Особенности процессов перемагничивания одноосных высокоанизотропных материалов, вызванные магнитостатическим взаимодействием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ВИКТОРОВ Владислав Николаевич

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ОДНООСНЫХ ВЫСОКОАНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ВЫЗВАННЫЕ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ

01 04 07 - «Физика конденсированного состояния»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□□307 1091

Москва - 2007

003071091

Работа выполнена в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете)

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Лилеев А С

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Терешина И С

кандидат технических наук, Сеин В А

Ведущая организация Институт металловедения и физики металлов

«ФГУГТ ЦНИИчермет им И П Бардина»

Защита состоится 31 мая 2007 г в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 132 08 при Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) по адресу 119049, г Москва, Ленинский пр д^, ауд ^ЪС

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов

Автореферат разослан апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

Мухин С И

Общая характеристика работы Актуальность темы диссертации В последнее время для улучшения магнитных свойств материалов интенсивно развиваются методы получения в них нанокристаллической микроструктуры При этом благодаря высокому значению намагниченности насыщения и поля анизотропии особое внимание уделяется высокоанизотропным редкоземельным материалам систем Ыс1-Ре-В и Йт-Со Перемагничивание быстрозакаленных и спеченных магнитов, полученных в этих системах, осуществляется по механизму зародышеобразования

Основной причиной отличия расчетных и экспериментальных эксплуатационных свойств магнитов (остаточной намагниченности, коэрцитивной силы, энергетического произведения), кроме дефектности считают взаимодействие между микрообъемами в материале

Однако в настоящее время не существует экспериментальных методик прямого наблюдения полей взаимодействия Среди косвенных методов наблюдения полей взаимодействия в магнитных материалах выделяют наблюдение доменной структуры с помощью эффекта Керра или магнитно-силовых микроскопов и отклонения графиков Хенкеля от линейной зависимости Вольфарта Перечисленные методы обладают существенными недостатками, ограничивающими общность получаемых результатов наблюдение за доменной структурой возможно только на поверхности материала, что затрудняет исследования влияния взаимодействия в объеме массивных материалов Интерпретации отклонений графиков Хенкеля разными авторами для обнаружения эффектов магнитостатического взаимодействия и определения его природы носят противоречивый характер Кроме того, применение графиков Хенкеля для анализа взаимодействия в магнитных материалах, перемагничивание которых определяется трудностью образования зародышей обратной намагниченности, является спорным из-за присутствия в таких материалах микрообъемов, находящихся в многодоменном состоянии

Цель работы состояла в исследовании особенностей процессов перемагничивания, вызванных магнитостатическим взаимодействием между микрообъемами, в высокоанизотропных одноосных ферромагнетиках, перемагничивание которых лимитируется трудностью образования зародышей обратной намагниченности, в зависимости от степени кристаллической текстуры, исходного размагниченного состояния материала, формы образца и микрообъемов Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 Разработать методику моделирования и программное обеспечение, позволяющие определять величину поля взаимодействия, визуализировать магнитное состояние микрообъемов в объеме в материале, перемагничивание которого лимитируется трудностью образования зародышей обратной намагниченности

2 Исследовать роль макроскопических свойств материала исходного магнитного состояния и формы образца на эффективность магнитостатического

взаимодействия

3 Исследовать влияние гистерезисных свойств микрообъемов материала (поля насыщения, степени текстуры, коэрцитивности) и параметров их распределений по микрообъемам на магнитостатическое взаимодействие

4 Исследовать графики Хенкеля в этих материалах и их связь с гистерезисными свойствами микрообъемов, степенью текстуры и исходным магнитным состоянием

Научная новизна работы заключается

в разработке на основе существующих представлений о процессах перемагничивания в одноосных высокоанизотропных магнитных материалах нового подхода к их детальному исследованию, основанного на определении поля магнитостатического взаимодействия между микрообъемами и послойной визуализации магнитного состояния микрообъемов массивного образца

В возможности использовать разработанную методику визуализации магнитного состояния микрообъемов, как на поверхности, так и в объеме материала образцов

В установлении закономерностей процессов перемагничивания, обусловленных влиянием магнитостатического взаимодействия между микрообъемами В частности, обнаружены и раскрыты механизм образования под влиянием магнитостатического взаимодействия комплексов перемагничивающихся микрообъемов (каналов перемагничивания)

Установлена роль индивидуальных характеристик микрообъемов (коэрцитивной силы, поля насыщения, угла ориентировки частиц) в образовании комплексов (каналов перемагничивания)

Продемонстрирована возможность образования первого зародыша обратной намагниченности в результате взаимодействия еще в положительных полях

Показана взаимосвязь степени кристаллической текстуры материала и механизмом образования «каналов перемагничивания», образовавшимся под влиянием магнитостатического взаимодействия

В методической проверке интерпретации графиков Хенкеля с точки зрения природы и знака взаимодействия в одноосных высокоанизотропных материалах с переходной доменной структурой

Практическая значимость работы заключается в возможности устанавливать на конкрентных материалах для высокоанизотропных магнитов эффективность влияния магнитостатического взаимодействия и на основании этого

- совершенствовать существующие технологии производства материалов, -прогнозировать более обосновано свойства при создании новых материалов для постоянных магнитов

Даны рекомендации для анализа и установления границы применимости графиков Хенкеля для интерпретации особенностей перемагничивания одноосных высокоанизотропных ферромагнетиков

Апробация работы Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на Joint European Magnetic Symposium (Dresden, Germany, 2004), 18-th International Workshop on High Performance Magnets and their Applications (Annecy, France, 2004), V-ofi Международной конференции "Электротехнические материалы и компоненты" (Крым, Алушта, 2004 г), Moscow International Symposium on Magnetism (Moscow, 2005), XV Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль 2005), XX международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (г Москва, 2006), III Joint European Magnetic Symposium (San Sebastian, 2006)

По теме диссертации опубликованы 7 статей и 4 тезисов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников из 133 наименования, изложена на 118 страницах, включая 85 рисунков и 19 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во ВВЕДЕНИИ обсуждается научная актуальность и практическое значение проведенного исследования

ГЛАВА 1 представляет собой аналитический обзор литературы, посвященной исследованиям процессов перемагничивания в высокоанизотропных материалах Освещены особенности перемагничивания по механизму зародышеобразования, влияние исходного магнитного состояния и величины поля намагничивания на гистерезисные свойства Рассмотрены способы оценки магнитостатического взаимодействия в магнитных материалах Проанализированы работы по определению роли взаимодействия с помощью наблюдений доменной структуры, построений графиков Хенкеля и моделирования, гистерезисных свойств

Глава заканчивается формулированием цели и постановкой задач исследования

В ГЛАВЕ 2 представлено описание методики эксперимента и моделирования основные допущения, описание метода вычисления, а также методика работы с программой и ее возможности

Для моделирования процессов перемагничивания использовали экспериментальные кривые намагничивания, размагничивания и частные петли гистерезиса образцов спеченных магнитов SmCos, с коэрцитивными силами 680 кА/м и 1680 кА/м и быстрозакаленные образцы Nd-Fe-B Различный уровень коэрцитивной силы в образцах SmCo5 после стандартной технологии приготовления (получения сплава, гомогенизации, измельчения и спекания) и нагрева на 900° С (с выдержкои 10 минут) и достигали изменением скорости охлаждения (в печи для получения низкого значения (jHc = 680 кА/м) или на воздухе (,НС = 1680 кА/м))

Гистерезисные свойства быстрозакаленных сплавов Nd-Fe-B изучали на образцах, полученных по технологии, основанной на методе центробежного распыления Технология получения таких материалов заключается в центробежном

распылении, измельчении распыленного материала, кристаллизационном отжиге и магнитной сепарации порошка Коэрцитивная сила jHc таких порошков достигает 320 кА/м - 1120 кА/м

Кривые намагничивания, размагничивания и возврата, а также частные и предельные петли магнитного гистерезиса измерялись с помощью вибрационного магнитометра «Меридиан-2» в магнитном поле напряженностью от -1750 кА/м (-22 кЭ) до +1750 кА/м (+22 кЭ) при комнатной температуре

Измерения спеченных сплавов проводились на образцах цилиндрической формы диаметром 2,5x3,0 мм2 массой 115±10 мг Магнитное поле прикладывали вдоль оси магнитной текстуры образца, располагавшейся в плоскости основания цилиндра Порошковые образцы массой 105±10 мг предварительно фиксировались парафином в медной капсуле Калибровку магнитометра для измерения различных образцов выполняли по никелевому эталону сферической формы Погрешность измерения напряженности магнитного поля при этих условиях не превышала ±2%

