ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИИ ФИЗИКА 1961 ОБ ИДЕАЛЬНЫХ КРИВЫХ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ Л. В. Киренский, А. И. Дрокин, В. С. Черкашин, Р. П. Смолин !. Еще Виллари ВВЕДЕНИЕ [ 1] было известно, что намагниченность образца изменяется под действием механических напряжений и электр-ическо­ го тока. Юинг [2] утверждал, что если при снятии кривой ния после каждого изменения поля получится безгистерезисная кривая. образец намагничива­ подвергать ударам, Гераза и Финци [3] получали безгистерезисную кривую то наложе­ нием на образец постоянного и nеремениого магнитного поля при снятии кривой намагничивания. Намагниченность измерялась в право­ лаке, по которой протекал переменный ток, создающий поле, перпен­ дикулярное постоянному .намагничивающему Терм ин "идеальная "-безгистерезисная 11олю . кривая намагничивания ферромагнетиков был введен Штейнrаузом и Гумлихом [4]. Они по­ лучали идеальную кривую, накладывая на образец после каждого из­ менения постоянного поля прод ольное nеременное поле, пара Jле ль­ ное . постоянному. При этом амплитуда перемениого поля плавно воз­ растала от нуля до некоторой наибольшей величины, а затем плавно убывала до нуля. Еще в 30 -х годах Аркадьев кривая намагничивания" [5] не совсем указывал, что термин "идеальная удачен, тем не менее он вошел в обиход. . Позднее в литературе [6-12] было указано множ е ство способов получе ни я идеальных кривых. Чаще всего их получают наложением на образец постоянного и перемениого поля с убывающей до нуля амплитудой. Указывалось также, что ее можно полу~тть "темпера­ турной тряской", т. е. последовательным нагревом и охлаждением, "механической тряской"-знакопеременными механическими напряже­ ниями и даже простым постукиванием по образцу в магнитном поле. Считалось, что такие воздействия на образец достаточны для уста­ новления состояния , параллельной намагниченности · в соседних фер­ ромагнитных областях [12]. Теория магнитного гистерезиса и идеальных кривых намагничи­ вания в слабых магнитных полях для кристаллических ферромагнети­ ков была разрабо1ана Кондореким [13,14]. Эта теорця получила ка­ чественное подтверждение в рабqт_ах Попцова и Черниковой [15,16]. ИдеаJ1ьные кривые в этих работах nолучались методом наложения на образец постоянного и nере мениого поля с убывающей до нуля амп- 97 Об идеальных кривых намаrщtч~вания ферромагнетиков литудой .. Экспериментальные идеальные кривые с теоретическими, рассчитанными не точно для трехосного ли б.шже к теоретическим кривым для совпадали материала, а одноосного материала, материал был трехосным. Это объяснялось различием в осей легчайшего намагничивания в зернах и · хотя ориентациях неиз.бежной и кристаллографической текстурой и. т. п. в реальном прош- магнитной материале. Вопрос о том, совпадают ли между собою идеальнь1е кривые, по ­ лученные разными способами, до сих Пор не решен, и решению ' это­ го вопроса посвящено насто·ящее исследование. В работе идеальныР. кривЫе получалясь наложением nостоЯнного и перемениого поля с убывающей до нуля на образец амплитудой, с nомощью механической тряски ультразвуком и постукиванием, тем­ лературной тряской с нагревом образца до температур, лежащих как ниже, так и выше точки Кюри, с последующим охлаждением до йс­ ходной температуры. При нагреве образцов до температур, лежащих ниже точки Кюри, и охлаждении до исходной температуры nроцесс нагрева и охлаждения повторялся 4 раза. 2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИИ Объектами для исследований