Способ определения магнитной текстуры материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N23/02 

оэ

Ю

со Изобретение относится к области измерения физических параметров веще ства, а именно.к измерению параметро пространственного (объемного) распре деления 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 трансфор маторов, генераторов электрического тока, магнитных экранов и т.д. В настоящее время известен способ определения параметров магнитной тек стуры, основанный на взаимодействии исследуемого образца с постоянными и переменными магнитными полями. Однако в этом способе получаемая инфор мация носит только качественный характер и результаты измерений могут быть ошибочньши из-за .влияния на тек стуру магнитного поля,, в которое помещается образец. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения магнитной текстуры материалов, включакщий облучение образца исследуемого материала пучком поляризованных элементарных частиц при различной ориен тации образца относительно пучка частиц. В этом способе небольшой образец помещается в пучок поляризованными 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.) при менение нейтронного метода ограничивается толщиной образца, так как пучок нейтронов быстро деполяризуется из-за больших значений магнитной индукции доменов. Кроме того, ряд веществ обладает повышеннь1м 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. 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 материала 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 ориентации образца относительно пучка мюонов и по полученному временному распределению числа распадов определяют компоненты тензора, магнитной текстуры материала. Компоненты тензора магнитной текстуры вычисляют с помощью формулы. dN(t,k)Atl+a РЛО) k(n + fi,(t)) (2) p t otp-n n )cosgbt + нормирукмций множитель; коэффициент асимметрии/u e распада;значения поляризации пучка, экстраполированное к моменту направление регистрации позитронов распада; k - компонента; тензор магнитной текстуры; макроскопическое поле домена; лр компоненты; Soi,p символ Кронекера; g - гиромагнитное отношение для мюона; единичный антисимметричный тензор 3-го ранга; п..- орт вектора координатной оси; Т.,, - время жизни мкюна. Тензоры со штрихами п и ju , заданные в лабораторной системе координат, связаны с соответствующими тензорами и (cift системе координат образца посредством матриц поворота. Предлагаемый.способ основан на использовании явления взаимодействия магнитного момента мюона с магнитным полем того домена образца, в котором остановился мюон. При неколлинеарности векторов локального магнитного поля и магнитного момента мюона спин мюона будет прецессировать с соответствующей этому полю ларморовской частотой до момента распада мюона, ко торый происходит по схеме (а Благодаря закону несохранения + V четности при f e-распаде угловое расг пределение позитронов распада характеризуется резкой асимметрией по отношению к направлению спина мюона. Поскольку спин мюона прецессирует, то вероятность распада в заданном нatIpaвлeнии будет осциллировать с то же частотой. Переходя к ансамблю мюонов, можно сказать, что измерение числа распадов в определенном направлении позво ляет определять среднее значение спи на § ансамбля мюонов в данный мо. мент времени, или их поляризацию P(t). Для ансамбля остановивших ся в веществе мюонов в момент времени число позитронов распада в ма лый телесный угол в направлении k за время dt будет определяться формулой (1). При различной ориентации образца относительно пучка мюонов и направления на регистрирующий счет чик будет изменяться экспериментально наблюдаемая величина dN(t,k)/dt, т.е. будет меняться как относительное число позитронов, зарегистрированных счетчиком, так и их распределение во времени. Это обстоятельство дает возможность определить тензоры Симметричный тензор 2-го ранга , определяемый формулой (2) характеризует выстроенность доменов образца. Главные оси этого тензора логично назвать осями магнитной текстуры. В этих осях тензор текстуры Hjjtp будет диагональным, а величины диагональных элементов будут являться количественной характеристикой магнитной текстуры образца. В дальнейшем тензор будет называться тензором магнитной текстуры. Тензор (u характеризует временный ход поляризации ансамбля мюонов и определяет временное paicnpeделение позитронов распада, .