При моделировании материал имитировался ансамблем из 1000 микрообъемов, имеющих возможность реализовать, так называемую läöäöiaiöp aiiäiiöp пддоёдбдб, и в которых процесс перемагничивания определяется трудностью зарождения доменов обратной намагниченности Микрообъем с переходной доменной структурой, в зависимости от магнитной предыстории может находиться в одно или многодоменном состоянии и характеризуется намагниченностью насыщения Is, углом 0 между прикладываемым полем и осью легкой намагниченности, полем анизотропии Hanls, полем насыщения микрообъема Hs, предельным полем скачка образования доменной структуры в микрообъеме Н0ШХ, параметром А = dH0/dHm Параметр А, характеризует интенсивность зависимости поля перемагничивания от намагничивающего поля

Распределением угла © в ансамбле микрообъемов задается кристаллическая текстура ансамбля Если в ансамбле у всех микрообъемов угол 0 равен нулю, то такой ансамбль является идеально текстурованным, если угол задается равномерным распределением в интервале от 0 до 90 градусов - такой ансамбль является изотропным

После термического размагничивания микрообъемы с переходной доменной структурой находятся в многодоменном состоянии, так как их размер больше критического размера однодоменности, при намагничивании во внешнем магнитном поле, большем поля насыщения микрообъема Hs, он переходит в однодоменное состояние

При перемагничиваиии такого микрообъема его магнитное состояние будет определяться соотношением полей перемагничивания, поля насыщения Hs и поля зарождения и развития обратной магнитной фазы, что выше обозначено как поле скачка - Н0 Величина этого поля Н„ зависит от величины предварительно приложенного намагничивающего поля Нт Схематическая зависимость Н0(Нт) представлена на рис 1

К = с1НтМН.)

Рис. I . Зависимость поля скачка Н„ от приложенного поля намагничивания НП1

М а гн и тос тати чес кое взаимодействие между микрообъемами в ансамбле м и крообъем о в вычисляли методом магн итостатичес к их парных потенциалов, предложенным А. ЛЬагош. Микрообъемы представлялись в виде равномерно намагниченных кубов. Форма моделируемого образца определялась пространственными габаритами параллепипеда, образованного центрами ми крообъем 01! ансамбля. Положение каждого микрообъема в ансамбле фиксировалось присвоением пространственных координат. Направление внешнего ноля параллельно пространственной оси 2..

Дли визуализации магнитного состояния микрообъемов использовали следующие условные обозначения: микрообъем в многодоменном состоянии с намагниченностью равной нулю точкой серого цвета, микрообъем в многодоменном состоянии с намагниченностью отличной от нуля изображается стрелкой серого цвета, длина стрелки пропорциональна величине намагниченности микрообъема. Микрообъем в намагниченном до насыщения магнитном состоянии, направление вектора намагниченности, которого совпадает с направлением внешнего поля - стрелкой красного цвета, с направлением противоположным внешнему полю -стрелкой синего цвета.

Описан алгоритм определения параметров модельного ансамбля, имитирующий гисгерезисное поведение, экспериментальных образцов.

В ГЛАВЕ 3 представлены результаты исследования влияния макроскопических свойств ансамбля на магн итостатичес кое поле взаимодействия между микрообъемами в зависимости от исходного магнитного состояния в спеченных магнитах 8шСо; с различными значениями коэрцитивной силы.

Макроскопическими свойствами, характеризующими поведение материала во внешнем магнитом поле, являются гистерезисные свойства образца, в первую очередь коэрцитивная сила, форма образца, способ, которым было получено размагниченное

Нч

> ,тол

ги .........-

состояние (термическое, циклическое, размагничивание отрицательным магнитным полем)

Исследование влияния параметров микрообъемов материала на магнитостатическое взаимодействие проводили с помощью ансамблей, имитирующих кривые намагничивания и кривые размагничивания высококоэрцитивного (Нс = 1680 кА/м) и низкокоэрцитивного (Нс = 680 кА/м) образцов спеченного магнита ЗтСо5 Параметры распределений коэрцитивной силы по микрообъемам подбирали по экспериментальной кривой размагничивания

Оценку влияния магнитостатического взаимодействия на протекание процессов перемагничивания проводили, сравнивая магнитное поведение ансамблей микрообъемов в которых был проведен учет магнитостатического взаимодействия между микрообъемами и без его учета

В табл №1 представлено изменение магнитного состояния взаимодействующих и невзаимодействующих ансамблей при намагничивании после термического размагничивания

Таблица №1 Изменение магнитного состояния при намагничивании в слое №3 термически размагниченных ансамблей микрообъемов с учетом взаимодействия и без него

Слой №3 с учетом взаимодействия

Емвш^ев поле 1 кЭ

Слон №3 без учета взаимодействия

Внешне© ПО"© 1 ¿5 •*"""'

.0,

Бмешнве поле 2 «Э

Внешне® логе 2 О

Таблица №1. Продолжение.

Слой Ж! с учетом и и и модистки и Слой №.1 Вез учей взаимодействия

НИМ» -<1гл-. 4 АЭ -' Ёилаа тсл».4иЗ

[1 ансамбле с учетом взаимодействия уже в поле 80 кЛ/м (I кЭ) появились намагниченные до насыщения микрообъемы, кроме того, образовался комплекс (канал) из трех намагниченных до насыщения микрообъемов. В невзаимодействующем ансамбле такой комплекс появился только в ноле 320 кА/м (4 кЭ), то есть в четыре раза большем. Численный анализ полей действующих на микрообъемы, расположенные в концах канала намагничивания, но взаимодействующем ансамбле, показывает, что рос: канала будет Остановлен большим полем насыщения 11, крайних микрообъемов. Таким образом, для роста канала важна однородность микрообьемов по полям насыщения 115.

Сам механизм возникновения канала связан с положительным взаимодействием первого намагниченного микрообъема, который дополнительным полем взаимодействий подмшничинает соседний микрообъем.

Несколько иначе выглядит роль взаимодействия при снятии поля и в процессе размагничивания. В этом случае отрицательное магнитостатическое взаимодействие соседних каналов ускоряет процесс перемагничивания. В таблице №2 в поле 320 кА/м (4 кЭ) в третьей строке снизу микрообъемы уже намагничены до насыщения (обозначены Овалами). Но ноле взаимодействия может и тормозить процесс перемагничивания: в поле 1752 кА/м (-22 кЭ) (кружки табл. №2) п в поле 1910 кА/м ( 24 кЭ) (овалы в пятой и шестой строке сверху, табл. №2)

Таблица Ш2. Изменение магнитного состояния микрообъемов при размагничивании в слое ЛЫ намагниченного в поле 2388 кА/м (30 кЭ) ансамблей микрообъемов с учетом взаимодействия и без него.

С lofj ¡АкЭ с учетом в>анмолг1нтвия Слом Л'^ fit' 1 учета в ^имодействня Вн1НС ПЫЧ -1 ■ э - *Г> * ■■

11роведено сравнение цапиитного состояния ансамблей размагниченных отрицательным магнитным полем, циклическим полем с термически размагниченным состоянием. Главное отличие перечисленных магнт пых состояний состоит в том, что микрообъемы находятся не только в многодоменном состоянии, но и в намагниченном до насыщения состоянии с разными знаками (Таблицы 3 и 4).

Ю

Таблица №3. Магнитное состояние слоя №3 в ансамбле после размагничивания отрицательным магнитным полем.

Слой №3 с учетом взаимодействия

ErtfcáH&fc пег»: С кЗ

•-е——

—.—-Q^—

Слой ЛйЗ без учета взаимодействии Внодюе 14», С кЭ

—е-—-

—е-

Таблица №4. Магнитное состояние слоя №3 в ансамбле после циклического размагничивания.

Слой №3 с учетом взаимодействия Слой №3 без учета взаимодействии

В-* поле: 0 кЗ Внешнее пол*: С кЭ

После циклического размагничивания больше мййрообъемов, имеющих нулевую намагниченность^ это обусловлено зависимостью поди скачка Н„ от предварительна приложенного поля Нт. Кроме того, микрообъемы, намагниченные до насыщения даже в отсутствии внешнего поля, создают доменные образования в виде строчек.

