Способ определения констант магнитной анизотропии Советский патент 1980 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к способам измерения магнитных свойств ферромагнитных материалов и может быть использовано для опреде ления констант магнитной анизотропии мапгатомягких многоосных материалов. Известен способ определения констант магнитной анизотропии 1 путем измерения кр вых вращающего момента, действующего на образец в магнитном поле, при изменении угла между направлением магнитного поля и осью легкого намагничивания. При измерении констант магнитной анизотропии этим способам требуются предваритель ная рентгеновская ориентация монокристаллов значительные магнитные поля при измерениях. Ошибка определения величины констант магнитной анизотропии 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 (метод механических моментов). Для реализа Ц11н способа предварительно ориент1фован11ый ферромагнитный - кристалл в форме шара Ю1И эллипсоида вращения помещают в матитное поле на упругом подвесе и намагничивают этим полем до насыщения. В случае, если направление магнитного поля не совпадает ни с однн.м из главных кристаллографических направлений в кристалле, на образец действует вращающий момент. Чтобы удержать кристалл в прежнем положении, к нему нужно приложить равный по величине и противоположный по направленшо механический момент, который создают, например, упругой пружиной. Если поле находится в плоскости упругого подвеса, то величина первой константы К анизотропии определяется из выражения K M/3in4 f , где М - механический момент, действующий на образец; Ч - угол между направлением поля и осью 100. В случае необходимости определения второй константы магнитной анизотропии К описы3ваемым способом на образцах в форме шара следует переориентировать образец во Bueiuнем поле таким образом, чтобы внешнее иоле находилось в плоскости (ПО) монокристалла. Если исследуемый образец имеет форму зллипсовда вращения (диска), то для определения К необходимо наличие второго образца с плоскостью (Иб). Недостатками этого способа являются: большая погрешность измерений (10-15% для К и 15-30% для К2); использование больших по величине магнитных полей (20-30 На, где На - поле анизотропии материала); необходимость определения упругих констант подвеса, а также необходимость точной о|зиентации кристалла во внешнем попе во всех трех измерениях и длительность измерений. Цель изобретения повышение точности определения констант магнитной анизотропии и снижение напряженности магнитного поля, необходимого для измерений. Для достижения поставленной цели образец намагничивают последовательно вдоль каждого из трех главных 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 анизотропии находят из выра жений: .,H-° (1) .Hin4Hr -4Hr-ir(2) где Э - намагниченность насыщения материала; величины напряженностей магнит ных полей, при которых перпен дикулярная составляющая инду ции достигает максимальных значений для соответствующих кристаллографических направлений 1111, 110 и 1001, o. - постоянные коэффициенты. ,, v|; s-i; , для трехосных ферромагнетиков; а --1;Ъ о; С,--И-, , П.-г; с -г } для четырехосных ферромагнетиков. С целью повышения точности измерений,- а также увеличения скорости измерений, на мед ленно возрастающее при намагничивании внеш нее поле накладывают малое переменное магнитное поле, а величину внешнего поля, соответствую1цую максимальному значению пе пендикулярной составляющей индукции образ ца, фиксируют по моменту обращения в нуль переменной части этой составляющей. 74 Определение констант магнитной анизотропии производится следующим образом. Монокристалличеекий ферромагнитный образец, имеюишй 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 шщук1щи, например,датчик Холла, подключенный ко входу измерительного прибора. Датчик устанавливается таким образом, чтобы он фиксировал перпендикулярную составляющую индукции Ъ При этом местоположение датчика на поверхности образца может быть произвольным, но должно сохраняться при переходе от одного кристаллографического направления к другому. Далее при намагни швании образца вдоль главных направлений монокристалла 100, ПО и Ш снимают зависимости В (Н), после чего графически определяют значения полей , при которых В достигает своих максимальных значений. Подставляя эти значения в формулы (1), (2), получают константы анизотропии и К. Момент перехода В, через максимальное значение соответствует моменту исчезновения доменной структуры в образце, т.е. состоянию максимальной неоднородности намагнич1тания образца по объему. Относительная ошибка измерений констант анизотропии предложенным способом составляет 5% для К и 8% для К2. Для повьпдения точности измерений и ускорения измерений предварительно размагниченный образец намагничивают .медленно возрастающим внешним полем Н, на которое накладывается малое переменное магнитное поле h . Затем в трех, главных направлениях 100, ПО, 111 измерителем магнитного поля фиксируют - „ЦОС ,, величины Магнитных полей Н , И , Я jt Р / при которых переменная составляющая , регистрируемая датчиком Холла, обращается в нуль, т.е. В достигает своего максимального. значения. Константы анизотропии К и К находят затем из формул (1, 2), в которые подставляют найденные значения Н„ и измеренную любым известным способом величину намагниченности насыщения. Точность измересоставляет 3% для К и б7п для К. Пример. Монокристаплический диск кремнистого железа (Fe 3,87г Si) с плоскостью (ПО) диаметром мм и толщиной ,4 мм помещали между полюсами электромагнита. На расстоянии i см по обе стороны от образца устанавливали две включенные последовате)1ьно катушки, создаюиу{е малое переменное поле ( Гц, амплитуда 10 э), коллинеарное внешнему полю. На рас57стоянии 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 ЭДС, пропорциональная величине - В качестве измерительного прибора, подключенного к выходу датчика, использовали селективный микровольтметр типа В6-6 с синхронным детектором СД-1 на выходе. Затем образец намагничивали медленно возрастающим внешним полем К вдоль нагтравления 100. В момент равенства выходного сигнала датчика нулю (т.е. при достижении максимального значения В) фиксировапи величину внешнего поля Н Затем 7 процедуру повторяли для двух других кристаллографических направлений 110 и 111. Расчет констант анизотропии по формулам (1, 2) дает в рассмотренном случае следующие значения: К (2,8+0,1)х10эрг/см г (13ip,l)xlOSpr/CM Таким же образом были проведены измереifflH иа двух образцах сплава (Fe+3,0% Si) размерами 10 х 0,2 мм и 10 х 0,5 мм. Полученные значения К приведены в аблице, там же для сравнения приведены значения K., полученные путем измерения кртых вращательного момента.

