ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 97, № 3, с. 47-49
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ _
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 669.1'24'71:(537.621.4+539.67)
МАГНИТНАЯ И АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ СПЕЧЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
© 2004 г. Ф. X. Акопов*, Н. Л. Арабаджян*, Н. Д. Кватая**, Г. Ш. Ониашвили**, И. В. Чхартишвили**
*Институт физики АН Грузии имени Э. Андроникашвили, 380077 Тбилиси, ул. Тамарашвили, 6 **Институт металлургии и материаловедения имени Ф. Тавадзе АН Грузии, 380060 Тбилиси, просп. Ал. Казбеги, 15 Поступила в редакцию 14.07.2003 г.
В работе представлены результаты измерений температурной зависимости магнитной восприимчивости на переменном токе, а также температурной зависимости внутреннего трения и модуля упругости спеченных композиционных материалов Ре-№-А1 и Ре-№-А1-Си. Совпадение аномалий магнитной восприимчивости %' и внутреннего трения Q-1 при 125 К свидетельствует о едином механизме, ответственном за наблюдаемое явление. Характер зависимости Qг1(T) и модуля упругости/2(Т) при температуре выше 150 К свидетельствует о суперпозиции ряда релаксационных процессов.
Порошковые среды успешно применяются для создания композиционных материалов, существенно отличающихся по характеристикам от тех же материалов в моно-, поликристаллическом или аморфном состоянии. Различие свойств обусловлено большим вкладом поверхностных эффектов, сравнимых с объемными, а также процессами, происходящими в области контакта порошинок [1]. Исследование физико-механических свойств подобных материалов открывает новые перспективы их использования в самых различных областях техники [2].
В данной работе представлены результаты измерений магнитных и механических свойств композиционных материалов, изготовленных спеканием порошинок Бе, N1, А1, а также Бе, N1, А1 и Си.
Исследуемые материалы были приготовлены по известной технологии [3, 4]. В размолотую шихту, состоящую из порошинок размером 10-20 мкм, при тщательном перемешивании добавлялся стеорит цинка. Холодное двустороннее прессование проводилось при давлении 600-1000 МПа. Первое прессование проводилось при 400-600 МПа, повторное при 1000 МПа. Спекание порошинок происходило в остросутенном водороде при температуре ~1500 К [5].
Состав исследуемых массивных композиционных материалов (МКМ) представлен в таблице.
Большую роль в образовании высококоэрцитивного состояния этих материалов играет механизм дисперсионного твердения [3]. Содержание никеля и алюминия в железе, а также скорость охлаждения подбиралась таким образом, чтобы важные физические параметры, как, например,
остаточная индукция Вг и коэрцитивная сила Нс, имели максимальные значения [4]. Легирование медью ограничивалось необходимостью повышения стабильности характеристик материала. Это выражается в отсутствии зависимости свойств материалов от небольших изменений химического состава, наличия нежелательных примесей и возможного нарушения режима термообработки.
Измерение комплексной магнитной восприимчивости
% = %'-1 %''.
где %' - действительная, а %" - мнимая части, осуществлялось с помощью высокочувствительного специального моста переменного тока [5], позволяющего эффективно разделять %' и %". Частота переменного магнитного поля ~1.3 кГц, его амплитуда ~10 мЭ. С помощью электронной системы терморегулирования измерения проводились в режиме линейного нагрева образца со скоростью ~1 К/мин.
Измерение механических свойств (модуля упругости и внутреннего трения) проводились с помощью акустического спектрометра [6] на образцах, имеющих форму тонких пластин, в которых возбуждалась четвертьволновая изгибная мода ко-
Состав исследуемых массивных композиционных материалов (МКМ)
Материал Массовая доля, %
Бе N1 А1 Си
МКМ-1 65 23 12 0
МКМ-2 58 25 13 4
48
АКОПОВ и др.
X, отн.ед. 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5
50 100 150 200 250 300 350
Т, К
Рис. 1. Температурные зависимости X спеченных композиционных материалов МКМ-1 (кривая 1), МКМ-2 (кривая 2).