Последовательность намагничивания многодоменных микрообъемов в ансамблях размагниченных отрицательным нолем такая же, кик в термически размагниченном ансамбле; микрообъемы из много доМен н ого состояния иод действием внешнего поля и поля взаимодействия переходят в намагниченное до насыщения состояние. В первую очередь леремагначинаются микрообъемы с наименьшим полем насыщения и наибольшим полем взаимодействия. Однако, в микрообъемах, образующих строчечные доменные образования, направление поля взаимодействия препятствует намагничиванию всех микрообъемов, а при перемагн ичиванйи одного из них распределение поля взаимодействия изменяется так,

ti

что приводит к перемагиичиваиию всей строчки в намагничивающем поле одновременно

При размагничивании ансамбля отрицательным полем под действием магнитостатического поля в нем образуются доменные образования в виде строчек Намагничивание такого ансамбля происходит кооперативно, по строчкам (табл №5)

Таблица №5 Намагничивание ансамбля размагниченного отрицательным полем в слое №3

-сгй 3 Ёне-шве 15 «Э (101® 23 ><Э

Влияние формы ансамбля на магнитостатическое поле исследовали для трех габаритов МххМухМ2 ансамбль 10x10x10, ансамбль 5x5x40, ансамбль 25x20x2 Выбранные габариты ансамблей соответствуют трем формам куб, стержень, пластина, при этом количество микрообъемов и распределение их гистерезисных параметров остались неизменными Из построенных зависимостей магнитостатического поля от положения микрообъемов в пространстве видно, что поле взаимодействия в направлении внешнего поля увеличивается от края микрообъема к середине ансамбля Наибольшая разница в величине полей взаимодействия наблюдается между микрообъемами, которые находятся в середине и на краю ансамбля При этом в ансамбле с габаритами 5x5x40 различие самое большое, равное 355 кА/м (4,46 кЭ), в ансамбле с габаритами 25x20x2 наименьшее -0 кА/м Следствием этого, при прочих равных условиях, является то, что зародыши обратной намагниченности под действием магнитостатического поля взаимодействия в первую очередь будут образовываться на краях ансамблей Зародыши обратной намагниченности образуются в ансамбле с габаритами 5x5x40 (стержень) в меньших полях, чем в других ансамблях

В ГЛАВЕ 4 представлены результаты исследования влияния на поле взаимодействия индивидуальных параметров микрообъемов и их распределения

Индивидуальными характеристиками микрообъемов являются поле насыщения микрообъема Н5, определяющее границу перехода микрообъема из многодоменного в однодоменное состояние и зависящее от его формы Предельное поле скачка Н0,а, - поле образования зародыша перемагничивания Этот параметр можно считать аналогом коэрцитивной силы Параметр А - характеризующий

интенсивность влияния намагничивающего поля Нт на величину Н0 Угол 0, характеризующий разориентацию легкой оси микрообъема по отношению к приложенному полю

Анализ влияния распределения предельного поля скачка проводили на ансамбле с габаритами 10x10x10, описывающем гистерезисное поведение низкокоэрцитивного спеченного образца ЗтСо5 (Нс = 689 кА/м (11 кЭ)) Параметры, имитирующего ансамбля были следующими среднее значение поля насыщения микрообъемов Н5 равнялось 320 кА/м (4 кЭ), корень из дисперсии ац5 = 160 кА/м (2 кЭ), намагниченность насыщения соединения М„ = 1,2 Тл, поле анизотропии Н1П|, = 3500 кА/м, (43 кЭ), распределение угла между легкой осью намагничивания и направлением прикладываемого внешнего поля задавалось нормальным распределением со средним значением 0 градусов и корнем из дисперсией равной 10 градусов, значение параметра А принимали равным 2,5

Исследование влияния распределения предельного поля скачка проводили, сравнивая изменения магнитного состояния микрообъемов с разными средними значениями предельного поля скачка Н„пт За основу взят ансамбль №1, описывающий гистерезисное поведение образца ЯтСо, среднее значение Н0т" -716 кА/м (-9 кЭ) и корня из дисперсии 238 кА/м (3 кЭ) Ансамбль №2 с меньшим значением предельного поля скачка строился путем смещения распределения на фиксированную величину +160 кА/м (+2 кЭ)

В исследуемых ансамблях №1 и №2 переход первого микрообъема в многодоменное состояние происходит в различных полях 143 кА/м и 302 кА/м, соответственно Намагниченность микрообъемов при переходе в многодоменное состояние из-за этого будет различаться М|<М2 (рис 2), что н приводит к различному полю взаимодействия между соседними микрообъемами в рассматриваемых ансамблях

Но2 Н

жМ

о1

М1

м2

Нп

Рис 2 Разница намагниченности микрообъемов с разным полем скачка при перемагничивании

Таким образом, среднее значение коэрцитивности ансамбля оказывает влияние на величину поля, в котором образуются первые перемагниченные микрообъемы и на

13

распределение магнитостатического поля по объему ансамбля в целом Кроме этого, уменьшение поля скачка при неизменных других параметрах модели приводит к тому, что перемагннчивание микрообъемов протекает путем перехода через многодоменное состояние

В размагничивающем поле -430 кА/м (-5,4 кЭ) в ансамбле №1 со средним значением предельного поля скачка -716 кА/м (-9 кЭ) под действием магнитостатического поля перемагничиваются сразу пять микрообъемов, находящихся рядом и выстроенных вдоль поля, образуя «канал намагничивания» Перемагничивание всей строки не произошло, так как в ней находится микрообъем с коэрцитивностью превышающей суммарно действующее внешнее и магнитостатическое поля

Перемагничивание по каналам может быть затруднено из-за неоднородности распределения в ансамбле предельного поля скачка Н0 Чтобы проверить предположение о влиянии неоднородности предельного поля скачка на перемагничивание микрообъемов по каналам в ансамбле №1 с предельным значением коэрцитивности -716 кА/м (-9 кЭ) уменьшили значение корня из дисперсии с 238 кА/м (3 кЭ) до 76 кА/м (1 кЭ)

В этом случае в размагничивающем поле -510 кА/м (-6,4 кЭ) под действием магнитостатического поля при перемагничивании микрообъема с коэрцитивностью -748 кА/м (-9,4 кЭ) изменяется распределение магнитостатического поля вокруг него, что приводит к одновременному перемагничиванию всех микрообъемов в строке

На следующем этапе была рассмотрена взаимосвязь между полями размагничивания микрообъемов и механизмом влияния магнитостатического взаимодействия Размагничивающее поле, вызванное наличием магнитных зарядов на его поверхности, направлено в противоположную по сравнению с намагниченностью сторону и также изменяется в процессе намагничивания По своей величине размагничивающее внешнее поле микрообъема Н51 = N. равно полю насыщения изолированного микрообъема Именно оно и определяет, в каком поле перейдет в однодоменное состояние предварительно термически размагниченный микрообъем

Для определения роли внутренних размагничивающих полей в модельных ансамблях, имитирующем низко и высококоэрцитивный образцы 8тСо5, изменяли размагничивающий фактор образца N в целом и распределение индивидуальных размагничивающих полей I [м Эту процедуру проводили как с учетом магнитостатического взаимодействия, так и без него

Изменение размагничивающего фактора N образца в целом проводили, изменяя его габариты 10x10x10 (куб), 25x20x2 (пластина), 5x5x40 (стержень), размагничивающий фактор для них соответствует 4,18, 6,1 и 0,36 При исследовании влияния индивидуальных размагничивающих полей микрообъемов рассмотрели ансамбли со средними значениями полей насыщения Н5, равными 160 кА/м (2 кЭ), 240 кА/м (3 кЭ), 320 кА/м (4 кЭ), 400 кА/м (5 кЭ) и 480 кА/м (6 кЭ), дисперсия во всех ансамблях равнялась 40 кА/м (0,5 кЭ)

Анализ кривых намагничивания ансамблей с разными микро и макроскопическими размагничивающими факторами показал, что наклон кривых намагничивания в разомкнутом магнитном потоке определяется суммой макроскопического размагничивающего фактора ансамбля и микроскопическими размагничивающими факторами микрообъемов

В ансамбле без учета поля взаимодействия кривая намагничивания, пересчитанная с учетом размагничивающего фактора, практически вертикальна, аналогичный результат для ансамбля с учетом поля взаимодействия получается только в ансамбле с габаритами 10x10x10, со средним значением поля насыщения Н,, равным 320 кА/м (4 кЭ) В таком ансамбле магнитостатического поля, действующего против внешнего намагничивающего поля, недостаточно для образования каналов, намагниченных в направлении обратном приложенному полю Из этого сделан вывод о том, что средний размагничивающий фактор микрообъемов в имитирующем образце ЭтСоз соответствует кубической (сферической) форме, а микрообъемы, имеющие большие Н5, будут препятствием для прохождения канала перемагничивания

Обнаружено, что кривая намагничивания ансамбля с габаритами 10x10x10 и малым средним значением поля насыщения Н, 160 кА/м (2 кЭ) состоит из ломаных отрезков Для выяснения причин этого факта при намагничивании ансамбля из термически размагниченного состояния была проведена визуализация магнитного состояния микрообъемов (Табл №6)

Таблица №6 Магнитное состояние в слое №5 ансамбля 10x10x10, при намагничивании из термически размагниченного состояния (среднее значение поля насыщения Н5 160 кА/м (2 кЭ) корень из дисперсии 40 кА/м (0,5 кЭ))

Внешнее попе 39 6 кА/м (0 5 кЭ) """" Внешнее попе 396 8 *М* (5 кЭ)

