менно увеличить и содержание бора, тб кривая зависимости намагниченности от температуры становится более выпуклой и при этом Bs повышается.

На рис. 5.48 приведена зависимость Bs сплава Fegi (В, С, Si) 19 от концентраций бора, углерода и кремния [119]. Максимальная Bs=\M Тл (08=182 эме/г) получается для состава FeigBisSie (табл. 5.2),

ujVotam.}

Рис. 5.48. Зависимость намагниченности насыщения от концентрации металлоидов в сплавах Feei-(Si, В, С) 19 для трансформаторов повышенной мощности (цифры у кривых-а при 20°С, эме/г) [119]

Рис. 5.49. Коэрцитивная сила Яс (цифры у кривых, А/м) аморфных сплавов Feei-(Si, В, С) 19 после охлаждения в магнитном поле [119]

Таблица 5.2. Магнитные характеристики аморфных материалов для сердечников трансформаторов [88]

В работе [119] исследовали также характер изменений коэрцитивной силы Яс в сплавах Fe- (Si, В, С). Существенную роль в повышении магнитных свойств этих сплавов играет термическая обработка. На рис. 5.49 показана концентрационная зависимость коэрцитивной силы (линии равной Яс) сплавов после охлаждения в магнитном поле от 300°С. Точками отмечены области появления аморфных структур. Вблизи границ этих областей Яс велика, но в

середине области аформизации она имеет минимум. Это снижение Яс обусловливается тем, что сплавы, отвечающие составам, лежащим в центре области аморфизации, сравнительно легко получать в виде аморфной ленты с хорошей однородностью структуры. Из результатов, приведенных на рис. 5.48 и 5.49 видно, что, например, сплав Fe8iBi3Si4Ca имеет высокую Bs и низкую Я.

На рис. 5.50 дано сравнение характеристик потерь в этом и других аморфных сплавах с характеристиками потерь в кремнистой стали. Видно, что потери в аморфных сплавах составляют примерно 1/10-1/3 от потерь в трансформаторной стали. На основании этого, следуя за Люборским, можно довольно определенно сказать, что аморфные сплавы, характеризующиеся низкими потерями энергии при

Ц5 1,0 гр

Вт, Т/1

Рис .5.50. Потери в сердеч-иииах трансформаторов из быстрозакаленных аморфных сплавов и кремнистой

стали при 50 Гц [99]: /-трансформаторная сталь, толщина листа 300 мкм; 2-трансформаторная сталь, толщина листа 25 мкм; S - аморфный сплав FeezBioSis; толщина леиты 30 мкм; 4 - аморфный сплав FegiBi3C2;Si4, толщина ленты 30 мкм; 4 - то же, после отжига с охлаждением в косом магнитном поле

перемагничивании, являются перспективными материалами для сердечников трансформаторов.

Теперь необходимо выяснить причины того, почему аморфные сплавы имеют низкие потери. Рассмотрим для примера, основываясь на работе [120], зависимость потерь (W/f) в сплаве Fe72Co,8Si5Bi5 от частоты f (рис. 5.51). В этом материале, обрабо-

Рис. 5.51. Частотнозависимые потери (потери на вихревые токи) в аморфных сплавах и кремнистой

стали [120]: /-Fe-3 % Si, d = 0,28 мм, Bm=\J-Jn; 2-Fe-3% Si, d = 0,050 mm, Вт=1,4Тл, p = =45 mk Om-cm; 5-Fcja Cog Sis B, d = 0,022 mm, B =1,5 Тл, p = 130 mk Om-cm

6 Зак. B07

тайном обычным способом (отжиг с охлаждением в магнитном поле), наводится магнитная анизотропия (~ 1,5-102 Дж/м); составляет ~0,64 мА/м, Вг1Ва=95%, т. е. петля гистерезиса близка к прямоугольной. Из рисунка видно, что Wlf увеличивается с ростом / (вначале довольно интенсивно, а затем медленнее). На этом же рисунке приведены аналогичные зависимости для кремнистой стали (листы толщиной 0,3 мм и 50 мкм). Видно также, что для аморфного сплава во всей области частот W/f меньше, чем для кремнистой стали, причем разница тем больше, чем больше толщина стального листа.

Хорошо известно, что потери в сердечнике трансформатора равны сумме потерь на магнитный гистерезис lift и вихревые токи We.

