маторов, поскольку эти .сплавы имеют высокие значения и Гс и сравнительно большую индукцию насыщения (1,7 Тл).

Представление о характере изменений магнитного момента ]1/ . в сплавах на основе железа, кобальта и никеля дает рис. 5.6. На рисунке по оси абсцисс отложены относительные концентрации Fe, Со, Ni; в одинаковом масштабе для сплавов Fe-Со, Со-Ni (верхняя ось абсцисс); на нижней оси абсцисс отложены концентрации никеля для сплавов Fe-Ni в удвоенном масштабе. На построенной таким образом диаграмме представлены зависимости я/ для квазибинарных сплавов трех типов. Интересно было бы провести сравнение этих кривых с кривой Слэтера - Полинга, показывающей зависимость Hf от среднего числа валентных.электронов. В настоящее время пока трудно оценить влияние металлоидов на количество валентных электронов в металлах, входящих в состав аморфных сплавов, здесь много неясного, однако установлено, что имеется прямая связь между количеством валентных электронов и концентрацией металлоидов. Кроме того, кривая Слэтера - Полинга указывает на то, что ц/ зависит не только от концентрации, но и от сорта металлоидных атомов.

Есть еще одно интересное обстоятельство. В кристаллических сплавах с о.ц.к. и г.ц.к. решеткой число внешних электронов приблизительно равно восьми, но при переходе от о.ц.к. к г.ц.к. структуре щ изменяется довольно резко. В аморфных же сплавах, где структура атомных конфигураций определяется главным образом химическим составом, величина щ изменяется довольно гладко на

/ 2 ,

Рис 5.7. Зависимость магнит ного момента аморфнь7Х спла вов на основе железа от кон центр ации Мп, Сг, V [128] -(Fei-;cMn)75PiBCio [26] 2-(Fei Mn)8 PioBio [19] -(Fei V)8oPioBio [19] 4-(Fei Cr)8oPioBio [19] -(Fei ,Crj8oPi3C, [27]

Af OA

0 0,1 0,1 0,3 X

Рис. 5.8. Зависимость магнитного момента аморфных сплавов на основе кобальта от концеитрации Мп, Сг, V [19]: / -Сово Рю Вю; 2 - (Coi Мп)8о Рю Вю;

5-(Coi ,Crj8oPio Вю;

(Coi V;,)8o Pio Bi

протяжении всей области составов. В этом проявляется существенная разница между кристаллическими и аморфными твердыми телами [19]. Кроме того, в кристаллических сплавах Ее-Со величина р./ максимальна для состава примерно ЕетоСозо, а в аморфных сплавах ее максимум сильно сдвинут в сторону железа.

Наконец, в заключение этого краткого очерка необходимо рассмотреть характер изменения х/ при легировании сплава переходными неферромагнитными металлами такими, как марганец, хром, ванадий и др. Примеры для сплавов на основе железа показаны на рис. 5.7 [19, 26, 27], а для сплавов на основе кобальта -на рис. 5.8 и 5.9. При замене железа MapraHHeM,jcpoMOM или ванадием в аморфных сплавах железо - металлоид щ уменьшается практически линейно с ростом концентрации легирующего элемента. Влияние легирующих элементов на величину щ усиливается в ряду Мп, V, Сг, что отличает их от кристаллических сплавов Ее - (Мп, Сг, V) подобных составов. Можно сказать, что в аморфных металлах происходит своего рода разбавление ферромагнетизма атомами марганца, хрома и ванадия. В сплавах на основе кобальта ц,/ монотонно уменьшается при легировании хромом и ванадием, но при введении марганца

вначале увеличивается и начинает уменьшатыоя, лишь когда концентрация марганца превысит 0,1.

Аналогичным образом изменяется [Г/ и в сплавах Ni-Мп. Такая аналогия позволяет сделать некоторые предположения относительно возникновения аморфного ферромагнетизма. Очень важным для понимания механизма возникновения аморфного ферромагнетизма является описанное выше аномальное поведение сплавов на основе железа. Однако вопрос о природе аморфного ферромагнетизма пока еще является спорным и выходит за рамки данной книги. Отметим только, что сплавы Со-Мп, по сравнению с другими кобальтовыми сплавами, проявляют довольно сильный магнетизм, что важно с точки зрения их практического применения.

