Магнитоупругие и магнитомеханические свойства высокомагнитострикционных РЗМFе2-соединений

• Автор: Долгих, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 149 c. : ил

Актуальность проблемы. Механические упругие напряжения наряду с магнитным полем являются одним из важнейших факторов способных значительно менять магнитную структуру ферромагнетиков и тем самым управлять их магнитными и упругими свойствами.
Дополнительная механострикционная деформация, возникающая в магнитострикционном материале при перестройке его магнитной структуры под действием упругих напряжений, обуславливает такие магнитомеханические свойства как дефект модуля, магнитомеханический гистерезис и внутреннее трение. Их детальное изучение возможно
лишь при тщательном изучении механострикционной деформации Лт
личина Д для классических ферромагнетиков составляет 10 -ТО ( магнитострикция насыщенияА6— ТО“**), а гуковская деформация £ - ТО-3 * ТО-4. При таком соотношении величин £ и Ат деформационные зависимости £ (б ) при напряженности магнитного поля Н равном нулю и полю насыщения Н$ трудно различимы, не говоря уже о промежуточных значениях Н. В лучшем случае удается замерить лишь максимально возможную величину механострикции. Поэтому экспериментальное изучение магнитомеханических свойств классических магнетиков с помощью прямых методов ( сжатие, растяжение) практически очень затруднено, а порой невозможно.
Это в свое время и определило методологический подход к изучению магнитомеханических свойств, а именно косвенные динамические методы, использующие не значительные по величине и переменные по знаку упругие напряжения ( ультразвук, резонансные методы, крутильные колебания). Эти методы обладают рядом недостатков и пожалуй главные из них это невозможность достоверного изучения механострикционной деформации в материале вообще и магнитомеханических свойств в зависимости от знака произведения Л$б , который, как известно, определяет характер протекания механострик-

ционного процесса в материале.
В результате, к настоящему времени: I) механострикция от величин б и И экспериментально не изучена, а существующие теории не имеют подтверждения; 2) модуль упругости (дЕ эффект ) изучается с помощью динамических методов. При этом в материале одновременно или поочередно реализуются зоны сжатия и растяжения,
^ где произведение Л^б меняет знак. Однако, согласно теории, механострикция ( а значит и модуль) в этих двух случаях качественно и количественно различно зависит от величин Н и б . Следова-тельно, динамические методы позволяют измерять лишь , усреднен-ный по всему объему образца модуль упругости, а это затрудняет интерпретацию полученных результатов. Изучение дефекта модуля отдельно для Л3б>0 и Л3б<0 возможно лишь с помощью прямых методов ( сжатие, растяжение) ; 3) магнитомеханический гистерезис в зависимости от величин б , Н также изучен недостаточно, а вопрос его исследования с помощью статических б , то есть при различных знаках произведения Луб вообще не ставился.
Таким образом, исследование деформационных кривых б(б)н- ■соп&Ь высокомагнитострикционннх материалов отдельно дляЛ$б>0 и Л5б<0 представляет значительный интерес для изучения их магнитомеханических свойств и дальнейшего развития теорий механострикции и д Е эффекта.
Огромная магнитострикция £Ре2 соединений, почти на два порядка превышающая стрикцию классических ферромагнетиков, позво-J ляет, применяя статические упругие напряжения, с достаточной достоверностью получить семейства деформационных С(^)[] = соп&Ь и механострикционных Лт (б)^ _ соаъ-Ь кривых, изучить зависимость механострикции и модуля упругости от величин б и Н отдельно для Л3б >0 и Л$б <0 и исследовать магнитомеханический гистерезис этих материалов от величин б , Н, Нс и его
поведение от знака произведения.
Целью работы является экспериментальное изучение магнитомеханических свойств высокомагнитострикционных RFe2 соединений, а также влияние упругих напряжений на их магнитные и магнитоупругие свойства, направленное на дальнейшее развитие теории магнитомеханических явлений в ферромагнетиках и выявление возможностей применения их в качестве магнитоупругих преобразователей и датчиков.
Научная новизна: - используя метод чистого сжатия на примере RFe2 соединений проведено впервые отдельно ДЛЯ Я50>ОиЛ3б<0 комплексное исследование магнитомеханических свойств магнитострик-ционных материалов;
- получены впервые семейства механострикционных зависимостей
Ящ (&) Н = ■const отДельно Для Л3б > 0 и As6<0 ; проверена справедливость существующих теорий; впервые экспериментально доказано качественное различие зависимостей ^т(^) [ = COnst Для Я^б >0
И <■ 0 ;
- исследование модуля магнитострикционных материалов прямым методом позволило впервые выделить отдельно ДЛЯ Я$б >0 И Лр<0 два различных механизма уменьшения модуля с ростом поля; экспериментальные закономерности Е(Н) б = const в зависимости от знака
я б позволяют более достоверно интерпретировать результаты, по-

лученные с помощью динамических методов исследования;
-У RFe, соединений обнаружена огромная величина остаточной деформации обусловленная необратимостью перестройки магнитной структуры; экспериментально установлена взаимосвязь £ с коэрцитивной силой Нс и ее (£г) зависимость от поля и нагрузки отдельно для Лр >0 И < 0 . Это позволило определить возможности использования RFe£ соединений в качестве чувствительных элементов в запоминающих датчиках ударной нагрузки.
-5°
тенсивно, чем объем с векторами , направленными по полю, поскольку последние стабилизированы магнитным полем. С дальнейшим увеличением упругих напряжений, в силу увеличения их энергии и уменьшения концентрации магнитных фаз с векторами С(, , направленными против И , более интенсивно идет уменьшение объема фаз с намагниченностью, направленной по полю. Это приводит к уменьшению положительного приращения намагниченности, причем чем больше вели чина приложенного поля, тем при меньшей нагрузке заканчивается положительное приращение намагниченности и начинается ее уменьшение. Начиная с величины магнитного поля 20 кА/м, действие б при водит только к уменьшению намагниченности ( кривые 3-7).
Кривая I рис.3.3. показывает, что при приложении и снятии сжимающей нагрузки на образец, находящийся в магнитном поле, наблюдается гистерезис, в результате которого после снятия нагрузки намагниченность материала становится значительно больше, чем до нагружения. Изменение величины от поля, в котором происходило нагружение, имеет зависимость, показанную на рис.3.3. ( кривая 8 ). Существование большого гистерезиса зависимости А ^ (б) в начальной области магнитного поля объясняется, по-видимому, наличием в материале перед нагружением некоторого объема магнитных фаз с векторами , направленными против поля. Под действием ежи мающей нагрузки вектора намагниченности этих магнитных фаз переориентируются в направления легких осей намагничивания, составляю щих наименьший угол с плоскостью перпендикулярной оси приложения б , а при снятии последней либо остаются в том же направлении, что и при воздействии б , либо повернутся в направления ОЛН, составляющих наименьший угол с направлением поля. В обеих случаях будет иметь место увеличение намагниченности образца. С увеличением поля объем магнитных фаз с векторами , направленными против поля перед нагружением образца, будет уменьшаться, следова-