Релаксационные эффекты в ферромагнетиках в сложных полях Родионов, Александр Андреевич

Введение к работе

Актуальность теки. При изменении внешних условий твердое тело релаксируєт, переходя в нозое равновесное состояние. Мерой диссипации при этом является внутреннее трение, служащее затаим источ- . ником информации о структуре п свойстзах изучаемых сбз-зктоз. Исследования релаксационных процессов ведутся на всех основних тп-лах тзердих тел. Из race ферромагнетикам, в которых выявлен ряд не. л. и важных явлений, отводится заметная роль. Пршщидиа..т>кый интерес для физики твердого тела представляет изучение рассея ія энергии в ферромагнитных кристаллах, св-занное с кагкитоупрутт-м гистерезисом (УУГ) . Домикиругадая обычно роль его в ферромагкетп-ках и сильная зависимость от внешних полей и параметров система придают особую актуальность з научном и з прикладком аспектах исследованиям механизмов и закономірностей диссипации энергии з них. Изучение процесса рассеяния энергии в ферромагнетиках крал-не ванно для понимания причіп; гистерезкеных потерь з твердых те- . лах, имеюдих доменные границы (ДТ J .

Прикладная значимость этих исследозагай определяется необходимостью решения для развития физики релаксационных явлений в ферромагнетиках таких задач, как получение материалов, cnocwJmix интенсивно гаспть механические колебания и варьирование этого затухания. Оптимальное решение этих за^,ач немыслимо без ясного понимания механизмов и закономерностей рассеяния энергии в ферромагнетиках, связанных с ЮТ.

Известно немало экспериментальных работ, где изучалось магнптс-упругое затухание в полях простих, внешних воздействий. Тем не менее многие результаты не находят четкого и однозначного объяснения. Все известные подходи к проблеме МУХ дачо в узком диапазоне простых внешних воздействий чашо всего не дают и качественного объяснения экспериментальных данных, а если и описывают отдельные результаты, то ли-.п феноменологически через эмпирические ПОСТОЯННО. Что касается сложных полей, под которым! понимаются комбинирован-, ные внелний воздействия, то для них нет- ни экспериментальных данных, ни'тем более і ^%орет'.:' улих. Основная причина такой ситуации з понимании природы МУГ заіслючаетея в игнорировании при этом реальной доменной и кристаллической структуры маї'нетиков.

При больших деформациях развивается эффекты, свяэаш"'<;.с ра:<-мпогенпем и перегруппировкой дефектов кристаллов. Эти процесс-; в первые моменты поело деформации недостаточно изучены. Мало ас-

следовало также влияние магнитного и упругого полей на восстановление внутреннего трения в ферромагнетиках. Пластическая деформация приводит к развитию в ферромагнетиках сложной совокупности процессов. Так на никеле был обнаружен ориентащгоншй фазовый пе-реход(ОФП), сопутствующий МУР. Он, вероятно, связан с влиянием внешних напряжений і ориентацию Еекторов намагниченности магнетиков. Хотя сопутствующий СФІЇ возврат и лзучен в ряде работ, однако, для более полного понимания этого явления необходимы исследования и на сплавах с малым содержанием ферромагнитных компонент. Таким образом.в настоящее время отсутствует даже качественное объяснение многих известных экспериментальных закономерностей по ЮТ в области простых внешних воздействий. Такая ситуация создает серьезные препятствия на.пути дальнейшего прогресса в понимании природы гистерезлсных потерь в ферромагнетиках, связанных с наличием в них доменов и ДГ.

Цель и задачи исследования. С учетом такого положения, сложившегося в данной проблеме, была поставлена цель работы: Исследование закономерностей релаксационных явлений в. классических ферромагнетиках в слоаных полях и разработка на основе их обобщения моделей процессов и механизмов диссипации магнитоупругой энергии во взаимосвязи с доменной и магнитокрпсталличеекой структурой изучаемых объектов. Слояпые поля, окь авшиеся надеаным и чувствительным инструментом исследования структуры магнетиков и значительно расширяющим информативные возможности метода внутреннего трения, использовались в работе для достижения поставленной цели в качестве своеобразного зонда. Именно в таких полях выявляются эффекты, которые в простых полях не имэ2зт места. Переход к ним в теоретическом плане явился отражением универсальности развитого в работе подхода к проблеме 'їлагнитоупругого затухания. В прикладком плане исследования в таких пол^х крайнз важны, поскольку они воздействуют в процессе эксплуатации на реальные, магнетики. Наряду с изучением МУР, микро-вихревых потерь,проводились и магнитные измерения, OCOGJHHO в тех случаях, когда без них , например, при больших амплитудах деформации магнетик- когда происходит ОФП , трудно обойтись.

В качестве объектов исследования выбраны классические ферромагнетики (поли- и монокристаллы ) : никель 99,99/5^-0,^0,Fe -0,09C,Fe -0,l3C,Fe-0,15SC,Fe-Q,8$&C, Fe-3% 5; , Fe-b% W , кобальт 99,2. а также AI 99,995^, алюминий 99,5>, содержащий Q,18*0,355?fe ht-i%Fe медь с примесью Fe и ML 1С »10 ^ (вместе взятых), константан, манганин, алюмель. В процессе^выполнения работы ставились

и реідалпсь следув'днб задачи:

1. Разработать кетоды исследования "ОТ в сложных полях.

2. Изучить особенности поведения внутреннего трения л маишт-ннх свойств ферроуагкетикоз при малых деформациях в сложных полях.

3. Разработать теории магнитоупругого затухания, описывающую выявленные закоко."зрности и эффекты.