5.3.2. Температура Кюри

Кроме магнитного момента необходимо рассмотреть еще одну важную характеристику аморфных магнитных сплавов - температуру Кюри. На рис. 5.10 и 5.11 приведены зависимости темпера-

Рис5.9. Зависимость магнитного момента аморфных сплавов на основе кобальта {Со1-хМпх)т-уВу от концентрации Мп(а:) и В((/)

туры Кюри, с одной стороны, от концентраций металлоидов в сплавах и, с другой, от содержания в сплаве железа, кобальта и никеля при постоянной концентрации металлоидов. Как видно из рис. 5.10, Гс сплавов на основе кобальта монотонно понижается с ростом концентрации металлоидов, при этом не заметно особых

Fe,P FejC

Концентрация комгюнента,%(ат.)

Рис. 5.10. Зависимость температуры Кюри аморфных сплавов на основе кобальта (а) и железа (б) от содержания металлоидов: с -аморфные сплавы: СовоВа, [30], CoysSisBio [32], СоР [16], CorsPieBsAIj [33];

кристаллические сплавы: Со-А1, Со-Si [i ]; б -аморфные сплавы: FegoBjo [30], Fegy-iPisBx [31]; кристаллические сплавы: Fe-AI, Fe-Si [11]; химические соединения: FcjP, FeC [31]

различий между аморфным и кристаллическим состояниями. Такое монотонное изменение Тс в зависимости от химического состава сходно с соответствующим изменением ul/. В отличие от этих сплавов, точка Кюри Гс сплавов на основе железа сильно различается для аморфного и кристаллического состояний.

Рис. 5.11. Зависимость температуры Кюри аморфных сплавов от содержания железа, кобальта Я никеля:

1 - (FeNi),8 Siio Bi2 [34];

2 - (FeNi)so Взо [20, 21]; <?- (FeNi),8 Pi3 Be [35]; 4- (FeNi),5 Pie Be Ala [36]; 5-(FeCo),8 Siio Bi2 [25]; 6 - (FeCo),6 P22 AI3 [37]; 7- (FeCo):6 Pie B, AI3 [33];

S - (CoNi)75 P,e B, Ala [33];

Гег Oj, Ц6 Ц8 CO ф Ofi 0,8 Щ 5 - (CoNi),8 Pi4 Bg [13]

Интересно, что температура Кюри несколько снижается с увеличением концентрации железа в сплаве. Можно насчитать лишь несколько работ, посвященных исследованию этого явления [38]. В этой связи высказана точка зрения [40], что сплавы железа,

Имеются в виду твердые растворы замещения, образованные элементами, жоторые стабилизируют г. ц. к. структуру железа (Сг, Ni, Мп). Прищ. ред.

обладающие г.ц.к. и г.п. структурой, антиферромагнитны. Эти структуры характеризуются высокими значениями координационных чисел в первой координационной сфере, которые выше, чем таковые для о.ц.к. структуры. Аморфные структуры также характеризуются большими координационными числами в первой координационной сфере. В этом отношении наиболее важным предположением может быть то, что ферромагнетизм, связанный с атомами железа в плотноупакованных структурах с высокими координационными числами, имеет тенденцию исчезать. Однако эта предположение нуждается еще в солидной экспериментальной проверке и должно быть подтверждено теоретически.

На рис. 5.11 приведено изменение величины Гс в зависимости от содержания железа, кобальта и никеля в сплавах при фиксированной концентрации металлоидов. Ось абсцисс здесь построена так же, как и на рис. 5.6. В сплавах Fe-Со и Fe-Ni различия в температуре Кюри могут доходит, до 100°С в зависимости от сорта и концентрации атомов металлоида, но сама Гс довольно высока. Это отражает характер обменных взаимодействий между магнитными моментами атомов, которые сильнее между атомами разных сортов, чем между атомами одного сорта. Наиболее сильное обменное взаимодействие - между атомами железа и кобальта. Краткое обобщение сведений о температуре Кюри аморфных сплавов сводится к следующему.

1. Сплавы Fe-Со имеют высокую температуру Кюри.

2. При малом содержании кобальта в сплавах Ni-Со величина Гс лежит в области климатических температур.

3. При большом содержании железа в сплавах Fe-Со наряду с ростом магнитного момента наблюдается некоторое снижение температуры Кюри.

5.3.3. Температурная зависимость намагниченности

Так как магнитные материалы используются главным образом при климатических температурах, важным параметром является намагниченность при этих температурах. Хорошо известно, что величина спонтанной намагниченности в ферромагнетиках уменьшается с повышением температуры. Это падение намагниченности слабое при относительно низких температурах, резко возрастает с приближением к точке Кюри. Температурные изменения намагниченности сопровождаются так называемыми кооперативными эффектами. Слабые изменения намагниченности в области низких температур, вероятно, связаны с механизмом спиновых волновых возбуждений, когда намагниченность пропорциональна Р/2. в ре-

Это может быть обусловлено усилением антиферромагнитного взаимодействия между атомами железа. Прим.- ред-

2 В отличие от кристаллических ферромагнетиков, закон 3/2 в аморфных сплавах соблюдается до сравнительно высоких .температур, составляющих ~0,5 Тс. Прим. ред.