Из таблицы №6 видно, что при намагничивании ансамбля под действием магнитостатического поля образуются каналы, намагниченные в направлении противоположном намагничивающему полю Перемагничивание микрообъемов в каналах происходит лавинообразно, что вызывает скачкообразное изменение намагниченности на кривой намагничивания

Полученный результат дает основания предполагать, что в материале, состоящем из микрообъемов со значениями полей насыщения Нь сопоставимыми или даже меньшими магнитостатического поля, пересчет экспериментальной кривой намагничивания, полученной при измерении в разомкнутом потоке, на кривую намагничивания для замкнутого потока может привести к неверным результатам

Для исследования влияния степени текстуры на процессы перемагничивания за основу выбран ансамбль, описывающий гистерезисное поведение низкокоэрцитивного спеченного магнита 8тСо5 Для изучения влияния степени текстуры на процессы перемагничивания в ансамбле изменяли параметры распределения угла 0 микрообъемов Для имитации текстурованного образца целесообразно изменять не сам угол 0 между ОЛН и прикладываемым полем, а корень из дисперсии угла, положив сам угол постоянным, равным нулю

Было целесообразно оценку влияния поля взаимодействия проводить с помощью послойного сравнения магнитного состояния ансамблей, как с учетом магнитостатического взаимодействия между микрообъемами, так и без учета

Показано, что при намагничивании термически размагниченного ансамбля с углом корня из дисперсии 10 уже в поле 16 кА/м (0,2 кЭ) микрообъемы под влиянием магнитостатического поля, переходят в однодоменное состояние, образуя канал из трех микрообъемов Эти же микрообъемы перешли в однодоменное состояние без учета взаимодействия только в поле 238,1 кА/м (3 кЭ), то есть в 15 раз большее

Увеличение корня из дисперсии угла до 20° означает еще большую разориентировку угла между ОЛН микрообъемов и направлением внешнего поля, то есть меньшую степень кристаллической текстуры В этом случае при намагничивании в поле 15,9 кА/м (0,2 кЭ) образуется канал состоящий только из двух микрообъемов

В изотропном ансамбле одновременное намагничивание микрообъемов под действием магнитостатического поля не обнаружено Это обстоятельство связано с угловой зависимостью полей насыщения микрообъемов Нь, фактическое насыщение разориентированных микрообъемов будет происходить в полях значительно, превышающих поля взаимодействия

В процессе размагничивания предварительно намагниченного до насыщения ансамбля в некоторых слоях наблюдается возникновение каналов перемагничивания Перемагничивание по каналам в ансамбле после снятия прикладываемого поля из состояния насыщения происходит в больших полях из-за влияния отрицательных полей взаимодействия, которые создают намагниченные до насыщения микрообъемы в направлении, обратном Н На рис 3 показаны распределения векторов намагничивания при размагничивании из намагниченного до насыщения ансамбля (в поле 23885 кА/м (300 кЭ)), овалами отмечены каналы перемагничивания

SS2 3«A t{'2 Внешнее I-ce '2C3S Лм. 18кЭ!

! -"-"i ' / /

////|//

1/t"'1 / l \ i " \ * " t

/ / / y ! / I / / / ---/ / I / // I / • - -

Рис 3 Перемагничиваиие изотропного ансамбля, намагниченного до насыщения

В ГЛАВЕ 5 представлены исследования влияния исходного магнитного состояния материала, распределения микрообъемов по коэрцитивности, формы микрообъемов и степени кристаллической текстуры на вид графиков Хенкеля, построенных для быстрозакаленных магнитов Nd-Fe-B и спеченных SmCo5

Для подтверждения адекватности используемых модельных методик построения графиков Хенкеля рассмотрен изотропный ансамбль невзаимодействующих одноосных однодоменных частиц На рис 4 приведены графики Хенкеля этого ансамбля размагниченного разными способами

14

'Jd

Jd

а б

Рис 4 Графики Хенкеля ансамбля невзаимодействующих однодоменных одноосных высокоанизотропных частиц а- после термического и циклического размагничивания, б - поле размагничивания обратным магнитным полем Сплошная линия - аналитическая зависимость 1а(Н) = 1 -2 .1,(Н), предложенная Вольфартом

Из рисунка видно, что отклонения графиков Хенкеля от зависимости Вольфарта наблюдаются на невзаимодействующих ансамблях одноосных частиц, размагниченных отрицательным магнитным полем, и их нет в случае предварительного термического или циклического размагничивания ансамбля Полученный результат не противоречит работам Вольфарта

Построены графики Хенкеля для разных магнитных состояний модельного ансамбля, по данным, полученным для спеченного магнита 8тСо5 в выскокоэрцитивном состоянии (рис 5) Установлено, что графики Хенкеля вне зависимости от исходного магнитного состояния для рассматриваемого образца имеют только положительное отклонение Качественно расчетные и экспериментальные графики совпадают Для выяснения вопроса, как влияет магнитостатическое взаимодействие, с помощью программы построили графики Хенкеля для этого же ансамбля без учета взаимодействия, после этой операции определили что знак отклонения не изменился

Рис 5 Графики Хенкеля высококоэрцитивного спеченного магнита а -экспериментальные б - модельные (1 - циклическое размагничивание, 2 -размагничивание обратным полем, 3 - термическое размагничивание, 4 - зависимость Вольфарта)

Аналогичные построения экспериментальных и расчетных графиков проведны для быстрозакаленного магнита Кс1-Ре-В Установлено, что расчетные графики Хенкеля для этих материалов имеют положительное и отрицательное отклонения от зависимости Вольфарта Вид графиков Хенкеля построенных для невзаимодействующего ансамбля при тех же гистерезисных параметрах качественно не изменился

Для выяснения причин влияния исходного магнитного состояния на вид графиков Хенкеля изучались полевые зависимости текстурованного ансамбля ^(Н) и ]г(11), полученные из разных магнитных состояний, рис 6

04 ■>' 0 2

06

с

02 04 06

□

О 8

-1

О

5

10

Н кЭ

20

Рис 6 Полевые зависимости ^(Н) 1Г(Н) для разных размагниченных состояний 1 -термическое размагничивание, 2 - размагничивание обратным полем, 3 -циклическое размагничивание

После термического размагничивания микрообъемы в таком ансамбле находятся в многодоменном состоянии Под действием внешнего магнитного поля доменная стенка в микрообъемах беспрепятственно движется и, следовательно, намагниченность всего ансамбля быстро растет уже в малых намагничивающих полях При снятии намагничивающего поля намагниченность микрообъема не изменится, при условии, что его коэрцитивная сила отрицательная

Это условие выполняется, если к микрообъему приложено намагничивающее микрообъем поле Нт, которое согласно схеме (рис 1) удовлетворяет условию

После циклического размагничивания и размагничивания обратным полем, микрообъемы находятся как в многодоменном состоянии, так в состоянии, намагниченном до насыщения в направлении поля, так и в направлении противоположном полю Увеличение остаточной намагниченности происходит за счет перемагничивания микрообъемов, намагниченных противоположно приложенному полю, то есть за счет перехода многодоменных частиц в необратимое намагниченное до насыщения состояние При циклическом размагничивании микрообъемов, находящихся в многодоменном состоянии, существенно больше, чем при размагничивании обратным полем, поэтому увеличение остаточной намагниченности с увеличением внешнего поля будет в этом ансамбле больше, чем в ансамбле размагниченном обратным полем

Ход кривой 1<|(Н) для всех способов размагничивания одинаков, так как исходным состоянием является состояние магнитного насыщения в положительном поле Показано, что отклонения графиков Хенкеля положительны, если ^(Н) изменяется медленнее, чем ЦН)

Используя зависимости 1Г(Н) и 1а(Н) объяснено изменение знака отклонении графиков Хенкеля, построенных для ансамблей, имитирующих гистерезисное поведение быстрозакаленного образца системы Кс1-Ре-В и спеченного магнита 8тСо5 в высококоэрцитивном состоянии

Нт>Н„(1+ 1/А)

(1)

Для установления влияния степени кристаллической текстуры на вид графиков Хенкеля в высококоэрцитивный ансамбль ЗтСо5 и ансамбль Ш-Ре-В ввели равномерное распределение угла между легкой осью намагничивания и направлением приложенного поля Анализ поведения графиков Хенкеля исходного и изотропного ансамблей показал, что, разориентация легких осей намагничивания микрообъемов уменьшает положительные отклонения графиков Хенкеля

На рис 7 представлены графики Хенкеля, построенные для быстрозакаленных магнитов КсЬРенВ они имеют отклонения от аналитической зависимости Вольфарта Сравнение графиков Хенкеля, построенных для одного и того же ансамбля, но в разных предварительно намагничивающих полях (рис 7а и рис 76) показывает, что даже величина намагничивающего поля может оказывать влияние на ход графиков Хенкеля в материалах с переходной доменной структурой Это влияние может быть сведено к минимуму при намагничивании в больших полях

