Способ определения магнитной текстуры материалов

Способ определения магнитной текстуры материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ ТЕКСТУРЫ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца исследуемого материала пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентации образца относительно пучка частиц , отличающийся тем, что, с целью расширений номенклатуры исследуемых материалов, a также расширения диапазона исследуемой толщины материалов, образец овлучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов с такой энергией, что частицы останавливаются в образце, измеряют временное распределение числа распадов мюонов в заданном напргшлении для не менее чем пяти ориентации образца относительно пучка мюонов и по полученному временному распределению числа распадов определяют компоненты тензора магнитной текстуры материала.

SU„„92327

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G Oi N 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3008827/ 18-25 (22) 27.!1.80 (46) 23.12.86. Бюл. 1 47 (72) С. Г.Барсов, А.Л. Геталов, В.А.Гордеев, В.Н.Горелкин, П.Л.Грузин, С.П.Круглов, Л.А.Кузьмин, В.П.Мельничук, С.М.Микиртычьянц, В.Ю.Милосердии, В.П.Смилга и Г.В.Щербаков (53) 539.21:539. 1.06(088.8) (56) Сборник "Проблемы магнетизма".

М.: Наука, 1972, с. 181.

Авторское свидетельство СССР

Ф 693183, кл. С 01 К 23/02, 1979. (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ ТЕКСТУРЫ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца исследуемого материала пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентации образца. относительно пучка частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры исследуемых материалов, а также расширения диапазона исследуемой толщины материалов, образец отлучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов с такой энергией, что частицы останавливаются в образце, измеряют временное распределение числа распадов мюонов в заданном направлении для не менее чем пяти ориентаций образца относительно пучка мюонов и по полученному временному распредео лению числа распадов определяют ком- Е поненты тензора магнитной текстуры материала.

923273

Изобретение относится к области измерения физических параметров вещества, а именно.к измерению параметров пространственного (объемного) распределения магнитных полей в исследуемом образце относительно выделенного направления (например, относительно направления проката) и может быть использовано для технологического контроля широкого класса магнитных материалов при производстве трансформаторов, генераторов электрического тока, магнитных экранов и т.д.

В настоящее время известен способ определения параметров магнитной текстуры, основанный на взаимодействии исследуемого образца с постоянными и переменными магнитными полями. Однако в этом способе получаемая информация носит только качественный характер и результаты измерений могут быть ошибочными из-за .влияния на текстуру магнитного поля,: в которое помещается образец.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения магнитной текстуры материалов, включающий облучение образца исследуемого материала пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентации образца относительно пучка частиц.

В этом способе небольшой образец помещается в пучок поляризованных нейтронов и измеряется поляризация пучка, прошедшего через образец, при различной ориентации образца относительно пучка нейтронов. Поляризация прошедшего пучка нейтронов будет зависеть от магнитной текстуры образца.

Нейтронный метод исследования, магнитной текстуры применим в основном для исследования материалов со слабым ферромагнетизмом (например, ферритов). При изучении материалов с сильным ферромагнитизмом (сплавы на основе железа, никеля и т.д.) применение нейтронного метода ограничивается толщиной образца, так как пучок нейтронов быстро деполяризуется из-за больших значений магнитной индукции доменов. Кроме того, ряд веществ обладает повышенным сечением захвата тепловых нейтронов, что также ограничивает применимость нейтронного метода. В обоих этих случаях использование нейтронного метода связано с приготовлением тонких образцов, что нарушает их магнитную текстуру и не позволяет получить трехмерного распределения магнитных полей в образце.

dN(t,К) =At.1+à Р (О) k (n +

-tf=

+ P (t))) е " dt, (1) 35

h ==(.— Й () >«(t ) = < („> n n> ) c os gb t >+

+e„ singbt), (3) нормирующий множитель; коэффициент асимметрии р е— распада; значения поляризации пучка, экстраполированное к моменту

С=О; направление регистрации позитронов распада; компонента; тензор магнитной текстуры; макроскопическое поле домена; компоненты; символ Кронекера; гиромагнитное отношение для мюона; единичный антисимметричный тензор 3-го ранга; где А а

P (О)

+

55

Целью изобретения является расширение номенклатуры изучаемых материалов, а также расширение диапазона исследуемой толщины материалов.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения магнитной текстуры материалов, включающем облучение образца исследуемого материа15 ла пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориентации образца относительно пучка частиц, образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов с такой энергией, что частицы останавливаются в образце, измеряют временное распределение числа распадов мюонов в заданном направлении для не менее чем пяти ориентаций об25 разца относительно пучка мюонов и по полученному временному распределению числа распадов определяют компоненты тензора.магнитной текстуры материала.