зультате исследования температурной зависимости намагниченности многих аморфных сплавов в целом установлено, что:

1) низкотемпературные изменения намагниченности могут быть описаны в спиновом волновом приближении [27, 38, 41];

2) изменения намагниченности при высоких температурах происходят слабее, чем по функции Бриллюэна [42-44].

Последнее, вероятно, происходит из-за наличия локальной анизотропии и дисперсии обменных взаимодействий [4, 45-47].

На рис. 5.12,а и б приведены температурные изменения спонтанной намагниченности некоторых аморфных сплавов. Видно, что

ю-Тл

о 200 Ш 600 Т, К

Рис. 5.12. Температурные зависимости спонтанной намагниченности [125] (а) и намагниченности насыщения [48] (б) аморфных сплавов:

FeeoPieCaBi (/); Ре,в Pie B, AI3 (2); Fejo Во (3); (FCq g Coq 2)75 Pie В, AI3 (4)

<Feo,8 №02)76 Pie Be AI3 (5); Fe N140 Pu B, (6); Со,в Pie Be AI3 (7)

,93)76 SiiB Bio (5); Рез2 М1зе СГ14Р12 Be (9); (Cog g NIq 4)75 Pie Be AI3 {Щ

N1,6 Pie B, AI3 ( ); б-сплавы: Со-в SIib Вю (7); Fe Coq 3 SiiB Вю (2)

111,2 СОбз 8 SiiB Вю (3); Резв C040 SiiB Вю (4); Fee, Cog SiiB Вю (5)

Fe,B Sii5 Bio (S)

s зависимости от химического состава, могут быть следующие случаи:

1) при высокой намагниченности при низких температурах может быть низкая температура Кюри;

2) при малых значениях намагниченности при низких температурах, наоборот, температура Кюри может быть высокой;

3) при высокой намагниченности при обычных температурах может наблюдаться и высокая температура Кюри.

Показано, что большой намагниченностью при комнатной температуре обладают не сплавы железа, а сплавы железа с кобальтом.

5.4. ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ В АМОРФНЫХ СПЛАВАХ, ПОЛУЧЕННЫХ закалкой из жидкого СОСТОЯНИЯ

В этом разделе рассматривается поведение аморфных металлических лент при намагничивании. Для понимания такого свойства аморфных, магнитных материалов, как высокая магнитная проницаемость (что является темой настоящей главы), очень важно изучить основные закономерности процессов намагничивания.

В аморфной структуре на рис. 5.1 все магнитные моменты расположены параллельно друг другу и направление суммарного магнитного момента в этом случае совпадает с направлением каждого магнитного момента. Это идеальный случай, когда не учитываются ни локальные изменения ближнего порядка, плотности или химического состава, ни какие-либо деформации. При этом отсутствует какая-либо магнитная анизотропия. Такая ситуация никогда не реализуется в кристаллическом состоянии. Кроме того, поскольку неупорядоченная аморфная структура макроскопически однородна во всем объеме образца, свойства также должны быть однородными. Однородность структуры проявляется, в частности, в том, что в аморфном состоянии отсутствуют такие дефекты, препятствующие перемещению границ доменов (толщина которых

обычно 10 А), как границы зерен, -поры, включения и т. д. Можно ожидать, что именно благодаря этим своим особенностям аморфные ферромагнетики имеют чрезвычайно высокую магнитную проницаемость. В так называемых нулевых ферромагнетиках, обладающих идеальной магнитной анизотропией, параллельность магнитных моментов поддерживается только за счет энергии обменного взаимодействия, а магнитный лоток замыкается внутри образца вследствие конкуренции с маг-нитостатичеокой энергией. Как видно из схемы ,на рве. 5.13, в этом случае направление вращения магнитного момента в некоторых частях образца одинаково, в результате чего может возникнуть так назьвваемая круговая доменная структура.

В кристаллических веществах, где направления магнитното момента и оси легкого намагничивания в различных доменах отличаются, ситуация существенно иная. В свое в,ре-мя Киттель указывал, что в веществах, в которых магнитная анизотропия стремится к нулю, ширина доменных стенок существенно увеличивается, что может привести к образованию доменной структуры, подобной круговой. Действительно, круговая доменная структура наблюдается, например, в пермаллоях, но она, как ус-

Рис. 5.13. Схема распределения намагниченности в полностью изотропном ферромагнетике [49]