4. ПроЕестя комплек" исследований магнитных и иагкитоу-ругах свойств ферромагнетиков з сложных полях при больших ашдитуда^у деформации.

5. Создать теория, описывающую диссіаіация мапштоупругой энергии в сложных полях с учетом процессов смещения, вращения И янер- . сионности ДГ.

6. Разработать метод изучения кинетики возврата магнитной и немагнитной составляющих внутреннего трения в ферроуагнетиках и исследовать влияние на нее магнитного и упругого полей.

Научные поло~е:шя :; результаты. выносите на з?'л?ту. На основе обобщения кошхлекса проведенных в работе исследования ^олу івнн результаты, которые являются основой для развития перспективного научного направления з физике твердого тела, которое мояс '-быть сформулировано следующим образом: "Релаксационные явления в ферро:.а-гнетиках в СЛО--КННХ полях".

Эти исследован''ч-з данном направлении привела к разработке .новы:-: научных положений, из которых ка защиту бнносятся:

7. Впервые выявленная совокупность релаксационных эффектов в Ферромагнетиках в сложных полях и их интерпретация.

8. Теория магнитоупругого затухания в области малых упругих ' полей на основе моделей с жесткой и гибкой ДГ.

9. Теория кикровихревих потерь в классических ферромагнетиках, связанных с процессами вращения векторов намагнячэннастя и смещения .ДГ.

4. Выявление ориеитационных фазовых переходов в хёлеэз а кобальте .

5. Обо ;енная теория мр^нитоупругого затухания, учитывающая . инерционность ДГ, процессы смещения и вращения п 0$П, пригодная для ферритов и сегнетоэлектриков. Итерационный.метод расчета потерь на МЛ'.

S, Обнаруженные особенности процессов, развивавсихся _, ферромагнетиках посла кратковременных пластических воздействий, а также данные, полученные в магнитных полях на нег/агнитных сплавах и

4 б поле знакопеременных напряжений.

7. Развитые методы изучения магнитных свойств и внутреннего трения в сложных полях, в tow числе способ изучения процессов возврата б твердых телах по температурно-врсменной зависимости внутреннего трения.¹

Научная новизна. Б работе впервые описана совокупность явлений ке наблюдавшихся ранее: изменение затух., лея в кобальте во времени и в сложных полях по кривой с максимумом, раздвоение магнитного лика внутреннего трения в никеле, его аномальное смещение и асимметрия петель, гистерезиса и "безгистерезисных" кривых внутреннего трения в кем, кагнитострикцнонное раскручивание магнетиков, изменение во врартэдвдемся поле крутильных резонансных частое, возникновение магнитоупругого затухания в системе 180 ДГ, выявление гистерезиса полевой и амплитудной зависимости внутреннего трения в згоё системе во взаимосвязи с-изменением концентрации ВО⁰ ДГ, зависимость внутреннего трения от ориентации магнитного поля в цилиндрических магнетиках, гиромагн; тный и ыагвитсстрикционный ос-пилляционный вклада в ЬЕГ, вклад этих осцилляции в дислокационное затухание. Произведено уточнение соотношения магнитной и немагнитной составляющих внутреннего трения.

'Обнаружен ОФП в железе и кобальте. Установлено поэтапное протекание процессов Бозврг а в ферромагнетиках и в сплавах с небольшими добавками ферромагшітннх компонент, влияние на них магнитного и упругого полей. Впервые выявлены такке закономерности изменения потерь на ЮТ и магнитных свойств ферромагнетиков в слткных полях.

Предложена теория, объясняющая выявленные закономерности 1ST, пригодная'для описания динамических и временных магнптоупругих эффектов с учетом процессов смешений ДГ, в том числе и гибких, и вращении и распространенная на ферриты и согнетеэлектрики.

Разработана теория анизотропии микровихревых потерь в классических ферромагнетиках {.одно-трех- и четырехосных ) .

Практическая ценность. Полученные в работе данные ..гкрываат новые возможности для целенаправленного поиска методов управления гистерезиснуч потерями в сложных полях не только в ферромагнетиках, но и в ферритах и сегнетоэлектриках. Проведенное в работе изучение природы процессов, протекаюцих в ферромагнетиках при ОФП, представляет интерес в гео- ж палеомагкитнкх исследованиях. Практическую ценность имеют разработанные автором методы измерения:'

внутреннего трения з ра~име вынужденных крутллььых КОЛСОСЯЛіЯ, динамической и статической магнитострикции и внутреннего тренля а использованием магнитостриздионных с ділляций, мэтод сдгсенкого крутильного маятника и измерения внутреннего трекия во вращающихся магнитных полях, метод оценки концентраций 90 и 180 ДГ, метол врацателъннх моментов, метод выявления текстура ферромагнитных' оо-разпов по зависимости г'гутрвкнєго трения от ориентации магнитного поля и намагниченности от внешних воздействий с использованием ЭВМ. Представляет интерес использование выявленных в работе ь^фэ-ктоз ка практике, а таюг.е экспериментальных результатов по МУГ для моделирования доменкой структуры ( ДС ) , выявление магнитной текстуры при заблокированных ДГ и получение информации о"структуре ферромагнетиков на основе предложенной теории гакровихревых потерь без привлечения дополнительных методов исследования. ПзрспектиБно' использование развитого в работе метода исследования процессов возврата.

Апробация работа. Результаты отдельных этапов яссі.-іДс аняя докладывались на следующих конференциях и совещаниях: Всесоюзное совещание по внутреннему треїшю в металлах и сплавах ( Тбилиси, 1964) ; Юбилейная конференция Сибири и Дальнего Востока I Красноярск, 1969); Зональная конференция по фгчіке мегнитных явлений ( