найти в работе [64]. На рис. 5.19 показана зависимость магнитострикции (к=А1/1) аморфной ленты из сплава FcesCoisPisCy от величины магнитного поля, полученная по трехэлектродной схеме [56]. Образец в этом эксперименте представлял собой пакет из 10 кусочков ленты размером 1X2 мм. Магнитострикцию можно было измерить при намагничивании в направлениях длины, ширины и

Рис, 5.19. Зависимость магнитострикции аморфной леиты FeesCoisPisCr от напряженности магнитного поля:

а Ь, с- направления внешнего магнитного поля; / - направление измерения

i 8 fZ i6 го Н,79,6А/М

толщины ленты (см. схему на рис. 6.19). Выражение Для магнитострикции

Я, = 2(Я, - Я,х)/3 (5.7)

справедливо для поликристаллических ферромагнетиков. Предполагается, что оно должно выполняться и для аморфных ферромагнетиков. Величины ?v( и A.J. представляют собой магнитострикцию, т. е. изменение длины (дилатацию. Л /), соответственно, вдоль направления вектора намагниченности и перпендикулярно ему. В случае, если характер доменной структуры таков, что вектора спонтанной намагниченности распределяются полностью изотропно, то Я и иЯх находятся в отношении 2:1.

Если теперь обратиться к рис. 5.19, то видно, что когда магнитное поле становится большим и достигается магнитное насыщение, кривые ЯII и Ях изменяются параллельно друг другу. Насыщение Я происходит вместе с насыщением намагниченности. Такая величина магнитострикции называется магнитострикцией насыщения- Яв. Как видно из рис. 5.19, в аморфной ленте, использованной в этом эксперименте, несмотря на то, что дилатация в направлениях длины, ширины и толщины ленты различается по величине и знаку, магнитное поле, необходимое для насыщения Я, во всех случаях практически одинаково.

Однако, если после насыщения увеличивать напряженность внешнего магнитного поля, то величины Я и н Ях будут изменяться вследствие проявления так называемой вынужденной объемной магнитострикции. Ее средняя величина может быть выражена через изменение Я и или Я:

Аа/Д Я = 3 ДЯ/Д Я = 3 ДЯх/ДЯ. (5.8)

* По нашему мнению, данными, приведенными на рис. 5.19, последнее утверждение иллюстрируется недостаточно четко. Прим.. ред.

По определению, вынужденная объемная магиитострикция д<а/дН= = {\/V)(dV/dH). Прим. ред.

Величины Ха и Дю/ДЯ, определяемые таким образом, были измерены для многих аморфных сплавов. В качестве одного из результатов, полученных при изучении магнитной анизотропии и причин возникновения коэрцитивной силы, приведем данные, представленные на рис. 5.20, отражающие зависимость Xs от концентрации кобальта (л;) в сплавах (Ее1 жСож)51В и (Ее1 жСож)РС. При большом содержании железа в этих сплавах магвитострпкция насыщения Xs положительна и довольно велика по абсолютному знчению, но с ростом концентрации кобальта Xs снижается и при д;=€,94 становится равной нулю. В отсутствии железа Яв отрицательна (примерно - 4Х Х10~). Поскольку для разных наборов металлоидов (PC или SiB)

(Fe,.xCax)joP,3C7 PC

30 -

магиитострикция насыщения при sS прочих равных условиях практиче-Л ОКИ одинакова, можно предположить, что тип .металлоидных атомов не оказывает заметного влияния на ее величину* [66]. Однако введение аморфизирующих элементов типа циркония в сплавы с большим содержанием кобальта приводит к тому, что Xs становится положительной [67].

Таким образам, становится ясно, что величина магнитострикции насыщения зависит от химического состава сплава, ;поэтому далее необходимо рассмотреть, как в таком случае изменяются доменная структура и параметры процесса намагничивания.

На рис. 5.21 дано представление о строении доменной структуры аморфных лент, полученных закалкой из жидкого состояния и имеющих Xs>Q (ЕеРС), Я. О (CoFeSiB) и Xs<Q (CqtsSiisBio) [60]. В сплавах FesaPisCy и CoSiB отчетливо видна структура, состоящая из основных доменов (см. сноску на с. 137) и доменов, разделенных 180°-ными границами. Однако при нулевой магнито-

5 О -5 -10

Рис. 5.20. Зависимость магнитострикции насыщения аморфных сплавов Ре-Со от концентрации железа и кобальта [55, 56]

* В богатых железом аморфных сплавах положительные значения dajdH примерно на порядок выше, чем в кристаллическом железе и сплавах на его основе. Это является основной причиной инварной аномалии температурного коэффициента линейного расширения в этих аморфных сплавах (см. 5. 7. 2). Прим. ред.

2 Напомним, что У кристаллического железа Xs отрицательна (примерно --4,5.10- ). Прим. ред.

Это предположение в первом приближении оправдывается для высококобальтовых аморфных сплавов, но не для сплавов на основе железа. Это видно даже из рис. 5. 20. В частности, было показано, что в результате варьирования отношения (% P)/(i% В) от 4 до 2,3 X, в этих сплавах изменяется от 26-10 ТО 16.10- . Прим. ред.

стрикции насыщения (сплав FesCo/oiSiisBio) подобной отчетливой доменной структуры нет. Такое заметное отличие в доменной структуре этих сплавов наводит на мысль о том, что магиитострикция является причиной появления магнитной анизотропии.

Рис. 5.21. Доменная структура в аморфных сплавах с различной магнитострикцией (данные получены методом Биттера): а - Peso Pi3 С, (X > 0.); б -

Fe5Co, Sii5Bio(A,wO); в - CojsSiijBio (Х<0)

Для выяснения этого обратимся к рис. 5.22 [60], где показано, как основные домены связаны с концентрацией кобальта х. Здесь На - величина магнитного поля, которое необходимо приложить для уничтожения основных доменов, Ms - намагниченность насыщения. Величина HaMJ2 представляет собой энергию магнитной анизотропии, связанной с основными доменами. Как видно из рисунка, изменение величины НаМ с увеличением х носит тот же характер, что и изменение Xs, но с минимумом, отвечающим случаю, когда ls = 0. Такую взаимосвязь между HaMs и Ks можно объяснить, исходя из магнитоупругого эффекта. Если предположить, что внутренние напряжения о,- постоянны и не изменяются в зависимости от химического состава, тогда из (5.3) следует, что магнитная анизотропия (HaMs) пропорциональна магнитострикции.

Эти соображения, в общем, поясняют, как связаны между собой явление магнитострикции и существование основных доменов. Остается открытым, однако, вопрос о механизме возникновения составляющей внутреннего напряжения, перпендикулярной оси ленты.

Рассмотрим схему на рис. 5.23. В процессе закалки расплав в момент соприкосновения с поверхностью валка захватывает воздух. По этой и по ряду других причин появляется возможность возникновения неодинаковой по сечению ленты скорости затвердевания. Внутренняя часть расплава, находящаяся в контакте с вал-

Другими словами, для уничтожения лабиринтной доменной структуры. 142

КОМ, из-за вращения при затвердевании испытывает сжатие, тогда как внешняя часть расплава, контактирующая с атмосферой, при затвердевании, наоборот, растягивается. Так как толщина затвердевшей части составляет всего около 30 мкм, что значительно меньше других размеров ленты, то. сжимающие и растягивающие

2 iji 0,6 0,8

Рис. 5.22. Зависимость величины критического магнитного поля Нт, отвечающего исчезновению основных доменов в аморфныд лентах из сплавов (Fei-xCoi)75Sii5Bio и (Fei :cCOx)8oPi3Ci7, . а также мэгиитострикции насыщения от концентрации кобальта х, значения Ят близки к значениям На, необходимым для достижения намагниченности насыщения [60]

Рис. 5.23. Схема возникновения внутренних напряжений, связанных с захватом расплавом воздуха прн его затвердевании в процессе закалки на вращающемся валке [68]: а - зона растяжения (растягивающих напряжений); б -зона сжатия (сжимающих напряжений); i - расплав; 2 - аморфное твердое тело; 5 - воздух; 4- пузырьки

напряжения возникают практически на поверхности ленты и направлены радиально. Появляется составляющая напряжения в направлении, перпендикулярном поверхности ленты [69]. В лентах с положительной магнитострикцией ось легкого намагничивания расположена перпендикулярно поверхности ленты и совпадает с направлением растягивающей компоненты напряжения. В лентах с отрицательной магнитострикцией ось легкого намагничивания также может быть перпендикулярна поверхности ленты в областях, где растягивающая компонента параллельна поверхности. В любом случае основные домены образуются за счет перпендикулярной составляющей напряжения, приводящей к появлению магнитной анизотропии в направлении толщины ленты.

Вернемся, к рис. 5.21. Видно, что основные домены занимают лишь часть поверхности ленты, а отнюдь не всю поверхность. Следовательно, в этом случае магнитная анизотропия в направлении, перпендикулярном поверхности ленты, имеет значение только для части материала.

Растягивающей или сжимающей, ,в зависимости от знака магнитострикции. Птн. ред.