Известный

(по кривым врашаНеобходимо отметить, что для тонких дис„ ,,(ОО1 ,, irUH ков величины полей И , И и И имеют тот же порядок, что и поле анизотропии материала На. Так, например, для диска сплава Fe-(-0,37r Si размерами мм и ,2 мм величина И оставляет 780 э, т.е. 2 рлОг„о1 2 На. Если учесть, что всегда то можно сделать вывод, что максимальное поле, необходимое для проведения измерений, не превышает 2На. Кроме того, при измерении указанным способом характеристикой, используемой для определения константы анизотропии, является напряженность магнитного поля 11 , измерение которой осуществляется с большой точностью и достаточно быстро любым серийным измерителем магнитной индукции (например, типа Ell-2), в то время, как при известном способе необходимо измерение абсолютного значения величины вращательного момента, что связано с определением упругих констант подвеса, а следовательно, с увеличением погрешности и времени измерений. Предложенный способ обеспечивает увеличение точности измерений в 2-4 раза. При реализации способа используются магнитные поля, в 10-15 раз меньшие по величине, чем в известном способе. Следует отмет ть, что для измерений предложенным способом не требуется ) точная орпентац я образца в магнитном поле. Еще одним преимуидеством способа является то, что он пригоден для определения ко1 стантьг анизотроп1ш К в поликристаллических материал;и. При этом определяют велич1П у внешнего поля Hg для которой В достигнет максимума при намагничивании вдоль произвольного направления в плоскости образца, а веп№яшу константы анизотропии определяют по формуле: , где N - размагн1ГЧ1тающий коэффициент в направлении, параллельном плоскости образца. 1ащость определения К для поликристаллов составляет 15%, что превышает точность определения К известным методом из закона приближения к насыщению (20-30%). Формула изобретения 1. Способ определения констант магнитной анизотропии ферромагнитных Магнктомягких, многоосных материалов, включающий орнеитацию образца во внесшем магнипюм попе и 77 измерение параметров, зависящих от величины констант магнитной анизотропии, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения напряженности магнитного пешя, необходимого для измерений образец намагничивают последовательно вдоль каждого из трех главных кристаллографических направлений и для каждого из ни:( определяют величину напряженности внешнего магнитного поля, при которой перпендикулярная внешнему полю и плоскости образца составляюииш fлaгнктнoй индукции образца достигает максимума, а величину констант маг нитной анизотропии находят из выражения: «, оДс,и№.ъ,нС исн « ЕгНГ ЧН., где К и К - константы i магнитной анизотропии;Ос,- намагниченность насыщения ма„1 «Г,.Р1оз ..1. S S S величины напряженностеи магнитных полей, при которых перпендикулярная составляющая jj достигает своих максимальных значений для соответствующих кристаллографических направлений 1П,) и а.Ь с постоянные коэффициенты; Vii ---i для трехосных ферромагнетиков; Vi VO; S-- V-2 v-2 . для четырехосных ферромагнетиков 2. Способ , отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, а также увеличения скорости измерений, на возрастающее при намагаичивании внешнее магнитное поле накладьшают переменное магнитное поле, величину внешнего поля, соответств тощую максимальному значению перпендикулярной составляющей магнии-ной индукции образца, фиксируют по моменту обращения в нуль перемеьшой части этой составляющей . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бозорт Ферромагнетизм Ил. Москва, 1956, с. 388-391. 2. Бозорт Ферромагнетизм Ил, Москва, 1956, с. 452-456 (прототип).