29 Hddr – технология

В конце 80-х - начале 90-х гг. в Японии и России независимо была разработана так называемая HDDR (гидрирование диспропорционирование(распад) дегидрирование рекомбинирование) технология. Основа метода HDDR - химическая реакция, протекающая в присутствии водорода Nd₂Fe₁₄B+H₂=NdH₃+FН₂+(ВH₄). Ее направление определяется внешними условиями: давлением и температурой водорода. На первом этапе из камеры откачивается воздух и запускается водород, после чего происходит повышение температуры до 700-900ºС. При этом происходит реакция водорода с межзеренной областью и слиток растрескивается. На втором этапе водород взаимодействует с основной магнитотвердой фазой R₂Fe₁₄B с образованием продуктов реакции, приведенной выше. На третьем этапе водород откачивают, и направление реакции меняется на противоположное. На том месте, где было исходное зерно, образуются новые, меньшие по размерам, зерна с анизотропией исходного зерна. И на последнем этапе порошок остужают. И когда при комнатной температуре высовываем, получаем кучку порошка (размер порошинок ~ 300-500 мкм, ровненькие, изотропный порошок).

 

30 Спин – ориентационный переход в Nd2Fe14b

ОРИЕНТАЦИОННЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

- (спин-переориентационныепереходы) - особый класс магнитных фазовых переходов, при к-рых меняется ориентация осей лёгкого намагничивания магнетиков при изменении внеш. параметров (темп-ры, магн. поля). Эти фазовые переходы происходят между магнитоупорядоченными фазами магнетика и относятся к т. н. переходам типа порядок - порядок. При О. ф. П. перестраивается магнитная атомная структура и изменяется магнитная симметрия кристаллов. О. ф. П., происходящие при изменении темп-ры, наз. спонтанными переходами, при изменении внеш. магн. поля - индуцированными переходами.

Простейшим примером спонтанного О. ф. п. является наблюдаемая в ряде магн. кристаллов переориентация спинов (спиновых магн. моментов) от одной кристаллографич. оси к другой при изменении темп-ры. Такие переходы наблюдаются, напр., в классич. ферромагнесике кобальте, в гадолинии, в интерметаллических соединенияхRCo5 (гдеR - Nd, Pr, Dy, Tb), ферримагнетиках Mn2Sb и Ba2Co2Fe12 О 22 и в целом ряде редкоземельных магнптоупорядоченных кристаллов [1]. Спонтанная переориентация магн. моментов обусловлена в них температурной зависимостью энергии магнитной анизотропии.

В том случае, когда переориентация моментов осуществляется в нек-рой кристаллографич. плоскости кристалла, изменение термодинамич. потенциала Ф кристалла удобно представить в виде

где К 1 и К2- константы анизотропии, изменение к-рых с темп-рой и приводит кО. ф. п.; - угол ориентации оси лёгкого намагничивания относительно кристаллография, осей в плоскости переориентации. Минимизация (1) по углу приводитк трём возможным состояниям системы (вблизи от О. ф. п. К2 считают не зависящей от темп-ры):

Если К 1 знакопеременна, <а К2 > 0 в рассматриваемой области темп-р, то в кристаллемогут существовать коллинеарные фазы I и II и угл. фаза III. Темп-ры Т 1[при к-рой К 1(T1) +2 К2= 0] и Т2 [при к-рой К 1 (Т 2)= 0] есть точки О. ф. п. II III и I III соответственно. <На рис. 1 приведены в качестве примеров температурные зависимости констант К 1 и К2 гексагональных интерметаллич. соединений NdCo5 и РгСо 5, на рис. 2 показаны температурные зависимости угла отклонениянамагниченности от гексагональной оси для этих соединений. Переходы междуфазами I 111 и III II, возникающиепри инверсии знака константы анизотропии К 1, являютсятипичными примерами фазовых переходов, описываемых теорией Ландау [2].

Рис. 1. Температурные зависимости константа анизотропии для NdCo5 (пунктир) и РrСо 5 (сплошная линия).