-1г(Н)М8 1 0 «1г(Н)/ив

а б

Рис 7 Графики Хенкеля, построенные для ансамбля, описывающего поведение быстрозакаленного образца системы Ыс1-Ре-В а - максимальное намагничивающее поле 1990 кА/м (25 кЭ), б - максимальное намагничивающее поле 3980 кА/м (50 кЭ)

В ЗАКЛЮЧЕНИИ диссертации сформулированы основные выводы по результатам проведенного исследования

1 Предложенная методика моделирования процессов перемагничивания в одноосных высокоанизотропных феррромагнетиках позволила визуализировать магнитное состояние микрообъемов материала и продемонстрировать роль магнитостатического взаимодействия в процессе перемагничивания материала

2 Показано, что процесс перемагничивания может осуществляться путем кооперативного перемагничивания микрообъемов с образованием «каналов перемагничивания»

3 Раскрыт механизм образования «каналов перемагничивания», как результат локального изменения намагниченности одного микрообъема, которое приводит к скачкообразному изменению поля магнитостатического взаимодействия и стимулирует последовательное перемагничивание целого комплекса микрообъемов («каналу перемагничивания»)

4 Проведен анализ влияния индивидуальных гистерезисных характеристик микрообъемов и их распределений {(коэрцитивности (Н0), поля насыщения (Hs), угла ориентировки микрообъема, зависимости Н0(Нт)} на механизм образования «каналов перемагничивания» Например, большие значения коэрцитивности микрообъема или его поля насыщения могут привести к прекращению роста «канала перемагничивания»

5 Продемонстрирована возможность образования первого зародыша с обратным направлением вектора намагниченности под влиянием магнитостатического взаимодействия образования Показано, что при малых значениях поля насыщения микрообъема под влиянием взаимодействия происходит образование комплексов микрообъемов, намагниченных в противоположном направлении по сравнению с приложенным внешним магнитным полем

6 Показана взаимосвязь степени кристаллической текстуры материала и механизмом образования «каналов перемагничивания», образовавшихся под влиянием магнитостатического взаимодействия

7 Показано, что отклонения графиков Хенкеля от аналитической зависимости Вольфарта для одноосных высокоанизотропных ферромагнетиков с переходной доменной структурой могут быть не связаны с наличием или отсутствием взаимодействия в материале и тем более с его природой Сформулированы условия положительного и отрицательного отклонения графиков Хенкеля для этих материалов

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1 Викторов В H, Лилеев А С, Интерпретация процессов перемагничивания в магнитотвердых материалах с помощью графиков Хенкеля, Приборы, № 2, 2006 стр 36-40

2 АС Лилеев, Ю Я Лилеева, Нгуен Ван Зыонг, В H Викторов, Структура порошков нитрида соединения Srr^Fen, полученных газобарическим методом, ИЗВЕСТИЯ высших учебных заведений ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, 2006, №3 стр 4548

3 Викторов В H , Глебов В А , Лилеев А С , Нефедов В С , Попова О И , Старикова А С , Графики Хенкеля для магнитотвердых магнитных материалов с переходной доменной структурой, ИЗВЕСТИЯ высших учебных заведений ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, 2006, №5, стр 39-42

4 AS Lileev, Yu Ya Lileeva, V N Viktorov, T V Gngorieva, R A Gngoneva, Simulation of Reversal Magnetisation Processes of SiTbFen^ Nitride, Proceedings of 18-th International Workshop on High Performance Magnets and their Applications, Annecy, France, 29aug-2 sept 2004, pp 450-458

5 В А Глебов, А С Лилеев, Э Н Шингарев, Ю Д Ягодкин, В Н Викторов, Наиокриеталлические материалы для постоянных магнитов, Труды V-ой Международной конференции "Электротехнические материалы и компоненты", (2025 сентября, 2004 г Крым, Алушта), 2004, стр 315-318

6 В Н Викторов, А С Лилеев, Ю Я Лилеева, А А Парилов, В Штайнер, Особенности применения пленочных постоянных магнитов из соединения NdiFe^B, Материалы III Российско-Японского семинара «Оборудование и технологии для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов» МИСиС -ULVACInc 12 апреля 2005 г

7 Викторов В Н , Лилеев А С , Моделирование формирования доменных структур в высокоанизотропных материалах типа NdjFe^B, Сборник трудов XX международной школы- семинара 12 июня - 16 июня 2006 г Москва, стр 479-481

8 TV Grigoreva К Khlopkov, A S Lilieev, Yu Ya Lileeva, V N Viktorov, К V Omelchenko, Abstracts, Structure and magnetic properties of Sm2Fei7 compound nitrides produced by gazobanc method, Joint European Magnetic Symposium Dresden, Germany, 5-10 September 2004, pp 134-135

9 Viktorov V N , Glebov A V , Glebov V A , Lileev A S , Nefedov V S , Popova О I, Books of Abstracts Moscow International Symposium on Magnetism, June 25-30, 2005, Moscow, pp 452

10 Викторов В H , Глебов В А , Глебов А В , Лилеев А С , Нефедов В С , Попова О И , Старикова А С , Интерпретация графиков Хенкеля для магнитных материалов nuclear типа, Тезисы XV Международной конференции по постоянным магнитам Суздаль 19-23 сентября 2005 г, стр 44-45

11 Lileev A S , Viktorov V N , The Henkel plots for magnetic materials hard with transition domain structure , Abstracts, III Joint European Magnetic Symposium, San Sebastian, 26-30 June, 2006, pp 72

Принято к исполнению 26'04'2007 Неношено 26'04'2007

Закт! №1340 ТирТЛ 100 жт

ООО «СМСЛ» IIIIII 7725533680 Москва 2й Кожевнический пер 12 +7(405) 255 70 60 www chcrrypic ru

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 .Перемагничивание высокоанизотропных материалов.

1.1.1. Механизмы перемагничивания.

1.1.2. Влияние исходного магнитного состояния.

1.1.3. Влияние величины намагничивающего поля на гистерезисные свойства.

1.2. Магнитостатическое взаимодействие в магнитотвердых материалах.

1.2.1. Моделирование взаимодействия.

1.2.2. Термическое намагничивание.

1.2.3. Особенность процессов перемагничивания в виде «каналов».

1.2.4. Образование кооперативных областей доменов взаимодействия.

1.2.5. Графики Хенкеля.

1.3 Постановка цели и задач.

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.1. Методика получения и свойства моделируемых сплавов.

2.2. Положения модели.

2.3. Учет магнитостатического взаимодействия в ансамбле.

2.4. Методика послойной визуализации магнитного состояния микрообъемов39 2.5 Методика построения векторов намагниченностей микрообъемов.

2.6. Алгоритм определения параметров модельного ансамбля.

2.7. Алгоритм построения Графиков Хенкеля.

2.8. Методика работы с программой.

2.8.1. Ввод параметров ансамбля.

2.8.2. Методика построения петель гистерезиса.

2.8.3. Построение графиков Хенкеля.

2.8.4. Дополнительные возможности программы моделирования.

2.8.5. Экспортирование данных расчета.

2.8.6. Методика работы с программой Analyzer.

2.8.7. Открытие файла данных и сохранение результата.

2.8.8. Просмотр параметров ансамбля и изображений намагниченностей микрообъемов.

2.8.9. Экспорт параметров микрообъемов.

2.8.10. Построение изображений.

3. ВЛИЯНИЕ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АНСАМБЛЯ И ЕГО СОСТОЯНИЯ НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МИКРООБЪЕМАМИ.

3.1. Создание модельных ансамблей взаимодействующих микрообъемов, описывающих поведение спеченных магнитов SmCos.

3.2. Послойное наблюдение магнитных состояний микрообъемов в процессе намагничивания и перемагничивания под действием магнитостатического взаимодействия.

3.3. Влияние исходного размагниченного состояния на частные петли гистерезиса и образование каналов намагничивания.

3.4. Влияние формы образца на величину магнитостатического взаимодействия.

3.5. Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ СВОЙСТВ МИКРООБЪЕМОВ АНСМБЛЯ И ИХ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.

4.1. Исследование влияния распределения микрообъемов по коэрцитивности

Hosat.

4.2. Исследование влияния распределения микрообъемов по параметру А.

4.3. Исследование влияния поля насыщения Hs.

4.4. Исследование влияния степени текстуры на магнитостатическое взаимодействие между микрообъемами.

4.5. Выводы.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГРАФИКОВ ХЕНКЕЛЯ В МАТЕРИЛАХ С

ПЕРЕХОДНОЙ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ.

5.1. Влияние способа размагничивания ансамбля однодоменных частиц на вид графиков Хенкеля.

5.2 Графики Хенкеля для материалов с переходной доменной структурой.

5.3 Влияние исходного магнитного состояния на вид графиков Хенкеля.

