Способ определения констант магнитной анизотропии

Способ определения констант магнитной анизотропии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((() 720347

Союз Советских

Со@ивттистмиесиих

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 20.12.77 (21) 2557580/18 — 25 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5))М. Кл.

G 01 N 27/72

Геоудератевнныб комитет ао делам изобретений н отнрнтнй

Опубликовано 05.03 80. Бюллетень М 9

Дата опубликования описания 05.03.80 (53) УДК621317 (088.8) {?2) Авторы изобретения

10. П. Лобастов и В. И. Пушкарский

Уральский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А, М. Горького (?l) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТ

МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ

Изобретение относится к способам измерения магнитных свойств ферромагкитных материалов и может быть использовано для определения констант магнитной анизотропии мапп: томягких многоосных материалов.

Известен способ определения констант магнитной анкзотропии (1) путем измерения кривых вращающего момента, действующего на образец в магнитном поле, при изменении угла между направлением магнитного поля и осью легкого намагничивания.

При измерении констант магнитной акизотропии этим способам требуются предварительная рентгеновская ориентация монокристаллов, значительные магнитные поля при измерениях.

Ошибка определения величины констант магниткой акиэотропии составляет 10-30%.

Наиболее близким к предложенному является способ определения констант магнитной анизотропии по кривым вращающего момента (2), действующего на образец при изменении угла между направлением внешнего магнитного поля и осью легкого намагничивания

1метод механических моментов). Для реализашш способа предварительно ориентированный ферромагнитный кристалл в форме шара клк эллипсокца вращения помещают в магнитное поле на упругом подвесе и намагничивают этим полем до насыщения. Вслучае,,если направление магнитного поля ке совпадает ки с одним иэ главных крнсталлографических направлений в кристалле, на образец действует вращающий момент. Чтобы удержать кристалл в прежнем положении, к нему нужно приложить равный по величине и противоположный по направлению механический момент, который создают, например, упругой пружиной. Если поле находится в плоскости упругого подвеса, то величина первой константы К анизотропии определяется из в ыражения

„=>>/ т е, где M — механический момент, действующий на образец;

Ч вЂ” угол между направлением поля и осью (100) .

В случае необходимости определения второй константы магнитной анизотропии К> описы7 20347

rpe

3 ваемым способам на образцах в форме шара следует переориентировать образец ва внешнем поле таким образом, пабы внешнее поле находилось в плоскости (110) манакристалла.

Если иссле>туемь>й образец имеет форму эллипсоида вращения (диска), то для определения К необходимо наличие второго образца с плоскостью (11> .>).

Недостатками этого способа являются, большая погрешность измерений (10 — 15 % для !

О

К„и 15 — 30% для K ); использование больших по величине магнитных полей (20 — 30 На, где На — поле анизотропии материала); необходимость определения упругих констант подвеса, а также необходимость точной о(эиенгации кристалла во внешнем поле во всех трех измерениях и длительность измерений.

Цель изобретения — повышение точности определения констант магнитной анизстропии и снижение напряженности магнитного поля, необходимого для измерений.

HJI>r достижения поставленной цели образец намагничивают последовательно вдоль каждого из трех главных направлений и для каждого из них определяют величину напряженности 25 внешнего магнитного поля, при которой перпендикулярная внешнему полю и плоскости образца составляющая магнитной индукции образца достигает максимума, а величину констант магнитной анизотропии находят из выра- ЗО жений:

-> — намагниченность насыщения

S материала; си<1 >>ю> Я

Н H >> — величины напряженностей магнитв s 9 ных полей, при которых перпендикулярная составляющая индукции достигает максимальных значений для соответствующих кристаллографических направлений (111), (110) и (100), а b, с — постоянные коэффициент»>.

1, 1 9 3 Ъ

cl =О Ь= — c=- — я = — Ь=- — с,=- — т4> т 2> а 4i для трехосных ферромагнетиков, а=1 Ь о с =-1 Cl =4 Ь =-2 с.--Е л л для четырехосных ферромагнетиков.

