в ядре аморфных металлических проволок и развитие представлений об особенностях протекания процессов ее перестройки под действием внешних магнитных полей. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

Впервые магнитооптическим методом Керра исследованы доменная структура, процессы перемагничивания и влияние на них упругих напряжений в аморфных металлических пленках на основе железа толщиной несколько десятков микрон, полученных методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле. Обнаружено, что приложение растягивающих деформаций вдоль оси трудного намагничивания, приводит к уменьшению полей перемагничивания исследуемых пленок.

Показана роль последовательности приложения магнитного поля и упругих деформаций на процесс перестройки полосовой доменной структуры одноосных ферромагнетиков на примере аморфных металлических пленок на основе железа, полученных методом ионно-плазменного напыления в магнитном поле.

Установлено, что в узких полосках аморфных металлических пленок на основе железа толщиной несколько десятков микрон, полученных методом ионно-плазменного напыления, наблюдается колебательное движение доменных границ под действием переменного поля, перпендикулярного оси легкого намагничивания полосок.

Показано, что изменение структуры доменных границ под действием магнитного поля, ориентированного перпендикулярно оси легкого намагничивания, в аморфной металлической пленке на основе железа с одноосной наведенной анизотропией, приводит к появлению минимума на полевой зависимости Л£-эффекта и к разрыву вторых производных свободной энергии ферромагнетика по его упругим и магнитным параметрам;

Установлено, что на зависимостях ЛЕ - эффекта от величины магнитного поля у аморфных металлических лент на основе железа имеется четыре характерных участка, которые обусловлены различными механизмами перестройки их доменной структуры. У аморфных металлических сплавов, в составе которых помимо железа содержится кобальт, на аналогичной зависимости присутствует только два участка.

Предложена модель распределения намагниченности, позволяющая дать объяснение экспериментальным зависимостям величин /1£-эффекта и дифференциальной магнитной проницаемости от магнитного поля в аморфных металлических лентах составов j

Ре64Со2,В15 и Ре81.5В,з.581зС2, прошедших обработку постоянным электрическим током на воздухе.

Показано, что неоднородный рельеф поверхности аморфных металлических лент на основе железа является одним из основных факторов, определяющих их квазистатические магнитные характеристики.

Выявлено, что рост амплитудной и угловой дисперсии анизотропии в аморфных металлических сплавах на основе железа с одноосной анизотропией оказывает качественно различное влияние на их пьезомагнитные характеристики.

Сформулированы условия стабильности магнитных доменов различной формы, реализация которых возможна в ядре аморфных металлических проволок при приложении внешних магнитных полей. Проведена оценка энергии доменов различных конфигураций в зависимости от их размеров и приложенного магнитного поля.

Показано, что поле начала смещения верхушки домена в ядре аморфной металлической проволоки зависит от взаимной ориентации внешнего магнитного поля и намагниченности домена.

Установлено, что в магнитострикционных ферромагнитных проволоках на основе железа, имеющих неоднородную микромагнитную структуру, реализуется механизм маг-нитоупругого взаимодействия областей с различным распределением намагниченности.

Научная значимость работы определяется тем, что предложенные в ней модели взаимосвязи между процессами намагничивания, магнитными и магнитоупругими свойствами аморфных металлических сплавов на основе железа могут служить основой для понимания аналогичных явлений, происходящих в других высокомагнитострикционных магнитомягких материалах, и значительно расширяют развитые представления о механизмах ¿Ш-эффекта.

Практическая значимость работы определяется тем, что полученные в работе результаты могут быть использованы при создании прецизионных датчиков различного рода физических величин (силы, деформации и температуры и т.д.), в которых чувствительными элементами являются аморфные металлические пленки, ленты и проволоки на основе железа. В частности, показана принципиальная возможность создания на основе высокомагнитострикционных магнитных пленок и лент высокочувствительных датчиков, работающих на эффекте скачкообразного изменения намагниченности в результате изменения поля анизотропии образца при приложении к нему упругих растягивающих напряжений.

Определение энергетически выгодной конфигурация магнитных доменов в ядре проволоки, обладающих максимальной устойчивостью к магнитному полю, оценка их энергии, а также установление механизмов перемагничивания ядра проволоки способствуют созданию новых импульсных устройств функциональной электроники (магнитных диодов).