5.4 Влияние текстуры ансамбля на вид графиков Хенкеля.

5.5 Выводы.

В последнее время для улучшения магнитных свойств материалов интенсивно развиваются методы получения в них нанокристаллической микроструктуры. При этом благодаря высокому значению намагниченности насыщения и поля анизотропии особое внимание уделяется высокоанизотропным редкоземельным материалам системы Nd-Fe-B и Sm-Co. Перемагничивание быстрозакаленных и спеченных магнитов этих систем осуществляется по механизму зародышеобразования.

Основной причиной отличия расчетных и экспериментальных эксплуатационных свойств магнитов (остаточной намагниченности, коэрцитивной силы, энергетического произведения, кроме дефектности) считают взаимодействие в материале между микрообъемами.

Существующие методы выявления и оценки взаимодействия не лишены недостатков. Косвенная оценка взаимодействия в магнитных материалах с помощью наблюдения доменной структуры на поверхности, используя эффект Керра или магнитно-силовой микроскоп, довольна спорна, из-за отсутствия данных о доменной структуре в объеме массивных материалов. Использование отклонений графиков Хенкеля от теоретической кривой Вольфарта в качестве инструмента обнаружения взаимодействия в магнитных материалах с переходной доменной структурой, перемагничивание которых определяется трудностью зарождения домена обратной намагниченности, также является довольно неоднозначной.

Учитывая это, цель работы состояла в исследовании влияния магнитостатического взаимодействия на процессы перемагничивания в объеме высокоанизотропного одноосного материала, перемагничивание которого лимитируется трудностью образования зародышей обратной намагниченности, в зависимости от степени текстуры, исходного размагниченного состояния материала, формы микрообъемов.

Для достижения поставленной цели разработано программное обеспечение и методики моделирования, позволяющие определять величину магнитостатического поля взаимодействия, визуализировать магнитное состояние микрообъемов в объеме материалов, перемагничивание которых лимитируется трудностью образования зародышей обратной намагниченности. Исследовано влияние исходного магнитного состояния, распределения полей насыщения микрообъемов, распределения микрообъемов по коэрцитивности и степени текстуры на магнитостатическое взаимодействие между микрообъемами при намагничивании и размагничивании. Также проведен анализ факторов, влияющих на ход графиков Хенкеля в полном объеме, включая учет распределения микрообъемов по коэрцитивности, способа размагничивания материала и степени кристаллической текстуры.

Разработанное программное обеспечение и методики позволили установить причины и закономерности коллективного перемагничивания микрообъемов под действием магнитостатического поля в рассматриваемых материалах. Показано, что отклонения графиков Хенкеля, построенных для материалов с переходной доменной структурой, не несут адекватной информации о характере взаимодействия микрообъемов в материалах систем Nd-Fe-B и Sm-Co.

Кроме этого, разработанные методики моделирования и их программное обеспечение позволяют проводить анализ влияния исходного магнитного состояния и технологических параметров при получении магнитных материалов на характер магнитостатического взаимодействия между микрообъемами.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

5.5 Выводы

1. Отклонения графиков Хенкеля от аналитической зависимости Вольфарта, построенных для материалов с переходной доменной структурой, не несут информации о наличии или отсутствии взаимодействия в материале и, тем более, о его природе.

2. Отрицательное отклонение графиков Хенкеля от зависимости Jd = 1- 2-Jr в ансамбле микрообъемов с переходной доменной структурой наблюдается в случае, когда коэрцитивность микрообъемов HosaI меньше внешнего поля необходимого для необратимого намагничивания микрообъема: Hosat < Hs(l+1/A). Положительное отклонение в ансамбле микрообъемов с переходной доменной структурой наблюдается в случае, когда коэрцитивность микрообъемов больше поля необходимого для обратимого перемагничивания микрообъема: Hosat > Hs(l+1/A).

3. Отсутствие текстуры в материалах с переходной доменной структурой уменьшает положительные отклонения графиков Хенкеля, построенных с одинаковым максимальным намагничивающим полем. Увеличение максимального намагничивающего поля при построении графиков Хенкеля в изотропном ансамбле приводит к качественному совпадению их с графиками Хенкеля текстурованного ансамбля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа посвящена исследованию особенностей процессов перемагничивания, вызванных магнитостатическим взаимодействием, в реальных спеченных постоянных магнитах SmCos с различным уровнем коэрцитивной силы и быстрозакаленных порошковых магнитов системы Nd-Fe-B. На основе феноменологической модели перемагничивания, представляющей материал как ансамбль микрообъемов с переходной доменной структурой, разработана методика моделирования и соответствующий программный комплекс. Программный комплекс позволил моделировать магнитное состояние микрообъемов на поверхности и в объеме ансамбля. Обнаружено явление скачкообразного, в фиксированном внешнем поле, намагничивания до насыщения нескольких соседних микрообъемов под действием поля магнитостатического взаимодействия. Образования из нескольких микрообъемов, намагниченных до насыщения, полученых при намагничивании называют «каналами намагничивания», при перемагничивании - «каналами перемагничничивания». На модельных ансамблях, описывающих гистерзисное поведение реальных материалов, исследована роль исходного размагниченного состояния и формы образца при образовании «каналов» намагничивания и перемагничивания. Проведен анализ условий образования каналов в зависимости от параметров распределений коэрцитивности, формы микрообъемов и совершенства текстуры. Используя экспериментальные данные, полученные для исследуемых материалов, построены графики Хенкеля. С помощью модельных ансамблей исследованы отклонения графиков Хенкеля от аналитической зависимости Вольфатра. По результатам проведеных исследований сформулированы следующие основные выводы:

1. Предложенная методика моделирования процессов перемагничивания в одноосных высокоанизотропных феррромагнетиках позволила визуализировать магнитное состояние микрообъемов материала и продемонстрировать роль магнитостатического взаимодействия в процессе перемагничивания материала.

2. Показано, что процесс перемагничивания может осуществляться путем кооперативного перемагничивания микрообъемов с образованием «каналов перемагничивания».

3. Раскрыт механизм образования «каналов перемагничивания», как результат локального изменения намагниченности одного микрообъема, которое приводит к скачкообразному изменению поля магнитостатического взаимодействия и стимулирует последовательное перемагничивание целого комплекса микрообъемов («каналу перемагничивания»).

4. Проведен анализ влияния индивидуальных гистерезисных характеристик микрообъемов и их распределений {(коэрцитивности (Н0), поля насыщения (Hs), угла ориентировки микрообъема, зависимости Н0(Нт)} на механизм образования «каналов перемагничивания». Например, большие значения коэрцитивности микрообъема или его поля насыщения могут привести к прекращению роста «канала перемагничивания».

5. Продемонстрирована возможность образования первого зародыша с обратным направлением вектора намагниченности под влиянием магнитостатического взаимодействия образования. Показано, что при малых значениях поля насыщения микрообъема под влиянием взаимодействия происходит образование комплексов микрообъемов, намагниченных в противоположном направлении по сравнению с приложенным внешним магнитным полем.

6. Показана взаимосвязь степени кристаллической текстуры материала и механизма образования «каналов перемагничивания», образовавшихся под влиянием магнитостатического взаимодействия.

7. Показано, что отклонения графиков Хенкеля от аналитической зависимости Вольфарта для одноосных высокоанизотропных ферромагнетиков с переходной доменной структурой могут быть не связаны с наличием или отсутствием взаимодействия в материале и тем более с его природой. Сформулированы условия положительного и отрицательного отклонения графиков Хенкеля для этих материалов.

1. Gabay A.M., Lileev A.S., Menushenkov V.P.//J.Physies Reviews. 1996. - V.18. - Part2. p.1-31.

2. Лилеев A.C., Мельников С.A. // Электротехника. 1989. -№11.- c.26-31.

3. Лилеев A.C., Мельников С.А., Самсонова М.Б. // Магнитные материалы. М. Металлургия. - 1985. - с. 15-23.

4. Лившиц Б.Г., Лилеев А.С., Мельников С.А., Толпыго И.В. // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1981. -№5. -с.99-104.

5. Лилеев А.С., Мельников С.А., Абальян Т.В. , Красиков К.К. // Магнитные материалы. М. Металлургия. - 1985. - с. 23-29.

6. Asti G., Rinaldi S. // J. Appl. Phys. 1974. - v. 45. - №8. - P. 3600-3610.

7. Fidler I., Shalikcy P. //Internat. Workshop on Rare. Earth Permanent Magnets Baden-Wien, Austria. 1992.

8. Пейтель Е.И., Попов А.Г., Майков В.Г. и др. // ФММ. 1983. - т. 56. - вып. 6. - с. 1108-1117.

9. Лилеев А.С., Мельников С.А., Менушенков В.П., Сеин В.А. // Изв АН СССР. Металлы.- 1988.-№5.-с. 165-168.