С целью повышения точности измерений, а также увеличения скорости измерении, иа медленно возрастающее при намагничивании внешнее поле накладывают малое переменное магнитное поле, а величину внешнего поля, соответствующую максимальному значению перпендикулярной составляющей индук>ц>и образца, фиксируют по моменту обран>ения в нуль переменной части этой составляющей.

Определение констант магнитной анизатрапии производится следуюп>им образом. Монокристаллический ферромагнитный образец, имеюп>ий форму диска с плоскостью (110), помещают в намагничивающее устройство таким образом, чтобы внешнее магнитное поле было параллельно плоскости диска. Над поверхностью образца устанавливают датчик магнитной индукции, например, датчик Холла, подключенный ко входу измерительного прибора. Датчик устанавливается таким образом, чтобы он фиксировал перпендикулярную составляющую индукции В При этом местоположение датчика на поверхности образца может быть произвольным, на должно сохраняться при переходе от одного кристаллографического направления к другому. Лалее при намагничивании образца вдоль главнь>х направлений монокристалла (100), (110) и (111 . снимают зависимости Bh (H), после чего графически определяют значения палец Н "", H -" Н

» при которых B достигает своих максимальных значений. Подставляя эти значения в формулы (1), (2), получают константы аниэатропии и К

Момент перехода и„через максимальное значение соответствует моменту исчезновения доменной структуры в образце, т.е. состоянию максимальной неоднородности намагничивания образца по объему.

Относительная ошибка измерений констант анизотропии предложенным способам составляет 5% для К, и 8% для К .

Для повышения точности измерений и ускорения измерений предварительно размагниченный образец намагничивают медленно возрас-:аюшим внешним полем Н, на которое наклалываетс малое переменное магнитное поле h . Затем в трех. главных направлениях (100), (110), (111) измерителем магнитного поля фиксируют

>>ао> >«о> >«>> величины магнитных полей Н, Н., Н. при которых переменная составляю>цая б регистрируемая датчиком Холла, обращается в нуль, т.е. 13 достигает своего максима»ьнаго. значения. Константы аниэатропии К и К находят затем из формул (1, 2), в которые подставляют найденные значения Н. и измеренную любым известным способом величину намагниченности насыщения. Точность измерений составляет 3% для К и 6% для К;„

Пример . Монокристаллический диск кремнистого железа (Fe + 3,8с% Si) с плоскостью (110} диаметром 0=11 мм и толщиной с1=04 мм помешали между полюсами электромагнита, На расстоянии i см па абе стороны от образца устанавливали две включенные последовательно катушки, создан»цие малое переменное лоле (f=135 Гц, ампли>уда .10 э), коллинеарное внешнему полю. 11а рас.

5 7203 стоянии 0,5 мм от поверхности и 2,5 мм от центра диска устанавливали датчик Холла размерами 2,0 х 1,5 х 0,2 мм таким образом, что на его выходе наводилась 3ДС, пропорциональная величине — В качестве измериа,В 1 лН тельного прибора, подключенного к выходу датчика, испольэовали селективный микровольтметр типа В6 — 6 с синхронным детектором

С3,— 1 на выходе. Затем образец намагничивали медленно возрастающим внешним полем Н вдоль направления 11001. В момент равенства выходного сигнала датчика нулю (т.е. при достижении максимального значения В ) фиксировали величину внешнего поля Н . Затем

K x I0 зрг/ему

Fe+3,8%S i

0=04 мм

d-=I I мм

Способ измерения

Ге+3,0 1-$1

0=0,2 мм

d-=10 мм

Относительная ошибка, %

Известный (по кривым вращательного момента) 2,5+0,4

3,1+0,5

3,2+0,5

2,8 0,1

3,7+0,1

3,6+0,1

Предложенный ао

Необходимо отметить, что для тонких дисf

;6 01.

35 . М о2 tO ooJ

2 На. Если учесть, что всегда гр >1 " I

9 ° то можно сделать вывод, что максимальное поле, необходимое для проведения измерений, не превышает 2На.