Показано, что метод резонанса - антирезонанса измерения скорости распространения магнитоупругих колебаний и величины АЕ— эффекта может быть использован в качестве высокочувствительного метода контроля (наряду с рентгеноструктурным и дифференциальным термическим анализами) начальных стадий процесса кристаллизации магнитост-рикционных аморфных металлических лент. Основные защищаемые положения.

1. Изменения структуры доменных границ аморфных металлических пленок и лент, индуцированные магнитным полем, ориентированным перпендикулярно их оси наведенной анизотропии, протекают подобно фазовым переходам второго рода. Следствиями изменения структуры доменных границ в аморфных металлических пленках и лентах с одноосной наведенной анизотропией являются уменьшение равновесной ширины полосовых доменов, изменение зависимости модуля упругости и магнитной проницаемости от магнитного поля, разрыв вторых производных свободной энергии ферромагнетика по его магнитным и упругим параметрам.

2. Условиями возникновения отрицательного АЕ -эффекта в магнитострикционных аморфных металлических пленках и лентах с одноосной наведенной анизотропией являются низкая константа анизотропии, высокая константа магнитострикции и близкие по значениям модули упругости в отсутствие магнитного поля и в состоянии магнитного насыщения. Уменьшение абсолютной величины отрицательного АЕ -эффекта в аморфных лентах на основе железа на стадии их кристаллизации обусловлено уменьшением константы магнитострикции, разрушением одноосной наведенной анизотропии и увеличением уровня внутренних напряжений, что приводит к изменению механизма намагничивания лент от поворота намагниченности к процессу смещения доменных границ.

3. Магнитостатическое взаимодействие, обусловленное неоднородностями тонкой структуры доменов (угловой дисперсией анизотропии) и рельефом поверхности, являются факторами, определяющими поведение магнитных и магнитоупругих характеристик аморфных металлических лент на основе железа в области слабых магнитных полей. Причиной этого являются поля рассеяния от магнитных зарядов на доменных границах и неодно-родностях рельефа поверхности аморфных лент, препятствующие протеканию в них процессов намагничивания. Рост поля одноосной наведенной анизотропии, уменьшение намагниченности и магнитострикции в результате увеличения концентрации кобальта в аморфных металлических лентах на основе железа приводит к уменьшению влияния полей рассеяния и изменению хода полевых зависимостей магнитных и магнитоупругих характеристик в области относительно слабых магнитных полей. В частности, увеличение концентрации кобальта в аморфных металлических лентах на основе железа приводит к исчезновению участка, на котором модуль упругости уменьшается с ростом магнитного поля в области слабых магнитных полей

4. Причиной различного поведения АЕ -эффекта от магнитного поля, в аморфных металлических лентах на основе железа в виде узких полосок, прошедших термомагнитную обработку и обработку постоянным электрическим током, является различная степень неоднородности их магнитной структуры. В серединной части лент, прошедших обработку электрическим током, протекают процессы смещения доменных границ, что обусловливает высокое значение остаточной индукции и появление максимума на полевой зависимости магнитной проницаемости. Приложение малых растягивающих напряжений, ориентированных перпендикулярно оси наведенной анизотропии аморфных металлических лент, прошедших как термомагнитную обработку, так и обработку электрическим током, приводит к росту абсолютного значения отрицательного ¿Ш-эффекта, что связано с уменьшением поля одноосной наведенной анизотропии.

5. Между ядром и приповерхностной областью магнитострикционных аморфных металлических проволок осуществляется механизм магнитоупругого взаимодействия, влияющий на ход зависимости модуля упругости проволоки от внешнего магнитного поля. Влияние магнитоупругого взаимодействия областей проволоки с различным распределением намагниченности на модуль упругости определяется значением констант анизотропии ядра и приповерхностной области проволоки, а также первоначальной ориентацией намагниченности в ядре относительно приложенного магнитного поля. Возникающие в приповерхностной области механические напряжения (сжимающие или растягивающие) и полевые зависимости модуля упругости проволоки определяется тем, составляющая намагниченности какой области (приповерхностной или переходной) вдоль направления магнитного поля больше.