Действительно, в случае, напр., перехода I III, разложение термодинамич. потенциала (1) в ряд по вблизи Т = Т₂ даёт известное выражение теории Ландау[зависимость К 1( Т) в рассматриваемой области температур предполагается линейной]:

где ( Т)= 2К 1 (Т) = 2К(Т - Т2)/Т 2, К- константа, = 4 К2, Угол здесь играет роль параметра порядка.

Рис. 2. Температурные зависимости ориентации осей лёгкого намагничивания для NdCo5 и РrСо 5.

Такую же форму принимает термодинамич. <потенциал вблизи точки Т = Т 1 при (либо ).Т. о., переориентация магн. моментов, описываемая термодинамич. потенциалом(1), при К2 > 0 происходит непрерывно, путём двух фазовых переходов 2-го рода при темп-pax Т1 и Т 2. Параметр (параметр порядка) меняется при этом непрерывно, а производная имеет разрывы на концах области переориентации (рис. 3, а). Очевидно, <что вблизи темп-р Т 1 и Т 2, при к-рых происходят фазовые переходы 2-го рода, должны наблюдаться характерные особенности в поведении ряда термодинамич. величин: теплоёмкости, модуля Юнга и т. <п., а также расходимость восприимчивости (описывающей отклик параметра порядка на термодинамически сопряжённое ему поле), обращение в нуль частоты колебаний параметра порядка (мягкая мода), замедление его релаксации ит. д. Такие аномалии в окрестности точки О. ф. п. действительно наблюдались, <напр., в редкоземельных магнетиках [1]. При непрерывной переориентации магн. моментов угл. фаза III играет роль "буфера". Она позволяет магн. <моментам непрерывно переходить из фазы I в фазу II. О. ф. п. относятся к переходам, для к-рых теория Ландау является очень хорошим приближением, <т. к. флуктуации параметра порядка в критич. состоянии здесь можно не учитывать, <поскольку они проявляются в очень узкой области темп-р (.~10-6 - 10-8K) вблизи точки перехода.

Рис. 3. Температурная зависимость угла при ориентационном фазовом переходе: а - К 2 б - К 2< 0.

При К2 < 0 фаза III является неустойчивой и температурные области существования фаз I и И перекрываются. <С точки зрения симметрии, непосредств. непрерывный переход III невозможен, т. к. для непрерывного перехода необходимо, чтобы группа магн. <симметрии одной из фаз, участвующей в переходе, была подгруппой симметрии другой фазы, что для фаз I и II не выполняется. Следовательно, непосредств. <переход III может осуществляться только скачкообразно (фазовый переход 1-го рода) при .= Т с, где Т с определяется условиями равенства термодинамич. потенциалов обеих фаз: Ф(= 0) = Ф( ),т. е. K1(Tc) + K2 =0.Темп-ры Т 1 и Т2, определяемые ур-ниями К 1 (Т 2)=0 и K1(T1)+ 2К 2= 0, есть границы областей существования метастабильных фаз (в предположении, <что переход III происходит однородно по образцу). Разложение Ф по (либо приводит к выражению (2), где = 4 К2 < 0, что, согласно теории Ландау, является признаком фазового перехода 1-го рода. На рис. 3( б) изображена зависимость ( Т )для этого случая.

Внеш. магн. поле Н вн оказывает существ. влияние на О. ф. п., подавляя их или, наоборот, способствуя их возникновению. Поле Н вн может также индуцировать О. <ф. п. Напр., в целом ряде антиферромагнетиков при достаточно большом (критическом)значении магн. поля Н с, приложенного вдоль оси антиферромагнетизма, <происходит переориентация спинов, и намагниченность магн. подрешёток устанавливаетсяперпендикулярно направлению действующего магн. поля [3] (см. Спин-флоппереход). Индуцированные полем О. ф. п. наблюдались также вслабых ферромагнетиках, в частности в редкоземельных ортоферритах, для к-рых были исследованы разнообразные фазовые диаграммы Н с-.[1].