Следует отметить, что для измерений предлож"иным способом не требуется очеш точная ориентация образна в мапштном поле.

Еще олним преимуществом способа является то, что он пригоден для определения константы анизотропни К< в поликристаллических материалах. При этом определяют величину внсцшего поля Н для которой В„ достигнет максимума прн намагничивании вдоль произвольного направления в плоскости образца, а величину константы анизотропни определяют по формуле где N — размагничивающий коэффициент в направлении, параллельном плоскости образца.

1очность опред."ления K для поликристаллов составляет 15%, что превышает точность определения К извес:ным методом из закона

4 приближения к насыщению (20 — 30%) .

1. Способ определения констант магнитной анизотропии ферромагнитных магнитомягких, многоосных материалов, включающий ориентацию образца во внешнем магнитном поле и

Кроме того, при измерении указанным способом характеристикой, используемой для определения константы аниэотропии, явлчется напряженность магнитного поля Н, иэмере45 ние которой осуществляется с большой точностью и достаточно быстро любым серийным измерителем магнитной индукции (например, типа Е11-2), в то время, как при известном способе необходимо измерение абсолютного

5! значения величины вращательного момента, что связано с определением упругих констант подвеса, а следовательно, с увеличением погрешности и времени измерений.

Предложенный способ обеспечивает увеличе55 нис точности измерений в 2 — 4 раза. При реализации способа используются магнитные поля, в !0 — 15 раз меньшие по величине, чем в известном способе.

47 6 процедуру повторяли для двух других кристаллографических направлений (110) и f111).

Расчет констант анизотропии по формулам (1, 2) дает в рассмотренном случае следующие значения: К, -=(2,8+0,1) х! 0 зрг/см и К = (1,3+0,1) х 10 зр г/с м

Таким же образом были проведены измерения на двух образцах сплава (Fe+3,0% $1) размерами 10 х 0,2 мм и 10 х 0 5 мм. Полученные значения K приведены в аблице, там же для сравнения приведены значения К<, полученные путем измерения кривых вращательного момента.

Формула изобретения

Составитель H. Шпиньков (ехред А.Щепанская Корректор Ю. Макаренко

Редактор Н,орловская

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб„д. 4/5

Заказ 10212/32

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

7 720347 измерение параметров, зависящих от величины констант мапппной аниэотропин, О т л и ч аю ul и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения напряженности магнитного поля, необходимого для измерений, образец намагничивают последовательно вдоль каждого из трех главных кристаллографических направлений и для каждого из них определяют величину напряженности внешнего магнитного поля, при которой перпендикулярная внешнему полю и плоскости образца составляющая магнитной индукции образца достигает максимума, а величину констант магнитной аиизотропии находят из выражения:

К = Э fa ц1 3+ > «<4 Гроо1 15

+cH )

К «Э Ь i " "1,Ь H "01 Htioo)

9 "а В В S 2 з . Ф константы i магнитной аниэоа тра пни;

З вЂ” намагниченность насыщения маиоЩ ЕИОЗ 9003

Ив,,Н,И - величины напряженностей магнитных полей, при которых перпендикулярная состаВляющая достигает сВОих максимальных значений для соответствующих кристаллографических направлений (111), . (110) н (100);

o t) с — постоянные коэффициенты; а=о, -2 C=- —; а --, = С=- —

4 4, 9, 3, 2 е 4 q. а 4 для трехосных ферромагнетнков; а-1 Ь-Q; С q a =4; О,=-2;C =-Z для четырехосных ферромагнетиков

2. Способ по и; 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, а также увеличения скорости измерений, на возрастающее при намагничивании внешнее магнитное поле накладывают переменное магнитное поле, величину внешнего поля, соответствующую максимальному значению перпендикулярной составляющей магнитной индукции образца, фиксируют по моменту обращения в нуль переменной части этой составляющей .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бозорт "Ферромагнетиэм" Ил. Москва, 1956, с. 388-391.

2. Бозорт "Ферромагнетизм" Ил, Москва, 1956, с. 452 — 456 (прототип).