6. Магнитный домен в ядре аморфной металлической проволоки, состоящий из цилиндрической части и двух конусообразных верхушек, обладает наименьшей энергией и минимальными размерами, устойчивыми к магнитному полю. Основным параметром, определяющим устойчивые размеры домена, является коэрцитивная сила его доменной верхушки. Минимальная длина устойчивого домена возрастает с ростом магнитного поля, ориентированного противоположно направлению намагниченности домена. В свою очередь, рост магнитного поля, ориентированного параллельно намагниченности домена, приводит к уменьшению длины устойчивого домена. Поле смещения доменной верхушки в ядре аморфной металлической проволоки, а также механизм ее продвижения на начальном этапе намагничивания (вытягивание верхушки домена или ее параллельное смещение) определяется взаимной ориентацией внешнего магнитного поля и намагниченности в домене.

Совокупность научных положений диссертации может быть квалифицирована как новое крупное достижение в области исследований магнитоупругих свойств аморфных металлических сплавов на основе железа. Достоверность результатов проведенных исследований

Защищаемые научные положения и выводы базируются на результатах экспериментов и проведенных расчетов, достоверность которых обеспечивается использованием современных и апробированных экспериментальных методик, статистическим характером экспериментальных исследований, анализом погрешностей измерений, применением современных аттестованных компьютерных математических программ. Личный вклад автора

Автору диссертационной работы принадлежит постановка целей и задач исследования, определение путей их реализации и решения. Все эксперименты по исследованию доменной структуры и процессов перемагничивания аморфных металлических пленок и большинство экспериментов по изучению магнитоупругих свойств аморфных металлических пленок лент и проволок на основе железа выполнялись непосредственно автором работы. Часть экспериментов выполнено в соавторстве с исследователями, у которых автор являлся научным руководителем кандидатских диссертаций (A.J1. Семенов, А.Ю. Моховиков, Н.В.Турик). Исследования доменной структуры и процессов ее перестройки под действием магнитных полей и упругих растягивающих напряжений в аморфных металлических пленках проводились на кафедре физики ИГПУ при сотрудничестве с A.B. Семировым и Н.П. Ковалевой. Результаты, связанные с исследованием структурных изменений, протекающих в аморфных металлических лентах структурно - чувствительными методами, в частности, методом экзоэлектронной эмиссии, были получены при сотрудничестве с A.C. Векслером, В.И. Болдыревым и И.Л. Морозовым. Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация экспериментальных результатов, предложены описанные в диссертации новые физические модели, проведены их расчет и теоретическое обоснование. В публикациях, в которых автор диссертации занимает первую позицию, основная роль в постановке задачи, полном или частичном получении экспериментальных результатов, их анализе и теоретическом обосновании, а также в написании и редактировании текста публикаций, принадлежит ему. В остальных публикациях автор участвовал в постановке задачи, получении ряда экспериментальных результатов и их обсуждении, а также разработке физических моделей, объясняющих результаты эксперимента. Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

•6-ом Всероссийском совещании по физике магнитных материалов (Иркутск, ИГПИ, 1992);

•Всероссийской конференции по физике магнитных явлений (Астрахань, 1993 г); •Европейском коллоквиуме по магнитным пленкам и поверхностям (ICSMF, Dusseldorf, Germany 1994);

•XIV - XX международных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (г. Москва, (МГУ), 1994 - 2006 гг.);

•41-ой Международной конференции по магнетизму и физике магнитных материалов (Atlanta, USA, 1996);

•1-ом, 3-ем, 4-ом Московском международном симпозиуме по магнетизму (MISM, MSU, 1999,2005,2008);

• Intermag Conference (Kyongju, Korea, 1999);

• Международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах", (г. Воронеж, ВГТУ 1999 г.)