31 Пленочные постоянные магниты.

Перспективное направление, заключающееся в получении магнитотвердых пленок, характеризуется возможностью расширения диапазонов получения и применения готовой продукции. Миниатюризация постоянного магнита позволяет уменьшить приборное или исполнительное устройство, основой которого является постоянный магнит. Первые попытки получить постоянные магниты пленочной конфигурации относятся к 1990-м годам, когда ионно-плазменным напьшением бьли получены пленки SmCoj. Использование полученных пленок было ограничено отсутствием у них кристаллической текстуры. Основная техническая проблема пленочного магнита состоит в том, что необходимо получить достаточно интенсивное магнитное поле в направлении, перпендикулярном плоскости пленки. Такое геометрическое соотношение между направлением вектора намагниченности и минимальным размером (толшиной) пленки является энергетически очень невыгодным. Размагничивающее поле пленки, возникающее из-за наличия на поверхности магнитных зарядов, как бы разворачивает силовые линии магнитного поля в плоскость пленки и составляющая поля в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, мала. Преодолеть эту ситуацию можно, только создав в пленке кристаллическую текстуру, при которой оси легкого намагничивания кристаллитов будут направлены перпендикулярно плоскости пленки. Кроме того, необходимо обеспечить в кристаллитах высокое значение коэрцитивной силы для противостояния перемагничиванию под воздействием размагничивающих полей. Этим требованиям удовлетворяет соединение NdjFejB, которое склонно к образованию направленной кристаллической текстуры при затвердевании и обладает высоким значением магнитной кристаллической анизотропии. В проекте Постоянные пленочные магниты на основе сплава Nd-Fe-B , выполняемом в Московском государственном институте стали и сплавов (руководитель - проф., д. ф.-м. н. А.С.Лилеев), методом ионно-плазменного распьшения получены магнитотвердые пленочные магниты толщиной 30...300мкм с магнитной энергией до 35 МГс-Э. Найдены оптимальные условия напыления. Разработана технология получения пленок с кристаллической текстурой, перпендикулярной плоскости пленки, со свойствами: jH = 23,7 кЭ, = 10,1 кГс и (ВН) = 25,5 МГс Э, и изотропных магнитотвердых пленок, обладающих jH = 30 кЭ, В = 6,3 кГс и (ВН) = 12 МГс Э. Изучено влияние температуры подложки при напылении и режимов отжига на магнитные свойства и текстуру получаемых пленок. Определен интервал температур напыления и отжига пленок, при которых формируется кристаллическая текстура в пленках, когда ось перпендикулярна плоскости пленки. В работе установлено, что в зависимости от температуры подложки, температуры отжига и времени отжига используемым методом напыления можно получать как текстурованные, так и нетекстурованные пленки с коэрцитивной силой у последних до 30 кЭ. В отличие от ранних работ, в которых большие значения коэрцитивной силы пленок достигаются при длительных выдержках при температуре отжига, в настоящей работе показано, что jH. > 28 кЭ может быть получена при кратковременном (менее минуты) отжиге при = 510°С. Проведено моделирование петель гистерезиса для ансамбля частиц, имитирующего пленку. Показано, что размеры частиц пленки составляют сотни нанометров и являются однодоменными. Проведено сравнение гистерезисных характеристик магнито-твердого пленочного магнита и спеченных магнитов на основе соединения Nd2Fe14B в интервале температур от 4,2 до 293 К. Установлен однотипный для пленочных и спеченных магнитов характер изменения намагниченности от размагничивающего поля при различных температурах, который обусловлен наличием спинориентационного перехода в соединении Nd2Fe14B и несовершенством кристаллической текстуры в исследуемых магнитах. Основываясь на магнитных и технических свойствах пленок, было предложено их использование в двух приборах; рекламно-информационном, управляемом магнитосенсорами, мультипликаторе (РУММ) и управляемом магнитосенсорами носителе информации картотечном (УНИ), а также для плоского микродвигателя.