Снаружи область основных доменов окружена доменами с 180°-ными границами. Это, как отмечалось выше, является причиной появления гистерезиса намагничивания и коэрцитивной силы, которые сильно зависят от магнитострикции.

На рис. 5.24 графически показана связь между Не и Xs/iWg, описываемая формулой (5.6). При больших концентрациях железа

Рис. 5.24. Коэрцитивная сила аморфных сплавов Fe-Со [55] (составы сплавов те же, что и иа рис. 5.20)

О Ц1 (г 0/1Ц9 цб 7 qe qg /.о Co/(Co*Fe)

или кобальта связь между Не к Xs/Mg выполняется хорошо. Она довольно сложная: при большой Xs значение Не также велико; при Я,8, равной нулю. Не имеет острый минимум. Отсюда ясно, что Не существенным образом зависит от Ks- Следовательно, если в ленте имеются неупорядоченные внутренние напряжения с малой длиной волны, магиитострикция оказывает сильное воздействие на процесс намагничивания. В заключение этого раздела хотелось бы отметить уникальность того обстоятельства, что, подбирая соответствующим образом химический состав сплава, можно добиться нулевой магнитострикции.

5.4.4. Другие факторы, оказывающие алияние на процесс намагничивания

Как было показано, коэрцитивная сила возникает благодаря явлению магнитострикции, однако в сплавах с таким химическим составом, когда магиитострикция стремится к нулю, коэрцитивная сила все равно остается конечной величиной. Несмотря на то, что содержание металлоидов в сплаве почти не влияет на величину магнитострикции, увеличение суммарной концентрации металлоидов приводит к росту коэрцитивной силы даже при отсутствии заметной магнитострикции. Кроме того, как ,мы увидим ниже, термическая обработка устраняет внутренние напряжения, но коэр-

Имеется в виду процесс намагничивания в малых полях, когда это воздействие обусловлено задержкой ШО-ных границ доменов, параллельных оси ленты (по классификации автора). Прим. ред.

2 Следует обратить внимание На то, что в случае сплавов систем типа Fei-iLr:cM(A(-В, Р-С, В-Si) измеиеиие знака Я, происходит при таком же отношении Co/Fe(0,93), как и в случае кристаллических сплавов системы Со-Fe. Составы тройных аморфных сплавов системы (Fea:NiyCoz)78Si8Bi4, отвечающие по основным компонентам нулевым значениям Х также близки к таким составам для кристаллических сплавов тройной системы Fe-Со-Ni. Прим. ред.

цитивность и }лагнитная анизотропия при этом не исчезает полностью. Прич1ны этого окончательно пока не ясны. Некоторая неопределенности существует и в отношении магнитострикции. В качестве иллюстрации сказанному рассмотрим рис. 5.25. Здесь показана область аморфизирующихся сплавов в системе Fe-Si-В и линии равных значений Цт- Видно, что коэрцитивность в середине аморфной области-стремится к некоторому минимальному для дан-

Гв,%

-л -t2-tO-8-d -ll -2 О г к 6 6 Ю t2n

Рис. 5.25. Зависимость максимальной проницаемости \Хт от химического состава сплавов FeSiB. Пунктирной линией показана граница области аморфизирующихся сплавов [27, 71

-Ofi -ои -02 О О?

Н,79,6А1М

Рис. 5.26. Петля гистерезиса быстро-закалениого аморфного сплава FesCoToSiisBio с нулевой Магнитострикцией [55]

НОЙ системы значению, но при приближении к границе аморфной области и в области кристаллических сплавов она сильно и быстро возрастает.

Из рис. 5.26 можно видеть, что в случае сплава с низкой магнитострикцией на кривой намагничивания появляются скачки Барк-гаузена, отражающие закрепление доменных границ. Для объяснения этих фактов предложены различные модели. Некоторые из них кратко описаны ниже.

Влияние мелких кристаллов

В том случае, когда технология закалки при производстве аморфных лент недостаточно совершенна и концентрация металлоидов выбрана не совсем правильно, в аморфной ленте могут Образовываться мелкие кристаллы, что приводит к существенному возрастанию коэрцитивной силы. Можно предположить, что и рост коэрци-тивности в случае, показанном на рис. 5.25, происходит из-за наличия мелких кристаллов, вкрапленных в аморфную структуру. В ряде работ Такахаси [72-76] предложена модель, согласно которой присутствие в аморфной структуре мелких кристаллов размеров ~ 10 нм, не выявляемое методами рентгеновской дифракции, сильно влияет на величину коэрцитивной силы и магнитную анизотропию.