Компоненты тензора магнитной текстуры вычисляют с помощью формулы

923273

n — орт вектора координатной оси; .Т вЂ” время жизни мюона.

Р (Тензоры со штрихами и и р, заданные в лабораторной системе координат, связаны с соответствующими тензорами n и Р в системе координат образца посредством матриц поворота.

Предлагаемый. способ основан на использовании явления взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным 10 полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов .локального магнитного поля и магнитного момента мюона спин мюона будет прецессировать с соответ- 15 ствующей этому полю ларморовской частотой до момента распада мюона, ко+ торый происходит по схеме р е +

+ + . Благодаря закону несохранения е четности при ре-распаде угловое рас-,20 пределение позитронов распада харак.теризуется резкой асимметрией по отношению к направлению спина мюона.

Поскольку спин мюона прецессирует, то вероятность распада в заданном найравлении будет осциллировать с той же частотой.

Переходя к ансамблю мюонов, можно сказать, что измерение числа распадов в определенном направлении позво- 30 ляет определять среднее значение спина < S ) ансамбля мюонов в данный момент времени, или их поляризацию

P(t) 2cS>. Для ансамбля остановившихся в веществе мюонов в момент времени t O число позитронов распада в малый телесный угол в направлении k за время dt будет определяться формулой (1); При различной ориентации образца относительно пучка мюонов 40 и направления на регистрирующий счет чик будет изменяться экспериментально наблюдаемая величина ЙМ(й,1с)/dti т.е. будет меняться как относительное число позитронов, зарегистриро- 45 ванных счетчиком, так и их распределение во времени. Это обстоятельство дает возможность определить тензоры пил и А1 (t) °

Симметричный тензор 2-го ранга и, определяемый формулой (2) характеризует выстроенность доменов образца. Главные оси этого тензора логично назвать осями магнитной тек- 55 стуры. В этих осях тензор текстуры п, будет диагональным, а величины диагональных элементов будут являть" ся количественной характеристикой . магнитной текстуры образца. В дальнейшем тензор и будет называться тензором магнитйой текстуры.

Тензор р, @ характеризует времен1 ный ход поляризации ансамбля мюонов и определяет. временное распределение позитронов распада .попадающих в регистрирующий счетчик; Среднее по вре- мени значение компонент этого тенэора согласно формуле (3). равно нулю.

Для образцов с малым разбросом полей: в доменах его можно аппроксимировать как —.Л 1

Р", з()=Р e cos(t+g). (4)

Такая аппроксимация оправдана при

+>>h. При этом круговая частота сд будет определяться модулем среднего магнитного поля в доменах, а h — разбросом значений этих полей. Как показывают эксперименты, затуханием, в железе мало, начиная с температуры

30 К и выше, когда мюон диффундирует по порам кристаллической решетки.

Вектор аР (О) в формуле (1) опреР деляется экспериментально из калибровочных измерений на образце из меди (с такой же как в исследуемом об разце тормозной толщиной) во внеш:нем магнитном поле, перпендикулярном направлению спина мюона.

Измерения тензора магнитной текстуры осуществляется следующим об разом.

Пучок продольно поляризованных мюонов, сформированный Mlo ìåçîííûè каналом, затормаживается и останавливается в образце. Момент остановки мюона в образце регистрируется с помощью сцинтилляционных счетчиков ("старт" времени отсчета). Далее система "ждет" появления позитрона распада и регистрирует его("стоп" времени отсчета). Применяемая фильтрация служит для обрезания низкоэнергетичных позитронов, увеличивая тем самым коэффициент асимметрии.

Информация об интервалах времени

"старт-стоп" накапливается в анализаторе или в ЭВМ.

Для нахождения тензора и необходимо произвести измерения при pasличных ориентациях образца относительно пучка мюонов. Удобно брать комбинации углов 8 М и.Ч, приведенные в таблице. При этих комбинациях рабочие формулы для вычисления тензора сильно упрощаются. Получаемые для каждой комбинации углов 9. 923273 (7) (8) (9) ) 5 — N(t 9,М,Ч ) 0 (6,Ч,4 ) (1+

+а (д;Р,Ч ) е cos (dt+X) e +N (5) .,-. т д где й,(д,ч,y) — нормирунщий множитель 10 для конкретной ъриентации образца;

a„(e, Р,Ч ) - амплитуда прецессии (коэффициент асимметрии);

Х вЂ” начальный сдвиг фазы;

N - фон случайных совпадений (N <АМ ).