, . W/ = nA + W, , (5.17)

где Wh - потери энергии за один цикл перемагничивання (не зависят от частоты /); We - джоулево тепло, выделяющееся лри прохождении вихревых токов, индуцируемых в направлении, противоположном направлению изменения намагниченности (эти потери связаны с перемещением границ доменов и они зависят от частоты). Учитывая эту классификацию, можно легко объяснить различия в величине суммарных потерь в аморфных сплавах и кремнистой стали. В аморфных сплавах Wh крайне мало. Поэтому при высокой частоте общие суммарные потери в них гораздо меньше, чем в кремнистой стали. Основная причина того, что величина Тл для аморфных сплавов мала, состоит в том, что в магнитном отношении они гораздо более однородны.

Что касается частотнозависимых потерь на вихревые токи, то в аморфном сплаве они ниже, чем в листах трансформаторной стали толщиной 0,3 мм, но сравнимы с потерями в листах стали, имеющих толщину 50 мкм. Реальных путей снижения этих потерь в аморфных сплавах пока не видно, ибо наиболее вероятной причиной возникновения частотнозависимых потерь являются смещения границ доменов, а эти смещения происходят как в аморфных сплавах, так и в трансформаторных сталях. В результате того, что в этих материалах имеется одноосная магнитная анизотропия, доменная структура состоит из доменов в форме стержней разделенных 180°-нымй границами, как показано на рис. 5.52, а [120];. Прай и Бин получили следующую связь между величиной We и параметрами такой доменной структуры:

We = R(2Lld, B /Bs) Wc, (5.18)

Wc={nB fd)yQp, (5.19)

где Д - функция от переменных Вт/Ва и 2L/d; 2L - ширина домена; d - толщина образца; Вт - майсимальная индукция намагничивания; Ва-индукция насыщения.

Величина Wc, называемая классическими потерями на вихре-

В аморфных сплавах она наводится при отжиге и магнитном поле, а в трансформаторной стали она является результатом кристаллографической текстуры (110) [001]. Прим. ред.

вые токи, пропорциональна квадрату частоты р и обратно пропор-циональна удельному элек1росопротивлен1ию р. При ;2L*/rf=О функция 7? становится равной единице и тогда Iie=c. Другими словами, если ширина доменов стремится к нулю, то потери We стремятся к минимальной величине Wc. Увеличение ширины доменов приводит к тому, что We растет. Если в уравнения (5.18) и (5.19) подставить экспериментальные значения величин, то потери We для аморфного сплава и для трансформаторной стали получаются одного поряд- ка. Так для аморфного сплава р = 130 мкОм-см, d=30 мкм, а для

Рис. 5.52. Доменная структура аморфной ленты Fe72Co8Si5Bi5 для сердечников

трансформаторов (стержневая доменная структура) [120]: а-охлаждение в магнитном поле, приложенном вдоль оси ленты; б - то же под углом 45°С к оси ленты; в - то же, под углом 60° к оси леиты

кремнистойстал1и р=45мкОм-см,=50мк1м И, таким образом, величина We в обоих случаях получается практически одинаковой> если учесть, что ширина доменов в аморфном сплаве хоть и несколько меньше, но все же сравнима с шириной доменов в кремнистой стали. Появление значительных потерь на вихревые токи в аморфных сплавах связано также и с тем, что в них доменные стенки перемещаются при перемагничивании на большие расстояния. В результате получается, что величина We в аморфных сплавах даже несколько выше, чем в кремнистой стали. При этом особенно заметны потери ори высоких частотах, несмотря на малые значения Wh-

Для снижения потерь на вихревые токи предлагается проводить охлаждение в косом магнитном поле с целью получения доменов с

Эти расстояния ограничены в случае трансформаторной стали величиной зерна, а в случае аморфных сплавов - шириной ленты. Прим. ред.

Т. е. в поле, приложенном под некоторым углом к оси ленты. Сведения о влиянии такого вида обработки на магнитные свойства можно найти в обзоре [3]*. Прим. ред.

приведены на рис. 5:50 и 5.52. Такая термическая обработка, веро-приведены на рис. 5.50 и 5.52. Такая термическая обработка, вероятно, может быть довольно эффективной в том плане, что с ее помощью удается получить на аморфных сплавах лучшие по сравнению с трансформаторной сталью характеристики потерь. Особенно успешным ее применение может оказаться в случае аморфных материалов, используемых для сердечников высокочастотных трансформаторов.