•Седьмой всероссийской конференции с международным участием "Аморфные прецизионные сплавы. Технология - свойства — получение" (г. Москва, ЦНИИ Чермет им И.П.Бардина 2000 г.);

•Европейской конференции по магнитным материалам (ЕММА-2000, Ukraine, Kiev, 2000); •Евроазиатском Симпозиуме "Trends in Magnetism", (г. Красноярск, КГУ, 2004); •Международной конференции "Функциональные материалы", ICFM-2002, ICFM-2007 (ТНУ, Украина, г. Симферополь, 2002 г, 2007 г.);

•1-ой , 2-ой и 3-ей Байкальской международной конференции "Магнитные материалы" (г. Иркутск, ИГПУ, 2001, 2003, 2008 гг.);

•Выездной сессии РАН по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах (г. Астрахань, АГУ, 2003 г.);

•V -VIlI-ой Международных конференциях "Действие электромагнитных полей на прочность и пластичность материалов" (г. Воронеж, ВГТУ, 2003, 2004, 2005 , 2007 гг.); •Всероссийской научно-технической конференции "Методы создания, исследования материалов, приборов и экономические аспекты микроэлектроники" (Пенза, 2006);

•13-ой Международной конференции по жидким и аморфным металлам (Екатеринбург, 2007 г.);

•6-ой и 7-ой Международных конференциях "Некристаллические твердые тела" (Giiom, Spain-2006 г.; Porto, Portugal- 2008 г);

• 5-ом Международном семинаре "Физико -математическое моделирование систем (Воронеж, ВГТУ, 2008 г.)

•Joint European Magnetic Symposia: ( Dublin, Ireland, 2008 г.);

•XI-ой Международной школе - семинаре по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, ИФ ИЛФ СО РАН, 2008 г.);

•Третьей Всероссийской конференции по наноматериалам (г. Екатеринбург. 2009 г);

• XXI Международной конференции "Новое в магнетизме и магнитных материалах" (г. Москва, МГУ, 2009 г.);

•International Workshop on Structural and Mechanical Properties of Metallic Glasses (Barcelona, Spain, 2009 г.);

•Общегородском семинаре по физике твердого тела (Иркутск, ИГУ, 1994 г.);

Результаты диссертационной работы опубликованы в 67 научных работах из них 33 в статьях из перечня ВАК РФ, рекомендованных для защиты докторских диссертаций, остальные в сборниках трудов, материалах и тезисах докладов международных и всероссийских конференций по физике конденсированного состояния и физике магнитных явлений.

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих проектов и программ: гранта МО РФ по программе "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект № 609, "Исследование магнитных и магнитоупругих свойств аморфных металлических сплавов на основе железа" (2005 г)); грантов РФФИ (проект 05-08-18063-а "Магнитоимпе-дансные и магнитоупругие свойства аморфных и нанокристаллических сплавов на основе переходных металлов" (2005-2008 гг), проект 08-08-00210-а "Влияние лазерной обработки на магнитные, магнитоупругие и магнитоимпедансные свойства аморфных и нанокристаллических металлических сплавов на основе Зd-мeтaллoв" (2008-2100 гг.), проект 09-08-00406-а "Термостабильность магнитоимпедансных характеристик аморфных и наност-руктурированных ферромагнитных сплавов" (2009-2011 гг.) и проект 07-08-05037-6 "Развитие МТБ для проведения исследований по области знаний 08"(2007 г)); федеральной аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)" (проект РНП.2.2.1.1/3297); темпланов ИГУ и ИГПУ (19962009 гг.);

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Содержание работы изложено на 227 страницах текста, включает 126 рисунков и 5 таблиц. Список используемой литературы включает 216 наименований, включая 66 наименований работ автора диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ; .{i I), 1 г

В результате исследований магнитных и магнитоупругих'Д свой'ств аморфных

Г 1г. ! металлических сплавов на основе железа, в виде пленок, лент и проволок, проведенных автором представленной диссертационной работы, установлены: а) основные механизмы перестройки доменной структуры под действием внешнего магнитного поля и упругих растягивающих напряжений у аморфных металлических пленок толщиной несколько десятков микрон полученных методом ионно - плазменного напыления в магнитном поле, а также ряд особенностей протекания процессов Г перестройки доменной структуры в узких полосках, вырезанных из исследованных пленок, причиной которых является магниюстатическое взаимодействие и изменение структуры доменных границ при приложении внешнего магнитного поля;« б) влияние последовательности приложения внешнего магнитного поля и упругих растягивающих напряжений на процессы перестройки полосовой доменной структуры аморфных металлических пленок обладающих одноосной наведенной анизотропией; в) зависимости величин скорости распространения магнитиоупругих колебаний и модуля упругости в аморфных металлических лентах на основе железа в виде узких полосок прошедших термомагнишую обрабопсу 01 внешнего магнитного, поля, длины образца и температуры его обработки; I