Поскольку амппитуды à (H,Ч,Ч ) .включают в себя информацию о перво- 20 начальной поляризации пучка мюонов, то для исключения этой зависимости при определении компонент тензора магнитной текстуры следует ввести нормированную поляризацию P(8,Ч>,Ч), определяемую формулой (10) ам(0 P 4 ) 1+а,(e v)

p(g q) е си авм(О, Р) 1+а (O,МРИ) (6) 30 где а,„(e, Р,Ч ) — амплитуда прецессии для медного образца при соответствующих углах 8 и Ч (зависимость от угла Ч от-. сутствует).

Комбинация углов поворота мишени, град.

О

45

45 0,014+0,028 0,038+0,028 0,142+0,025

-45

О

О

-45

45

45

135 у, g) гистограммы временного распределения позитронов распада анпроксимируются f согласно формуле (1Ц следующим выражением:

В этом случае компоненты тензора магнитной текстуры определяются из следующих выражений:

„-1 PP(0 00 000) и **2-.P(45,0,0)-Р (-45, О, 0).-n ç и 3п д=1/2(Р(45,0,0)-P(-45,О,О)), и =2-Р(0,45,0)-P(0,-45 О) пээрн и, =n„=1/Z fP(0,45,О)-Р(0,-45,0)), и п,=P(45,0,45-P(45,0,1З5)- 2 п, Компоненты тензора магнитной текстуры определялись для четырех образцов из электротехнических сталей:

ЭЗЗО ГОСТ 34-15,. ЭЗЗО ГОСТ 34-15 и

Э240 ГОСТ 24-12 и HB (японская сталь).

Далее первые три образца для кваткос-. ти обозначены как НЛЗ 34 -15 ВИЗ 34-15 и ВИЗ 24-12. Каждый образец представ-, лял собой пакет из пластин толщиной

0,3 мм, размеры пакета 100х100х6 мм.

При сборке-пакеTQB пластины ориенти- . ровались одинаковым образом; за выделенное направление принималось направление проката. Для калибровочных измерений использовалась медь марки

М1. Размеры медного образца 100х100х

Определены следующие компоненты тензора магнитной текстуры материалов:

1) для стали НЛЗ 34-15

О, 149+0,069 0,049+0,093 0,001+0,038

0,049+0,093 0,811+0,070 0,013+0,039

0,001+0,038 0,013+0,039 0,172+0,030

2) для стали ВИЗ 34-15

О, 166+0, 052 О, 051+0, 068 О, 014+0, 028

О, 05 1+0, 068 О, 87 5+0, 053 О, 038+0, 028

3) для стали НВ

0,229+0,048 0,032+0,067 0,009+0,025

0,032+0,067 0,949+0,052 0,033+0,030

0,009+0,025 0,033+0,030 0,100+0,022

4) для стали ВИЗ 24-12

0,336+0,067 -0,024+0,084 О) 009+0) 036

0,024+0,084 0,604+0,067 0,022+0,036

0,009+0,036 0,022+0,036 0,265+0,031

923273

Редактор О.Кузнецова ТехредМ.Ходанич Корректор Е.Сирохман

Заказ 6979/3 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.:Проектная, 4

Из приведенных данных видно, что первые три образца обладают резко выраженной магнитной текстурой, т.е. у них существует выстроенность доменов в направлении, близком к направ- 5 лению проката (на это указывает большая величина компоненты п ). У образца из стали ВИЗ 24-12, наобброт, текстура выражена значительно слабее (на.это указывает уменьшение вели1О .чины и. и увеличение n,„ и и ), % Я так как эта сталь является слаботекстурованной дикамиой сталью.

Предлагаемый способ измерения магнитной текстуры имеет следующие преи15 мущества перед известными способами:

8, определяется объемная (трехмерная) количественная характеристика распределения доменов.в образце; нет искажения результатов измерений от внешних. магнитных полей; не требуется предварительного знания ориентаций осей легкого намагничивания; нет ограничений на форму образцов; нет ограничений на вещество образца;. раибольШая толщина образца лимитируется требованием вылета позитронов с энергией до 50 Мэв, что соответствует толщинам в 10-15 г/см ..