10. Becker J.J. // J. Appl. Phys. 1967. - V. 38. - №3. - P. 1015-1017

11. Самсонова М.Б., Лилеев А.С. Описание магнитного гистерезиса в модели независимых доменов. -М.: МИСиС отчет № 81046238.- 1984.-е. 172.

12. Шур Я.С. // ФММ. 1967. - т. 24. - вып. 5.-е. 868-881.

13. Kandaurova G. S., Deryagin A.V., Lagutin А.Е // Phys. stat. sol. (a). 1975. - V. 27. - P. 429-440.

14. Bachmann K. // IEEE Trans. Magn. 1971. - V. 7. - №3. - P. 647-650.

15. Ulyanov A.I., Deryagin A.V., Kandaurova G. S. // Phys. stat. sol. (a). 1974. - V. 26. -№12. - P. K167-K170.

16. Ермоленко A.C., Королев A.B. // ФММ. 1973. - т. 36, вып. 1.-е. 52-59.

17. Searle C.W., Frederick W.G.D., Garrett H.J. // IEEE Trans. Magn. 1973. -V. 9. - №3. -P. 164-167/

18. Гасс В.Г., Шур Я.С., Глазер A.A. // ФММ. 1974. - т. 43, вып. 1. - с. 217-219.

19. Zijlstra Н. // J. Appl. Phys. 1971. - V. 42. - №4. - P. 1510-1515.

20. Decker J.J. //. Appl. Phys. 1968. - V. 39. - №2. - P. 1270-1271.

21. Heberer J.P. Performances et technologie de fabrication des aimants cobalt-terres rares // 5-eme Cyele journees aimants perman. Paris. - 1973.

22. Казаков А.А, Дерягин А.В., Кудреватых В., Реймер В.А. // ФТТ. 1974. - Т. 16 -№12. -С. 3732-3734.

23. Ульянов А.И., Дерягин А.В., Мишин Д.Д. // ФММ. 1973. - т. 35, вып. 5. - с. 10941096

24. Handstein A., Schneider J., Heinecke U.//J. de Phys. C8 1998. - v.49. - №12, - p.623-628.

25. Hirosawa S., Sagawa M.//J.Magn.Magn.Mater. 1987. - v.71. - №l.L.l

26. Haber J.P. // 5-eme Cyele journees aimants perman. Paris. - 1973.

27. Lemaire H. // Rev. Phys. Appl. 1974. - v. 9. - №9. - p. 819-827.

28. Лукин A.A., Левандовский B.B. // ФММ. 1983. - с. 30-45.

29. Лилеев А.С. Процессы перемагничивания промышленных постоянных магнитов из одноосных высокоанизотропных сплавов редкоземельных металлов: Дис. док. физмат. наук. Москва. 1988.

30. Габай A.M., Лилеев А.С., Мельников С.А., Менушенков В.П. // Изв.Вузов. Черная металлургия. -1991. №9. - с.72-75.

31. Габай A.M., Лилеев А.С., Мельников С.А., Менушенков В.П. // Изв.Вузов. Черная металлургия. -1990. -№1.-с.61-63.

32. Givord D., Tenaud P., Viadieu Т. // J. Appl. Phys. 1986. - v. 60. - №9. - P. 3263-3265.

33. Лилеев A.C., Разумейко Б.Г., Скоробогатова H.A., Штейнер В. // Влияние исходного магнитного состояния на ход полевых зависимостей гистерезисных свойств магнита, Изв. ВУЗов. Черная металлургия. № 3. - 2002.

34. Kronmuller Н., Dust K.-D., Hock S., Martinek G. // J. de Phys. C8 1998. - v. 49. -№12.-p. 623-628.

35. Кандаурова Г.С., Шур Я.С. // Изв. АН СССР, Сер. физич. 1972. - 36. - N7. - с. 1591-1595.

36. Lileev A.S., Steiner W. // Phys. Stat. Sol.(a).- 1977. v.40. - p. 125.

37. Bertram H. N., Mallfnson J. C. Theoretical Coercive Field for Interacting Anisotropic Dipole Pair of Arbitrary Bond Angle. — J. Appl. Phys. 1969. - 40. - № 3. - p. 1301 — 1302.

38. Bertram H. N. Mallinson J. C. Switching Dynamics for an Interacting Anisotropic Dipole Pair of Arbitrary Bond Angle. // J. Appl. Phys. 1970. - 41 - № 3. - p. 1102—1104.

39. Jacobs I. S., Bean С P. An Approach to Elongated Fine-Particle Magnets.// Phys. Rev., 1955. 100. - № 4. - p. 1060—1067.

40. Brown W. F. Failure of the Local-Field Concept for Histeresis Calculations // J. Appl. Phys. 1962. - S33. - № 3. - p. 1308—1309.

41. Bate G. Recording Materials. // Ferrom. Mater. Handb. Prop. Mang. Ordered Subst. — Amsterdam. 1980. - 2. - p. 447—450.

42. Neel L. // Compt. Rend. 1947. - 225. - p. 109.

43. Aharoni A. // J.Appl. Phys. 1959. - 30. - №4. - p. 709.

44. Luborsky F.E., a.o. // J. Appl. Phys. -1957. 28. - №3. - p. 334

45. Baran B. // Technishe Mitteilnng Krupp. 1959. - v. 17. - №3 - p. 150.

46. R.H. de Waard. // Philosophical Magazin. 1927. - S7. - 4. - №23. - p.641.

47. Falk R.B., Hooper G.D., Studders R.J. // J.Appl. Phys. 1959. - 30. - p.132.

48. Stranbal R., Robaschink D. // Phys.stat. sol. 1966. - 16. - 237.

49. Braun W.F. // J.Appl. Phys. 1962. - 33. - p. 1308.

50. Li D., Strnat K.J. //J. Appl. Phys. 1985. - v.57. - No.l. - p.4143-4145.

51. Livingston J.D. // Phys. stat. sol. (a).- 1973. v.18, No.2. - p.579-588.

52. McCurrie R.A., Mitchell R.K. // IEEE Trans. Magn. 1975. - v.ll. - No.5. - p.1408-1413.

53. Hadjipanayis G.C., Lawless K.R., Dickeron R.C. // J. Appl. Phys. 1985. - v.57. - No.l. -p.4097-4099.

54. Pastushenkov J., Forkl A., Kronmtller H. // J. Magn. Mater. 1991. - V. 101.- p. 363366.

55. Bertram H.N., Bhatia A.K. // IEEE Trans. Magn.- 1973.- v.9, No.2.- p.127-133.

56. Pastushenkov J., Durst K.-D., Kronmuller H. // Phys. Stat. Solidi (a). 1987.- V. 104.- p-487-495.

57. Sagawa M., Fudjimura S., Togawa et.al. // J Apll. Phys. 1984. - v.55. - №6. - p.2083-2087.

58. Handstein A., Muller K.-H., Schneider J. et.al. // Asta Physica Polonica. 1989. - v. A76. - №2. - p.225-228.

59. Heineke U., Handstein A., Schneider J., Nothnagel P. // Acta phys. Polonica.- 1989.- V. A76.- p. 213-217.

60. Gabay A.M., Lileev A.S., Menushenkov V.P. // J. Magn. Mater. 1992.- V. 103.- p. 151 — 156.

61. Thurlings L., Kitzen W. // IEEE Trans. Magn.- 1980.- v.16. No.l.- p.53-55.

62. Christoph V., Elk K. // J. Magn. Magn. Mater.- 1988.- v.74. No.2.- p.143-148.

63. Elk К., Christoph V. // Phys. stat. sol. (b).- 1990.- 167 -v. 159. - No.2.- p.Kl 11-K115.

64. Fukunaga H., Fukuda T. // Jap. J. Appl. Phys. 1990. - v. 29. - №9. - p. 1711-1716.

65. Rekveldt M.Th., Rosman R. // J. Magn. Magn. Mater.-1991.- v.95.- p.221-230.

66. Hughes G.F. // J. Appl. Phys.- 1983.- v.54, No.9.- p.5306-5313.

67. Liberates A. // J. Magn. Magn. Mater.- 1985.- v.51, No.1-3.- p.190-198.

68. Aharoni A. // IEEE Trans. Magn.- 1986.- v.22, No.5.- p.478-483.

69. Eldridge D.E. // J. Appl. Phys. Suppl. 1961. - v.32. - №3. - p. - 247-249.

70. Gronefeld M., Kronmtller H. // J. Magn. Magn. Mater.- 1989.- v.80.- p.223-228.

71. Blank R. // J. Magn. Magn. Mater.- 1990,- v.83.- p.192-194.

72. Mai Lu, Paul J Leonard. //J. Phys.:Condens. Matter. -2002. 14. - p. 8089-8101.

73. Brawn W F., Labonte A E // J. Appl. Phys. 1965. - 36. - p.1380.

74. Лившиц Б.Г., Лилеев A.C., Меиушенков В.П. «Обратимость магнитных свойств спеченных постоянных магнитов из соединения SmCos». // Изв. АН СССР, «Металлы». 1976. - №4. - р. 161.