лебаний. Собственная частота колебаний находилась в области 1-5 кГц. Возбуждение колебаний осуществлялось электростатическим способом. Измерения температурных зависимостей внутреннего трения и модуля упругости осуществлялись в процессе нагрева образца со скоростью ~1 К/мин. Максимальная амплитуда деформации колеблющегося образца не превышала ~10-6. При изгиб-ных колебаниях модуль упругости Е образца про-
порционален квадрату его резонансной частоты /г в соответствии с формулой
, к Е
= Ые-
где а - постоянная; к - толщина пластины; 1 -длина вибратора; р - его плотность. Поэтому далее на графиках результаты измерений Е представлены в единицах квадрата собственной частоты /2Г акустического вибратора. Внутреннее трение определялось по декременту затухания образца.
На рис. 1 представлены температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости %' образцов МКМ-1 (кривая 1) и МКМ-2 (кривая 2). Из рисунков видно, что при температуре 125 К на обеих кривых наблюдается излом, характерный для фазовых переходов [7]. При дальнейшем повышении температуры кривая 2 имеет меньший по сравнению с кривой 1 наклон.
На рис. 2 представлены температурные спектры модуля упругости и внутреннего трения образца МКМ-1. Как видно из рисунка, на кривой/2(Т) наблюдается локальный минимум при 125 К, что также характерно для фазовых переходов [8]. На кривой О-1(Т) наблюдается два пика. Первый из них имеет небольшую высоту АО 1 ~ 10-3 и излом при Т = 125 К, а второй пик с максимумом при Т ~ ~ 260 К имеет вид, характерный для дебаевской релаксации и имеет гораздо большую высоту (АО"1 ~ 4 х 10-3 для образца МКМ-1). Кривые А£И(Т) и /2(Т) для образца МКМ-2 имеет тот же вид, одна-
/2, (кГц)2 2.35
50
д-1 х 103 7
100
150
200
250
300
Т, К
Рис. 2. Температурные зависимости модуля упругости /2 и затухания звука О 1 для материала МКМ-1.
ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ том 97 № 3 2004
2
1
6
5
4
3
2
1
МАГНИТНАЯ И АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ
49
ко отличие заключается в том, что при Т ~ 260 К приращение внутреннего трения составляет А^1 ~ ~ 1 х 10-2.
Совпадение аномалий при 125 К на кривых Х'(Т) и /2(Т) свидетельствуют о едином механизме, ответственном за наблюдаемое явление. Наблюдаемые эффекты могут быть связаны либо с магнитно-структурным изменением, либо со спин-преориентационным магнитным фазовым переходом, вызывающим изменение упругих свойств посредством магнитострикции.
Характер зависимостей О-1(Т) и /2(Т) при температурах выше 150 К показывает, что наблюдаемый максимум внутреннего трения является релаксационным. Однако большая ширина максимума свидетельствует о том, что он обусловлен суперпозицией ряда релаксационных процессов с не определенным на данном этапе типом релаксаторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984.
312 с.
2. World congress on powder metallurgy & particulate materials. Orlando, June 16-21, 2002. 134 p.
3. Любарский Ф.Е., Ливингстон Дж.Д, Чин Ж.И. Магнитные свойства металлов и сплавов // Физическое металловедение. М.: Металлургия, 1987. Т. 3. 509 с.
4. Порошковая металлургия, справочник. Киев: На-укова думка, 1985. 509 с.
5. Акопов Ф.Х. Установка для автоматической записи спектра магнитного последействия и дезакко-модации ферромагнитных металлов и сплавов // Металлофизика. 1973. Вып. 45. С. 100-103.
6. Мелик-Шахназаров В.А., Наскидашвили И.А. Установка для автоматической записи внутреннего трения металлов // ПТЭ. 1967. № 1. С. 81-84.
7. Баазов Н.Г., Акопов Ф.Х, Гогава В В. и др. К аномалии магнитных свойств феррита-граната Tb0.26Y2.74Fe5O12 // ФТТ. 1980. Т. 22. С. 273-275.
8. Rehwald W. The stady of structural phase transitions by means of ultrasonic experiments // Adv. Phys. 1973. V. 22. P. 721-755.
4 ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ том 97 < 3 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.