служили образцы никеля и сплавов никель-хром и никель-медь. Такие образцы были выбраны nотому, что они имеют достаточно широкую петлю гистерезиса и сравнительно низкую темnературу Кюри. Химический состав образцов, рические в табл. размеры и некоторые магнитные их характеристики геомет­ приведены 1. Таблица 1 • 2 1 Геометрические размеры (мм) Химический N9 образца состав · · длина 99,91 %Ni 96,92 % Ni, 3 % Cr 90 % Ni, 10 % Cu 99,22% Nl 3 4 100 100 100 140 1 ширина 1 2,5 1 е толщина (о С) 0,5 13,4 21,5 5,4 13,5 1 ,О диаметр 3,0 2,0 Не GfOe 1 мм 0,2 0,5 1 1 1 360 320 170 360 Образ~::ц .N2 4 был сильно наклеnан: Специальной термообработки образцы не проходили,. так как в случае высокотемпературного отжига петля гистерезиса ~тала бы _ уз­ кой, и различия в ходе кривых были бы очень малыми. Измерения проводиJJись на вертикалJ:>ном астатическом метр е , подробно оnисанном в литературе (17]. Кондореким (18] магнито­ указывалось, что способ размагничивания образ- ца может влиять на ход кривЫх намагничивания. Это подтверждает­ ся на опыте. С образцов были сняты девств енные кривые намагни­ чивания, снятые с образцов 1, 2 и 3 (рис. 1), после размагничивания их переменным током, с убывающей до нуля амплитудой (пунктирные линии) и наГревом до температуrы Кюри, с последующим охлажде­ ю: ем до исходного состояния (20 ° С) в отсутствие магнитного поля (сплошные кривые). · · Способ размагничивания влияет на температурную зависимость намагниченности образца других эффектов (20]. (17], на величину магнитострикции Поэтому перед каждым измерением (19] и образцы размагничивались нагревом до темпер.атуры Кюри с последующим ох­ лаждением в отсутствие магнитного поля. " :: -л : · к Юlрёliский, А. и: Дрокин и '. . ·н JJ.p : . · ·.· · ' Gзвучива·н.ие · образцов проводилось ' на · частоте 20,5 ягЦ .. ' Ампли~ ту да переменН'ого : звукового давления . составлял11 .0;3'" кг f.м.м 2 • При больших . инт~нсивностях озвучивания образцы · разрушались. Мет.од11 "- 1<а . озвучивания образцов · ,подроб.но описана в литературе · [21]. · · ;,;.sJ, · · : ··. ·.· С каждого образца снимали:оь· ' девственные крИвые намагнич·и-· г-----г--.:.,---'-т-~-,--:__:_,~:__~· вания: ;, кривые нам•агнич·ивания озву·Чиваемiоrо образца ripи уве­ l. личении и ·· уменьшении магнИтно­ го Поля;; кривые При температур­ ной тряске при четырехкратном нагреве · до температур; леЖащих ниже ·точки Кюри, И охлаж:де - • '21/fl нии до кривые ицодной температуры; при · наложении на об - разец постоянного и переменно ~ · го по .~я: · с ·, убывающей · до нуля: амплитудой, ., J'# fi/ а также постоянно­ й и: коммутИруемого поля субы­ ,вающ~й да, t~Ул.я амплитудqй и 11(/k-J · '. кри'вые, точкн ' которых ны после нагрева получ~­ до . образца · Рис. 1. те~пературы, лежащей выше -т очки Кюри, с после дую щим охлаждением до ис;х9дной температуры, т. е . кривые, полуЧенны е после прохождения полного цикла · А (на­ rрев-охла ждение}- температурного магнитного гистерезиса · (т. м. г.). ~ " Ршибка при изм е рени~х составляла не более 5%·. Повторяемос:rь резупьт~тов измерени й б~Iла хорошей. · . - .... Кроме этого, пров~дились на~людени~ изменения- намагн~ченно·с~. ти , при !по'с;rукщзании образцqi! в ~агнитнфм пол е и при меха~::~иче ~кой тряске ! на ниЗких частотах . . 1 i · (50 щ) .: Эти кривы е· н е ' н а н о~. 11 cs);...:---;..·.,---..,..--..,..-_:__-'г-'---т-"1 с иЛис;.:ь на Гр~ф и'ки · из-з а боJiь.! ш6го разб ро:са ! точ ек , однако : Z.f/Jf.-:-__.;+--1::7?~~~F--::~'былo обнаружено, что такой способ не приводит к безгисте• )}е3и6нiiМ , КрИВЬI·М на.'