75. Зайцев А. А., Лилеев А.С. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1989. - №11.

76. Nesbil 1 Е. A., Williams Н. J. Mechanism of Magnetization in Ainico V. // Phys. Rev. -1950.-80.-p. 112—113.

77. CraiK D. J., Isaac E. D. Magnetic Interaction Domains. // Proc. Phys. Soc. 1960. - 76. -p. 160—162.

78. Williams H.J., Sherwood R.C. // J. Appl. Phys. 1957. - v. 28. - p. 548.

79. Craik D.J., Lane R. // Brit. J. Appl. Phys. 1967. - v. 18. - p. 1269-1274.

80. Шур Я. С, Лужинская М. Г. Доменная структура монокристаллов сплава альнико, находящихся в различных структурных состояниях. // Изв. АН СССР, сер. физ. -1966. 30,. -№ 6. - с. 1022—1029.

81. Лужинская М. Г., Пузанова Т. 3., Шур Я. С. Изменение вида доменной структуры монокристаллов высококоэрцитивного сплава альнико при перемагничивании. // ФММ. 1967. - 23. - вып. 3. - с. 495—503.

82. Лужинская М. Г., Пузанова Т. 3., Шур Я. С. Наблюдение доменной структуры высококоэрцитивного сплава альнико при помощи магнетооптического эффекта Керра. // ФММ. -1968. 25. - вып. 1.-е. 191 —192.

83. Лужинская М. Г., Пузанова Т. 3., Кралина А. А., Шур Я. С. О порошковых осадках на высококоэрцитивных монокристаллах сплава альнико. // ФММ. 1968. - 25. -вып. 2. - с. 278—288.

84. Лужинская М. Г., Яговкина Н. Н., Пузанова Т. 3., Шур Я. С. Изменение вида доменной структуры сплавов альнико и викаллой ил частных циклах гистерезиса. //

85. ФММ. 1971. - 32. - вып. 5. - с. 953—960.

86. Лужинская М. Г. // ФММ. 1973. - 36. - вып. 1.-е. 201—205.

87. Лужинская М. Г., Шилова Н. Ф.// ФММ. 1976. - 41, вып. 4. - с. 769-774.

88. Лужинская М. Г. // ФММ. 1976. - 41. - вып. 6. - с. 1196—1200.

89. Лужинская М. Г. // ФММ. 1977. - 44. - вып. 5. - с. 996—1004.

90. Лужинская М. Г., Шилова Н. Ф., Шур Я. С. Домены взаимодействия в высококоэрцитивных сплавах, обработанных в магнитном поле различной ориентации. // ФММ. -1978. 45. - вып. 5. - с. 1113—1115.

91. Лужинская М. Г. // ФММ. -1982. 54. - вып. 4. - с. 663—667.

92. Яговкина Н. Н., Лужинская М. Г., Шур Я. С. Наблюдение доменной структуры на растянутых образцах высококоэрцитивного сплава викашюй. // ФММ. -1967. 23. - вып. 3. - с. 487-494.

93. Яговкина Н. Н., Лужинская М. Г., Шур Я. С. Доменная структура растянутых образцов сплава викаллой, находящихся в различных структурных состояниях. // ФММ. -1968. 25. - вып. 3. - с. 439—444.

94. Лужинская М. Г., Яговкина Н. Н., Шур Я. С. // ФММ. 1971. - 31. - вып. 5. - с. 1095—1096.

95. Лужинская М. Г., Шилова Н. Ф., Шур Я. С. // ФММ. 1984. - 57. - вып. 4. - с. 821824.

96. М.Г. Лужинская, Домены и магнитостатическое взаимодействие однодоменных образований в магнитотвердых сплавах. ФММ. - 1986. - 61. -вып.4. - стр. 718-727.

97. Ермоленко А. С. Магнитный структурный анализ высококоэрцитивного сплава альнико. — ФММ, 1964, 17, вып. 1, с. 31—39.

98. Crew D.C., Lewis L.H., Panchanthan V. // J. Magn. Mat. 1996. - 159. - p. 109.

99. Folks L.,. Street R, C.Manwaring et.al. // Eight International symposium on Magnetic Anisotropy and Coiecitivy in RE-TM Alloys, Birmingham. -1994. p. 135.

100. Mishra R.K. // J.Appl.Phys. 1987. - 62. - p. 967.

101. Volkov V.V., Yhu Y.//J. Magn. Magn. Mat.- 2000.-214.-p.204.

102. Mishra R.K., Panchanathan V., Croat J.J. // J.Appl.Phys. -1993. 73. - p. 6470.

103. Kirchner A., Thomas J., Gutfeisch O., Hinz D., Muller K.-H., Chultz L. // J.Alloys. Сотр. 2004. - 365. - p. 286.

104. Henkel O.// Phys. Statis Solidi. 1964. - V. 7. - P. 919.

105. Wolfarth E.P.// J.Appl. Phys. 1958. - V. 29. - P. 595.

106. Johnson C.E., Brown W.F. // J.Appl.Phys. 1958. - 29. - p. 313.

107. Stoner E.C., Wohlfarth // Phil. Trans. R. Soc. A 240. 1948. - 599.

108. Kneller B. F., Hawig R. // IEEE Trans. Magn. 1991. - V. 27.- P. 3588

109. Голубенко 3.B., Камзин А.С.и др. // Физика твердого тела. 2002. - том 44. -вып. 9.

110. Spratt G.W.D., Bissell P.R., Chantrell R.W., Wohlfarth E.P. // J. Magn. Magn. Mat.-1988.-75.-p. 309

111. Pinkerton F.E. // IEEE Trans.Magn. MAG-22 1986. - P. 922

112. Veitch R.J.//IEEE Trans.Magn.- 1991.-V. 26.-P. 1876.

113. Fearson M., Chantrell R.W., Wohlfarth E.P. // // J. Magn. Magn. Mat. 1990. -86.-p. 197.

114. Stefan Thamm, Jurgen Hesse J. // Magnetism and Magnetic Materials. 1996. -V. 154 P. 254-262.

115. Masheva V., Geshev J., Mikhov M. // // J. Magn. Magn. Mat. 1994. - 137. - p. 350.

116. Geshev J., Masheva V., Mikhov M. // IEEE Trans.Magn. 1994. - V. 30. - P. 863.

117. Allen P.D., T.G.St.Pierre, Street R., // J. Magn. and Magn. Mater. 1998. - V. 177.-P. 1459-1460.

118. Garcia-Otero J., Porto M., and Rivas J.// J.Appl.Phys. 2000. - V. 87. - P. 7376.

119. Harrell J.M. Wang S., Fujiwara H. // J.Appl.Phys. 2002. - V. 91. - P. 8605.

120. Folks L., Street R., Woodward R. // J.Appl.Phys. 1994. - V. 75. - P. 6271.

121. Pinkerton F.E., Van Wingerden D.J. // J.Appl.Phys. 1986. - V. 60. - P. 3685.

122. Pinkerton F.E. // J.Appl.Phys. 1986. - V. 83. - P. 5427.

123. Gaunt P., Hadjipanais G., Ng // J. Magn. Magn. Mat. 1986. - 841. - p. 54-57.

124. Chang W. C., Wu S. H„ Ma В. M., Bounds С. O. and Yau S.Y. // J.Appl. Phys. -1998.-V. 83.-P. 2147.

125. Zhou J., Skomski R., and Sellmyer D.J. // J.Appl. Phys. 2003. - V. 93. - P. 6495.

126. Schneider J., Eckert D., e.a. // Materials Lett. 1990. - 9. - p.201.

127. Mayo P.I., Erkkila R.M., Bradubury A. IEEE Trans.Magn. 1990. - V. 26. - P. 1894.

128. El-Hilo M„ O'Grady et.al. // IEEE Trans.Magn. 1991. - V. 27. - P. 4666.

129. O'Grady, El-Hilo M., Chantrell R.W. // IEEE Trans.Magn. 1993. - V. 29. - P. 2608

130. Сафронов Б.В., Глебов В.А., Иванов С.И., Шингарев Э.Н. //Известия АН. Металлы, №1,1996, с.87-94

131. Глебов В.А., Горстин В.Ю., Иванов С.И., Сафронов Б.В., Кумков Ю.А., Шингарев Э.Н.// Патент РФ №2111088

132. Габай А. М. Гистерезисные свойства редкоземельных постоянных магнитов и их связь с процессами перемагничивания микрообъемов: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.- М., 1994.-180 с.

133. Coey J.M.D., Smith P.A.I. // J. Magn. Magn. Mat. 2000 (1999) - p. 405 - 424.