Способ определения констант магнитной анизотропии

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 20.12.77 (21) 2557580/18 - 25с присоединением заявки РЙ(51)Л(1, КД, 6 01 й 27/72 Геоудератевнный комитет ао аелам изобретений н отнрцтнй(2) Авторы изобретения Ю. П. Лобастов и В, И. Пушкарский Уральский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.А, М. Горького(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИИзобретение относится к способам измерения магнитных свойств ферромагкитных материалов и может быть использовано для определения констант магнитной анизотропци мапнтомягких многооскых материалов.Известен способ определения констант магнитной анкзотропии 13 путем измерения кривых врашаюшего момента, действующего наобразец в магнитном поле, при измененииугла между направлением магнитного поля иосью легкого намагничивания,При измерении констант магниткой акизотропии этим способам требуются предварительная рентгеновская ориентация монокристаллов,значительные магнитные поля при измерениях.Ошибка определения величины констант магниткой акиэотропии составляет 10 - 3.Наиболее близким к предложенному является способ определения констант магнитнойанизотропии по кривым враШаюшего момен.та 21 действующего на образец при изменении угла между направлением внешнего магнитного поля и осью легкого намагничиванияГметод механических моментов). Для реализа. шгц способа предварительно ориентированныйферромагнитныйкристалл в форме шарацлк эллипсоида вращения помещают в магнитное поле на упругом подвесе и намагничиваютэтим полем до насыщения. В случае, если направление магнитного поля ке совпадает ки содним иэ главных кристаллогоафических направлений в кристалле, на образец действуетвращающий момент, Чтобы удержать кристаллв прежнем положении, к нему нужно приложить равный по величине и противоположныйпо направлению механический момент, которыйсоздают, например, упругой пружиной. Еслиполе находится в плоскости упругого подвеса,то величина первой константы К анизотропииопределяется из выраженияК: М/5(о 4 Р,где Ы - механический момент, действующийна образец;Ч - угол между направлением поля иосью 100) .В случае необходимости определения второйконстанты магнитной анизотропии К описы720347 3ваемым способом ца образцах в форме шараследует переориентировать образец во внешнем поле таким образом, чтобы внешнее иоленаходилось в плоскости (110) моцокристалла.Если исследуемый образец имеет форму эллипсоида вращения (диска), то для определения К необходимо наличие второго образца с плоскостью (11.),Недостатками этого способа являются большая погрешность измерений (10 - 15% для ОКи 15 - 30% для К ); использование большихпо величине магнитных полей (20 - 30 На,где На - поле анизотропии материала; необходимость определения упругих констант подвеса, а также необходимость точной о 1 эиецгации 15кристалла во внешнем поле во всех трех измерениях и длительность измерений.Цель изобретения - повышение точностиопределения констант магнитной анизстропиии снижение напряженности магнитного поля, Онеобходимого для измерений.Для достижения поставленной цели образецнамагничивают последовательно вдоль каждогоиз трех главных направлений и для каждогоиз них определяют величину напряженности 25внешнего магнитного поля, при которой перпендикулярная внешнему полю и плоскостиобразца составляющая магнитной индукцииобразца достигает максимума, а величину констант магнитной анизотропии находят из выра- ЗОжений:35где 3 - намагниченность насыщения5материала;Си 1 цю ЮН И- величины напряженностей магнитных полей, при которых перпендикулярная составляющаящук.ции достигает максимальныхзначений для соответствующихкристаллографических направлений 1113, 1103 и 1003,а Ъ, с - постоянные коэффициенты.1 1 9 Ь Ъ,О =О Ь= -с: --я = - Ь=- - с,- -4 2х 4 т 2 а 4 для трехосцых ферромагцетиков;а=1 Ьо с:-1 а =4 Ь:-2 сЕлллаадля четырехосных ферромагнетиков,С целью повышения точности измерений, атакже увеличения скорости измерении, ца медленно возрастающее при намагничивании внешнее поле накладывают малое переменноемагнитное поле, а величину внешнего поля,соответствующую максимальному значению пер.пендикулярной составляющей индукри образца, фиксируют по моменту обращения в нульпеременной части этой составляющей. Определение констант магнитной ацизотро.пци производится следуюцим образом. Монокристаллический ферромагнитный образец,имеюццй форму диска с плоскостью (1 О),помещают в цамагцичивающее устройство таким образом, чтобы внешнее магнитное полебыло параллельно плоскости диска. Над поверхностью образца устанавливают датчикмагнитной индукции, например датчик Холла,подключенный ко входу измерительного прибора, Датчик устанавливается таким образом,чтобы он фиксировал перпендикулярную со.ставляющую индукции В При этом местоположение датчика на поверхности образца может быть произвольным, цо должно сохраняться при переходе от одного кристаллографичес.кого направления к другому. Лалее при цамаг.ничивации образца вдоль главцьх направлениймонокристалла 1001, 1103 и 1113 снимаютзависимости В 1. (Н), после чего графическиопределяют значения полей НЬо 1 Н 1 НГ 111/при которых В, достигает своих максимальныхзначений. Подставляя эти значения в формулы (1), (2), получают константы ациэотропииК 4 и КМомент перехода В, через максимальноезначение соответствует моменту исчезновениядоменной структуры в образце, т.е. состояниюмаксимальной неоднородности намагничиванияобразца по объему.Относительная ошибка измерений константацизотропци предложенным способом составляет 5% для К, и 8% для К,Для повышения точности измерений и ускорения измерений предварительно размагниченцыйобразец намагничивают медленно возрас-:аюшимвнешним полем Н, ца которое цакадьваетсмалое переменное магнитное поле. Затемв трех. главных направлениях 1001, 1101,1111 измерителем магнитного поля фиксируют.