маГЙИЧИ~ ваНИя. ~ ·~ ",i · · • • 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИй . И ИХ АНАЛИЗ · · ' ' :··; - На рис. 2 привещ~ны .г-рафи~_- ·. 1<И з ависимости намагниченно<;­ ти ·ОТ ПОЛЯ ДЛЯ НИК~ЛеJЗОГО 9б- ·. разца J\I'Q _1. · Девсще,нная · кри- . · вая ~1 идет ниж~ всех ' остаЛьных~ кривых и JIJ:IШЬ в высщшх полях она пересекает кривую 2, fl . , tfJ · ZfJ JfJ · ~ис. 2. Ф/1 §fl Н(РА . .J.Iолученную в · резулы:ате рзвучивания _ о6разщJ.,. и сливается с остал~а­ ными кривыми при насыще1:1ии . . КриваЯ ·~ 2 ПО-!!учена с озвучиваемого образца, при · нарастании - маr.­ ниtноrо поля, кривая 2' получе н·<гсозвучиваемого образца При умень· шении магнитного поля. БезгИстерезисную кривую при озвучивании . '81 Об идеальных ·кривых намагюiчивания феррома Г-нетиков образца получить не удалось, так как при ти ультразвука образец разрушается. увеличении интенсивнос­ Кривая В получена температурной тряской (нагрев от 20 до 250° С и охлаждение до 20 ° С). Кривая 4 получена при наложении на образец переменнаго поля с убывающей до нуля амплитудой. Эта безгисте­ резисная кривая вначале идет ниже кривой В, затем пересекает ее и сливается со всеми кривыми в полях насыщения. Безгистерезисная кривая 5 получена из хождения конечных значений намагниченности после про­ полного цикла т. м. г. Эта экспериментальных кривая идет выше остальных кривых. Для образца N2 1 были измерены намагниченность насыщения и обратимая восприимчивость и рассчитаны точки идеальной кривой в слабых полях для трехосных ферромагнетиков (при параметре а=3) по теории Кондорекого [14]. Эти точки ложатся выше кривой 5 (на рис. 2 не нанесены). Рис. На рис. 3 Рис. 3. 4. представлены соответствующие экспериментальные кри­ вые для образца N!! 2 (при температурной тряске - кривая В-образец нагревалея до 250° С). На рис. 4 изображены соответствующие кривые для образца N2 3 (при температурной тряске-кривая В-образец на­ гревался до 150° С). Как видно из рис. 3 и 4, ход различным образом полученных кривых аналогичен соответствующим кривым рис. 2. Исходя из современной теории технической кривой намагничива­ ния, можно думать, что безгистерезисные кривые, полученные раз­ ными способами, будут приближаться друг к - другу и совпадут в том случае, если на образец во время измерений накладывать однородные механические напряжения в пределах упругой деформации, так как потенциальные барьеры при этом будут сглаживаться. Это было про· верено на образце N2 4. Безгистерезисные лись двумя способами-прохождением вые 1 рис. 5) и наложением на постоянное вающей До нуля амплитудой (кривые кривые при этом полного цикла получа­ т. м. г. (кри .: поле переменнаго с убы. 2 рис. 5). Экспериментальные данные приведены на графиках рис. 5. Из этих графиков видно, что по мере возрастания нагрузки (а-0; б-2,37; в--6,23; z-12,12; д-20; е - 30 кzj.м.м 2 ) безгистерезисные кривые ·действительно приближаются д(>УГ к другу и в пределе · совпадают. Но при таких нагрузках и пет6. Известия вузов . Фи зика , вып. 5, 1961 г. Л. В. Киренский ; А. И. Дрокин и др : ля гистерезиса вырождается в прямую. При дальнейшем увеличении нагрузки ожидаемого расхождения безгистерезисных кривых полу­ чить н е удалось, потому что образец н ачинает течь При прохожде нии цикла т. м. г. и разрушается. Сжатию образ е ц не подвергал­ ся, так как из исследований Лап­ тея [22] ругих и так ясно, что при уп­ деформациях терезиса сужается, безгистерезисные петля а гис­ з начит кривые и будут прИближаться друг к другу, ибо они лежат в пределах петли. В области