ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 2, с. 35-43
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 669.1782:537.623
О ПОВЕДЕНИИ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ И МАГНИТНЫХ ПОТЕРЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ Ре-3% 81 В ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ И ВРАЩАЮЩИХСЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
© 2004 г. В. Ф. Тиунов
Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 Поступила в редакцию 09.12.2003 г.
Детально исследованы особенности динамического поведения доменной структуры монокристаллов Ре-3% в знакопеременных магнитных полях, направленных под различными углами к оси легчайшего намагничивания. На основе этого обсуждаются выявленные закономерности изменения магнитных потерь образцов при различных условиях перемагничивания. Установлено качественное соответствие характера изменения доменной структуры образцов во вращающихся магнитных полях с ее поведением на монокристаллах, перемагничиваемых непараллельно оси легчайшего намагничивания. На основе этого оценен уровень гистерезисной составляющей магнитных потерь на вращательное перемагничивание образцов.
В настоящее время динамическое поведение доменной структуры образцов железокремнис-тых сплавов наиболее полно изучено при знакопеременном перемагничивании. В отличие от этого число исследований, связанных с выявлением особенностей поведения доменной структуры указанных образцов во вращающихся магнитных полях, напротив, весьма ограничено. В ряде таких работ, например [1-3], проведенных на монокристальных дисках Бе-3% было детально исследован характер изменения динамической доменной структуры и на основе этого качественно объяснены некоторые закономерности изменения магнитных вращательных потерь от диаметра, толщины дисков, а также от условий перемагничивания.
Однако многие детали динамического поведения доменной структуры образцов при вращательном перемагничивании из-за методических трудностей ее наблюдения до сих пор не ясны. Существенно усложняет понимание механизма перестройки доменной структуры ее различное поведение в центральных областях дисков и на периферийных участках, обусловленное,вероятнее всего, неоднородным распределением внутреннего магнитного поля в исследованных образцах.
Получить необходимые дополнительные сведения о поведении доменной структуры во вращающихся магнитных полях можно путем сопоставления с поведением доменной структуры монокристаллов, перемагничиваемых в знакопеременнных магнитных полях, направленных непараллельно оси легчайшего намагничивания образцов. Правомерность такого сопоставления вполне очевидна, поскольку при вращении монокристального
диска ориентация его оси легчайшего намагничивания (ОЛН) непрерывно меняется относительно направления намагничивающего поля в течение полного цикла перемагничивания от 0 до 2п.
Кроме того, из соотношения составляющих магнитных потерь образцов, перемагничиваемых под различными углами к ОЛН, можно приблизительно оценить подобный уровень для монокристальных дисков во вращающемся магнитном поле, где определение гистерезисных потерь крайне затруднительно. Подобные сведения необходимы для целенаправленного поиска путей снижения величины потерь на вращательное перемагничивание.
Исследование особенностей поведения доменной структуры и ее влияния на величину магнитных потерь монокристаллов Бе-3% в знакопеременных магнитных полях, направленных под различными углами а к ОЛН, проводилось ранее в работах [4, 5]. В первой из них показано, что полные магнитные потери и вихретоковая составляющая образцов непрерывно увеличиваются с ростом а, достигая при а = 55° максимального значения, а при дальнейшем увеличении а величина указанных потерь, напротив, монотонно падает. Выявленные закономерности поведения потерь от угла а объяснены на основе разработанной модели доменной структуры, описывающей ее изменение. К сожалению, регистрация доменной структуры проводилась стробоскопическим методом, не позволяющим надежно выявлять ее динамическое изменение, вследствие чего все наблюдения осуществлялись лишь при небольших значениях амплитуды индукции. В работе [5] детально описаны особенности динамики перест-
35
3*
а б в г
Рис. 1. Изменение вида доменной структуры монокристалла Бе - 3% 81, перемагничиваемого под углом а = 25° к оси легчайшего намагничивания при f = 60 Гц: 1А - Вт = 0.9 Тл; 1Б - Вт = 1.2 Тл. Порядок следования кадров в сериях: сверху вниз, слева направо. Время экспозиции каждого кадра 40 мкс, временные интервалы между ними 300 мкс.
полосок размерами 100.0 х 5.0 х 0.25-0.28 мм. Длинная сторона различных образцов составляла угол а = 6, 25, 55, 70, 90° с их ОЛН. При вращательном перемагничивании исследовались монокристальные диски Бе - 3% диаметром от 15 до 20 мм и толщиной 0.25-0.30 мм с ориентацией плоскости типа [001] (011).
Образцы вырезались из больших монокристаллов Бе - 3% электроискровым способом, затем шлифовались и полировались на алмазных пастах и для снятия механических напряжений отжигались в течение 2 ч в вакууме при Т = 1050°С.
Доменная структура (ДС) образцов выявлялась меридиональным Керр-эффектом, а регистрация ее динамического поведения на отдельных циклах перемагничивания проводилась на установке "Лупа времени", предназначенной для съемки быст-ропротекающих процессов.