о говеличины магнитных полей Н, Н., Н,при которых переменная составляюцая . 1 Врегистрируемая датчиком Холла, обращаетсяв нуль, т.е. В достигает своего максимального.значения. Константы ациэотропци К ц Кнаходят затем из формул (1, 2), в которыеподставляют найденные значения Н. и измерен.ную любым известньм способом величинунамагниченности насыщения. Точность иэмере.ний составляет 3% для К и 6% для К.,П р и м е р, Монокристаллический дисккремнистого железа (Ге + 3,8% Б) с плос.костью (110) диаметром 0=11 мм и толщиной 0=0,4 мм помешали между полюсамиэлектромагнита, На расстоянии 1 см по обестороны от образца устанавливали две включенные последовательно катушки, созданциемалое переменное лоле (1=135 Гц, амплигуда10 э), коллинеарцое внешнему полю. На рас5 7203 стоянии 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 измерилВг.гдНтельного прибора, подключенного к выходу датчика, использовали селективный микро- вольтметр типа В 6 - 6 с синхронным детектором СД - 1 на выходе. Затем образец намагничивали медленно возрастаюшим внешним полем Н вдоль направления 100. В момент равенства выходного сигнала датчика нулю (т,е. при достижении максимального значения В ) фик. сировали величину внешнего поля Н. Затем К х 10 эрг/см Ее+3,8%510=0,4 мм0=11 мм Ге"3,0 тю 510=0,2 ммо=10 мм Относитсль.ная ошцберения посо ка,Известный,+О измерений пред.ется очьчпт точнаяом поле, способа явля. Следует отметить, что длялож"иным способом не требуориентация образна в мапштнЕще олчим ггреимуществоьется то, что он пригоден для35когтстанты аниэотропни К 1ческих материалах. При этомчггну внсцшего поля Н длядостигнет максимума прн нам40вдоль произволгеггого направлеобразца, а велггпгну константьопределяют по формуле: определения поликристаллиопределяют велкоторой Вп гничиванни ия в плоскости анизотропни где М направ 1 очность лов составл 5 г определения приближенияэобретсния Формул 1, Способанизотропии стант магнитнои магнитомягких,чающий ариец.агнипгом поле и определения кон ферромагнитныхматериалов, вклю ца во внепгнем м многоосцых тацию обра Необходимо отметить, что для тонких диск Ьо 111 о 1 11111 ков величины полей Н, Н,и 11 имеют тот же порядок, что и поле анизотропии материала На. Так, например, для диска сплава Ее+0,3% 51 размерами 0=10 мм и 0=0,2 мм велииииа 1 т оетавлвет 780 е, т,е.лиитто1 п 1 о 1,, ЛгО 2 1 л 1 ОО 2 На, Если учесть, что всегда и 1 "б то можно сделать вывод, что глаксимальное поле, необходимое для проведения измерений не превышает 2 На. Кроме того, при измерении укаэанным спо. собом характеристикой, используемой для определения константы аниэотропии, явлчется напряженность магнитного поля Н, измерение которой осушествляется с большой точностью и достаточно быстро любым серийным измерителем магнитной индукции (например, типа Е 11-2), в то время, как при известном способе необходимо измерение абсолютного значения величины врашательного 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 1 О - 15 раэ меньшие по величине, чем в из. вестном способе. 47 6процедуру 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)х 10 эрг/см и К = (1,3+0,1) х 10 о зргсмэ Таким же образом были проведены измерения ца двух образцах сплава (Ге+3,0% Я) размерами 10 х 0,2 мм и 10 х 0,5 мм, Полученные значения К приведены в аблице, там же для сравнения приведены значения Кг, полученные путем измерения кривых вращательного момента. размагничиваюший коэффициент в нии, параллельном плоскости образцаопределения К для поликристалет 15%, что превышает точность К извес:тчым методом из закон к насышению (20 - 30%).Составитель Н. ШпиньковТехред А.Щепзнская Корректор фЮ. Макаренко Редактор Н,Орловская Тираж 1019 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская нзбд, 4/5Заказ 10212/32 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 7 720347 измерение параметров, зависящих от величины констант мапппной зниэотропин, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения напряженности магнитного поля, необходимого для измерений, образец намагничивают последовательно вдоль каждого из трех главных кристаллографических направлений и для каждого из них определяют величину напряженности внешнего магнитного поля, при которой перпендикуляр. о ная внешнему полю и плоскости образца составляющая магнитной индукции образца Достигает максимума, а величину констант магнитной аиизотропии нзходят из выражения:К = Э 1 О Н 3+ Ь нщ 1 Роо) 15сНК 3 д Н+") 1 НО 101 оо)где К и К - константымагнитной анизогтра пни;203 - намагниченность насыщения ма. ИвН,И - величины напряженностей мзг.нитных полей, при которыхперпендикулярная составляющаядостигает своих максимзльныхзначений для соответствующих кристзллографических направлений 11111,.11103 и 1003; О Ь с - постоянные коэффициенты; о =О " - к с =- -О . - =-" с =- -4 Л, 93, Х 1 2 Е 4 а 2 2 4 для трехосных ферромагнетнков;а 4-1; тэ, О; си- Оъ.-4; Ь 2-21 сгдля четырехосных ферромагнетиков2. Способ по и; 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, а также увеличения скорости измерений, на возрастающее при намапичивзнии внешнее магнитное поле накладывают переменное магнитное поле, величину внешнего поля, соответствующую максимальному значению перпендикулярной составляющей магнитной индукции образца, фиксируют по моменту обра. щения в нуль переменной части этой состав. ляющей . Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бозорт "Ферромагнетиэм" Ил. Москва,1956, с. 388-391.2. Бозорт "Ферромагнетизм" Ил, Москва,1956, с. 452 - 456 (прототип),