попаданицих в регистрирующий счетчик; Среднеё по времени значение компонент этого тензора согласно формуле (3) равно нулю. Для образцов с малым разбросом полей в доменах его можно аппроксимировать как /,p(t) е cos(iJt+x). (4)Такая аппроксимация оправдана при А. При этом круговая частота oJ будет определяться модулем среднего магнитного поля в доменах, а А - разбросом значений этих полей. Как по- казывают эксперименты, затухание в железе мало, начиная-с температуры 30 К и выше, когда мюон диффундирует по порам кристаллической решетки. Вектор аР„(0) в формуле (1) определяется экспериментально из калибровочных измерений на образце из меди (с такой же как в исследуемом образце тормозной толщиной) во внешйем магнитном поле, перпендикулярном направлению спина мюона. Измерения тензора магнитной текстуры осуществляется следующим об разом. Пучок продольно поляризованных мюонов, сформированный мю-мезонным 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 фильт- рация 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 п „ необходимо произвести измерения при различных ориентациях образца относительно пучка мюонов. Удобно брать комбинации углов©, V и-Ч, приведенные в таблице. При этих комбинациях рабочие формулы для вычисления тензора сильно упрощаются. Получаемые для каждой комбинации углов & , ,923 Э Y, Ч) гистограммы временного распределения позитронов распада аппроксимиpyютcя согласно формуле (1) еледующим выражением: - Н г 5rNCt,e.,4),4,)H «„Се.Ч..,.е-. cos.X, .,, где Й„(в,ч ,н) - нормирующий мноямтель для конкретной г,риентации образца; а(©,Ч ,Ч ) - амплитуда прецессии (коэффициент асимметрии)I X - начальныйсдвиг фазы; N - фон случайных совпа дений (). Поскольку амплитуды а (0,.vv) включают в себя информац;;ю о первоначальной поляризации пучка мюонов, то для исключения этой зависимости при определении компонент тензора магнитной текстуры следует ввести нормированную поляризацию Р(0,М ,Ц ), определяемую формулой р(р If 4).. llS tiI®A l а(©,ч) 1+а (e.M/) (6) где ар„(б,Ч ,Н) - амплитуда прецессии для медного образца при соответствующих углах 0 и Ч (зависимость от угла Ч отсутствует). Комбинация углов поворота ушшени, град. 0 vf .11 000 ; 45ОО-45 О О О 4.5 О О -45 О 5 О 45 . А5О 135 В этом случае компоненты тензора магнитной текстуры определяются из следующих выражений: , о (0,0,0), (7) п,, 2тP(45,0,0)-P(-45,0,Oi-n.,j , (8) п , n,- 1/2LP(45,0,0)-Р(-45,0,0), (9) п 2-Р(0,45,0),,. « °РГЛЧ° лчч « 4(45 0135)-Л (12) fV.D,u,iJD; V п„ . Компоненты тензора магнитной текстуры определялись для четырех образцов из электротехнических сталей: ЭЗЗО ГОСТ 34-15, ЭЗЗО ГОСТ 34-15 и 3240 ГОСТ 24-12 и НВ (японская сталь). три образца для к ткос и обозначены как НЛЗ 34-15, ВИЗ 34-15 « 24-12. Кавдый образец представ « собой пакет из пластин толщиной °3 мм, размеры пакета 100x100x6 мм. Р сбО1 ке-пакетов пластины ориенти- . Ровались одинаковым образом; за выде «««°е направление принималось направление проката. Для калибровочных измерений использовалась медь марки Ml. Размеры медного образца ЮОхЮОх . Определены следующие компоненты тензора магнитной текстуры материалов: 1) стали НЛЗ 34-15 0,149+0,069 0,049+0,093 0,ООНО,038 0,049+0,093 0,811+0,070 0,,039 0,001jfO,038 0,,039 0,172+0,030 стали ВИЗ 34-15 0,,052 0,051+0,068 0,014+0,028 0,051+0,0680,875+0,0530,038+0,028 -0,014+0,028 0,038+0,028 0,142+0,025 - 3) для стали НВ 0,229+;0,048 0,,067 0,009+;0,025 0,032+0,067 0,949+0,052 0,033+0,030 0,,025 0,033jfO,030 0,,022 4) для стали ВИЗ 24-12 0.336+0,067 -0,024jfO,084 0,,036 0,,084 0,,067 0,022jfO,036 0,,036 0,022+0,036 0,,031 923 Из приведенных данных видно, что первые три образца обладают резко выраженной магнитной текстурой, т.е. у них существует выстроенность доменов в направлении, близком к направпению проката (на это указывает большая величина компоненты n,j,j). У образца из стали ВИЗ 24-12, наобброт, текстура выражена значительно слабее (на это указывает уменьшение вели,чины n,j,j и увеличение п и п ), так как эта сталь является слаботёкстурованнЫ динамной сталью. Предлагаемый способ измерения магнитной текстуры имеет следующие преимущества перед известными способами: определяется объемная (трехмерная) количественная характеристика распределения Доменов в образце; нет искажения результатов измерений от внешних магнитных полей; не требуется предварительного знания ориентации осей легкого намагничивания;нет ограничений на форму образцов; нет ограничений на вещество образца;. ;1айболыйая толщина образца лимитируется требованием вылета позитронов с энергией до 50 Мэв, что соответствует толщинам в 10-15 г/см ..

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.