Величина полных магнитных потерь образцов в знакопеременных магнитных полях до индукции 0.8 Тл при синусоидальном ее изменении определялась ваттметровым методом, а при более высоких значениях индукции, вследствие заметного искажения формы ее изменения, значение указанных потерь измерялось по площади динамических петель гистерезиса, записанных на экране осциллографа. Величина гистерезисных потерь образцов определялась соответственно по площади квазистатических петель гистерезиса, записанных при частоте 0.02 Гц. По разности между полными и гистерезисными потерями вычислялась вихретоковая составляющая магнитных потерь. Все измерения проводились в интервале изменения индукций от 0.25 до 1.4 Тл и частот перемагничивания от 20 до 300 Гц.
ройки доменной структуры монокристалла Бе -3% в знакопеременном поле, ориентированном под углом а = 25° к ОЛН образца и было показано, что перестройка доменной структуры при Вт ~ 1.0 Тл приводит к снижению уровня его вих-ретоковых потерь, монотонно увеличивающихся до указанной индукции. Кроме рассмотренного образца, детали динамического поведения доменной структуры монокристаллов с другими значениями а в приводимой работе подробно не обсуждались.
Целью настоящей работы является детальное изучение динамического поведения доменной структуры и магнитных потерь монокристаллов Бе - 3% при знакопеременном перемагничива-нии под разными углами к оси легчайшего намагничивания в сопоставлении с ее изменением во вращающихся магнитных полях.
При знакопеременном перемагничивании исследовались монокристальные образцы в форме
ПОВЕДЕНИЕ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
Рассмотрим изменение ДС исследованных образцов. На рис. 1 приведены 2 серии фотографий, иллюстрирующих изменение ДС монокристалла с а = 25° за 1/2 цикла перемагничивания при частоте f = 60 Гц и различных амплитудах индукции. Кадр 1а обеих серий отражает вид ДС в состоянии образца на динамической петле гистерезиса, близком к Вср = Вт, а кадр 2г точно соответствует состоянию Вср = -Вт. Здесь Вср - среднее значение индукции по сечению образца, а Вт - ее амплитудная величина. Из рис. 1А видно, что при Вт = 0.9 Тл исходная ДС образца состоит из сравнительно крупных полосовых доменов с намагниченностью /„ ориентированной вдоль кристаллографической оси [001], направленной к длинной стороне монокристалла под углом а = 25°, а также из большого числа относительно мелких доменов,
ориентированных к полосовым под углом, близким к 55°.
Ради удобства изложения последующих результатов, назовем ДС, состоящую из крупных полосовых доменов, основной доменной структурой, а ДС, состоящую из совокупности мелких доменов, - замыкающей доменной структурой. Как известно (см., напр., [4]), домены последней с намагниченностью /5, ориентированной вдоль [001], замыкают магнитный поток внутренних, так называемых С-доменов с намагниченностью, направленной вдоль двух других тетрагональных направлений [010] и [100].
Из рис. 1А видно, что в исходном состоянии образца (кадр 1а) размеры его основной ДС минимальны, подавляющая же часть наблюдаемой поверхности занята "темными" замыкающими доменами с /„ наиболее близко ориентированной по отношению к направлению намагничивающего поля. По мере его последующего снижения, размеры указанных доменов постепенно сокращаются, как за счет уменьшения их длины, так и ширины. При этом одновременно растет площадь, занятая "светлыми" замыкающими доменами с антипараллельным направлением намагниченности по отношению к ранее рассмотренным доменам и непрерывно увеличиваются размеры основной ДС, которые при достижении состояния В = -Вт (кадр 2г) занимают максимальную часть наблюдаемого участка. При последующем уменьшении величины поля, картина изменения ДС вновь повторяется, сопровождаясь прорастанием замыкающих доменов и соответствующим сокращением размеров основной ДС. Отметим, что во всех исследованных условиях перемагничивания данного образца исходная ширина доменов, наблюдаемая в размагниченном состоянии монокристалла, не менялась в течение всего цикла изменения намагничивающего поля, иными словами, они не участвовали в перемагничивании образца.
Рассмотренное поведение замыкающей ДС на наблюдаемой поверхности монокристалла носит неоднородный характер. Так, из рис. 1А видно, что глубина прорастания замыкающей ДС с правой стороны образца намного больше, чем у доменов, растущих с его противоположной стороны. Подобная особенность проявлялась на данном монокристалле и при меньших значениях индукции. Кроме того, амплитуды смещения границ проросших замыкающих доменов заметно отличаются друг от друга, причем величина скорости смещения большинства из наблюдаемых границ была существенно неоднородна по ширине образца. Последнее приводит к тому, что по мере уменьшения ширины "темных" доменов, как видно, например, из кадров 1-4 в (р
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.