5.7. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ С ДРУГИМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ МАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

До сих пор мы обсуждали только те аморфные сплавы, которые могут быть использованы как магнитномягкие материалы. Однако, с точки зрения других функциональных магнитных свойств аморфные сплавы имеют, вероятно, также очень большие возможности, которые, правда, подробно пока не изучены. Упомянутое выше применение аморфных сплавов, полученных напылением, для производства лент магнитной записи указывает на одно из направлений практического использования особенностей этих материалов. Другими перспективными направлениями может служить использование быстрозакаленных аморфных лент в качестве магнитострикци-онных вибраторов и элементов в линиях задержки, а также в качестве инварных материалов, что и будет кратко рассмотрено ниже.

5.7.1. Магнитострикционные характеристики

Как уже указывалось, явление магнитострикции имеет место и в том случае, когда ферромагнетик находится в аморфном состоя-иии. Для магнитномягких материалов важно было рассмотреть условия создания нулевой магнитострикции. Однако наличие большой магнитострикции можно использовать и как функциональное свойство с крайне интересной практической реализацией. Особенно интересной является возможность появления в аморфных сплавах большой магнитострикции в слабых магнитных полях. Впервые на

Уменьшение размеров доменов связано с действием размагничивающего 4)aKT0pa. Прим. ред.

Важной областью практического применения аморфных сплавов с большой магнитострикцией являются устройства, получившие название ультразвуковых линий задержки (УЛЗ). Из магиитострикцнонных. материалов изготавливают сердцевинный элемент этих устройств - звукопровод при помощи которого электрические сигналы преобразуются в акустический сигнал и наоборот. Распространение акустических сигналов в звукопроводе происходит со значительно меньшей скоростью, чем электрических сигналов по элементам схемы. В ре-зультате роисходит задержка сигналов во времени. Одним из преимуществ аморфных сплавов является то, что они одновременно могут обладать инвар-ными и элинварными свойствами, что обеспечивает очень низкий температурный коэффициент времени задержки. УЛЗ широко используют в радиотехнике, в частности, в радиолокации, цветном телевидении, для преобразования н обработки (кодирование и декодирование) сигналов, а также в электронно-вычислительной технике. Прим. ред.

это указывалось в работе [1211, В этой работе аморфная лента Fe78SiioBi2 подвергалась термической обработке при сравнительно высоких температурах (450°С). Затем эта лента была использована в качестве магнитострикционного вибратора. Коэффициент электромеханической связи k при этом составил -0,75, т. е. оказался довольно высоким по сравнению с кристаллическими материалами, которые используются в качестве магнитострикционных вибраторов: металлический никель ( = 0,25), сплав N1-4,5% Со (fe=0,51), сплав Ре-13%А1 (/: = 0,33), феррит N1 - Си - Со {k = Q,27y. Коэффициент k может быть выражен через величину магнитоупругой энергии. Если величина k большая, то возникают интенсивные механические колебания, например ультразвуковые волны. Для того, чтобы материал давал большие значения k, необходимо, чтобы он обладал высокой магнитострикцией насыщения Ks, высокими значениями намагниченности и магнитной проницаемости. Кроме описанного выше сплава получены, например, химические соединения с редкоземельными элементами, в частности (ТЬо,2бОуо,74) Fe, с большой Xs, для которых = 0,6. Однако химические соединения не обладают достаточной механической прочностью и поэтому не могут быть использованы для генерирования мощных ультразвуковых волн. В этом смысле аморфные сплавы гораздо перспективнее, так как они имеют высокий предел упругости. Применение косого магнитного поля позволяет существенно повысить величину коэффициента k и изменять резонансную частоту магнитострикционного вибратора. Таким образом, появляется привлекательная возможность создания магнитострикционных вибраторов с изменяемой частотой. На рис. 5.53 показан пример зависимости коэффициента k от напряженности косого магнитного поля.

5.7.2. Инварные характеристики

Инварами называют металлические материалы, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) которых крайне мал В основе инварного поведения сплавов лежат магнитные явления. Известно, что инварными свойствами обладают аустеннтные сплавы железа: 3NiFe, 24PtFe 37Fe54Co9Cr и др. Они используются как прецизионные материалы с малым ТКЛР.

В ходе исследований магнетизма аморфных металлов инварный эффект обнаружили в сплавах на основе железа. На рис. 5.54 показаны типичные кривые ТКЛР аморфн1лх1сплавов на основе железа. Эти кривые отличаются от обычных дилатометрических кривых тем, что в диапазоне температур вплоть до точки Кюри температурный коэффициент линейного расширения очень мал.

Особенности проявления ферромагнетизма при крайне низком

Коэффициент k также называют коэффициентом магнитомеханической связи. Прим. ред.

Величина ТКЛР ииваров в районе климатических температур составляет ~10-* и ниже, что более чем на порядок меньше ТКЛР, например, железа. Прим. ред.