I '1 i I г) условия возникновения отрицательного АЕ -эффекта в аморфных металлических лентах J ''"! '' и пленках с одноосной наведенной анизотропией; 1 f 1 '

I i 1 '¡< ~i I 'H i Г I д) особенности поведения магнитоупругих характеристик аморфцых!металлических лент ,»/11 г.' на основе железа в виде узких полосок, прошедших термом'агнитную< обработку в

1 Vi ' ЧI, соотносительноj слабых магнитных полях до <40 А/м, приложенных1 перпендикулярно оси

Г и V ( ' " ,

Jl I ' | ( '< I наведенношанизотропии полоски; > \ 1 i^'i ,; е) изменения» возникающие в магнитных и магнитоупругих характеристиках аморфных

S4 < . металлических пленок и лен1 на основе железа с одноосной наведенной анизофопиеи в результате; .протекания блох - неелевского перехода структуры доменных границ, I индуцированного внешним магнитным полем;

I ■ влияние угловой и амплитудной дисперсии анизотропии на величины АЕ'- эффекта,

I, ■'

АМ^ -эффекта и пьезомагнитной восприимчивости высокомагнитострикционных

I- 1 „ „ • „ • 'hi Р ферромагнетиков с одноосной наведенной анизотропиеи; , <!|\ ч 1 ж) изменения,', возникающие в магнитных^ и магнитоупругих^ характеристиках и их 1 , , , r-t. ''')) чувствительности к упругим растягивающим напряжениям у аморфных металлических

1 I ! Ь' , < ' lit" • I 1 ' IJ лент на основе железа при протекании процессов структурной релаксации и кристаллизации; з) влияние термической обработки и обработки электрическим током на магнитные

I ! свойства аморфных металлических проволок на основе железа; ' J ill ' и) условия устойчивости магнитных доменов и особенности продвижения верхушки домена в ' ядре аморфной металлической проволоки под действием внешнего магнитного поля; ч „ ' I к) механизм реализации магнитоупругого взаимодеиствия между ядром и приповерхностной областью аморфной металлической проволоки с положительной константой, магнитострикции, приводящий

Проведенные автором исследования позволили:

- адаптировать представления о процессах перестройки доменной структуры под действием магнитного поля и упругих растягивающих напряжений в аморфных металлических пленках на основе железа, полученных методом ионно '— плазменного напыления в магнитном поле для аналогичных процессов, протекающих в аморфных металлических лентах на основе железа, прошедших термомагнитную обработку; j

- сформулировать представления об индуцированном внешним магнитным полем блох 1 неелевском переходе структуры доменных границ, реализуемом в одноосно анизотропных t ^ аморфных металлических пленках и лентах, как о переходе, подобному фазовому переходу t второго рода; ,t ( j

- установить взаимосвязь между процессами перестройки доменной структуры! под действием

I , | магнитного поля в аморфных металлических пленках и лентах на основе железа с одноосной наведенной анизотропией с полевыми зависимостями их магнитоупругих характеристик;

- сформулировать представления о характере влияния упругих растягивающих напряжений на ход полевых зависимостей АЕ — эффекта аморфных металлических лент на основе железа, прошедших как термомагнитную обработку, так и обрабожу постоянным электрическим током;

- определить наиболее энергетически выгодную форму домена в ядре аморфной |металлической

Л' ' ' > i ' 1 проволоки и поизвести приблизительную оценку его энергии; , ('v t> (, 1

- разработать представления о механизмах, ¡процесса перемагничивания^1 ядра аморфной

1' ' !',' Wli'i' металлической проволоки путем смещения доменной верхушки при различных ориентациях

• • I внешнего магнитного поля и намагниченности в домене, 1 ; f i ' I i ' i

- определить условия, при которых реализация механизма магнитоупругои связи между ядром и приповерхностной областью высокомагнитострикционной проволоки оказывает наиболее значительное влияние на ход полевых зависимостей ее магнитоупругих характеристик,