пластических дефор­ маций при сжатии образJ{а ля претерпевает сильное пет­ расши­ рение. Безгистерезисные кривые при этом могут разойтись, но ис­ 2/1 .J{I следовать это трудно: будет изгибаться. !fl 11( fle) образен. Исследования показали, что ме- Рис. 5. ханические воздействия (удары и ультразвуковые колебания) на образцы в общем случае не дают воз ­ можности получить безгистерезисные кривые. Очевидно, эти воздейст­ вия могут оказаться недостаточными го энергетического барьера ченности в сос едних и для преодоления установления потенциально ­ . параллельной намагни­ доменах. Температурной тряской переменным полем с убывающей до нулЯ! амплитудой при одновременном наложении на образец постоянного· ма'гнитного поля можно. получить бе згистерезисные кривые намагни­ чивания, но они, как правило, не совпадают между собой. · i При t~аложении однородных механических напряжений резисные кривьiе, полученные разными способами, в безгисте­ пределе совпа­ дают между собой. 4. выводы 1. 'Говоря о безгистерезисных кривых в реальных ферромагнети­ ках, нужно иметь в виду, что таких кривых может быть несколько,. в зависимости от способа их получения. 2. Наибольшее приближение к теоретичесf\ОЙ идеальной кривой имеют кривые, полученные в ре зультате прохождения образцом пол- ного цикла А температурного маtнитного гистерезиса . 3. Периодичес~ие механические знакопеременные частотой 50 и 20000 щ и постукивания · напряжения по образцу в магнитном с· по­ ле не приводят, как правиЛо, к безгистерезисным кривым. 4. При наложении значительных однородных механических нап­ ряжений на обр_азец, не выходящих за пределы упругой деформации, безгистерезисные кривые, полученные разными ·способами, прибли­ жаются .- друr к другу и в пределе совпадают. ЛИТЕ РАТУРА р] Е. У i 11 а r u. Ann. Phys. Chem., 126, 87, 1865. [2] J. Е w i n g. Trans Rov. Soc., 1, 554. 1885.:[3} G'. Ge r о s а et F i n z i. Rend . dellnst. Lomb ., 24, 1891. [4] W. S t е i n h а u s und f , G u т 1 i с h. Verh. d. Deutsch. Phys.- Ges ., 15, 369, 1915. (5] В. К. Ар к а д ь е в _ Эле.ктромаrнитные проЦ:ессы в . металлах, ч. 1, Объединенное на у чно-техни ч еское, 83 , Об идеальных кривых намагничивания ферромагнетиков изд-во. М-Л., 1934. [б] S. Р г о с о р i u. Journ. Phys.rad., l, 365, 1930. [7] Н. L а ng f. techn. Phys., 7, 117, 1930. (8] Е. Г . Шрам к о в. Сб. тр . ВНИИМ, вып. 4, 16, вып. е. Zr. 1930; 1 (17), 1932; вып. 18 (34), 19.38; вып. 10 (70), 1952. [9] J. R.AsJJwort h. Ferromagnetism, London, 1931!. [10] С. В. В о н с о в с кий и Я. С. Шур . Ферромагнетизм , ОГИЗ, Гостехиздат, М.- Л., 1948. [11] Р. Б о з орт . Ферромагнети з м. ИЛ, М., 1956, [12] К. М. По л и в а н о в . Ферромагнетики, Госэнергоиздат, М. -Л., 1957. [13] Е. И. К о н-д о р с кий. ДАН С ССР, 30, 7, 198, 1941. [14] Е . И. К о ·н д о р с кий. Journ. of Phys.,, 6, 93, 1942. [15] Н. Попцов и Л. А. Ч е рни к о в а. Journ. d. Phys, 11), 1946, (16] Л. А. Черни к о в а. ЖЭТ<Р, 21, 4, 514, 1951. [17] А. И. др о к и н и В. Л. И ль юш е н к о. ЖЭТФ, 29, 3 (9), 339, 1955. [18] Е. И. К о н д о р с к и Ц. ЖЭТФ, 10, 420, 1940, (19] А. Я. В л а с о в. Изв. АН СССР, сер . физ. 16, 6, 680, 1952. (20] Н . В. Реш е т н ик о в а. Диссерта ция, МОПИ, 1955. [21] Л. В. Кир е н с кий, А. И. др о к и н ,, В. С. Ч ер к а шин. С б . • П римепение ультраакустики к исследованию вещества •, вып , 9, 131, МОПИ, М., 1959. (22] Д. А. Лап т ей. Диссертация. Красноярекий пединститут, 1959. Институт физики СО АН СССР Красноярекий пединститут Поступила в редакцию l августа 19б0 г. \,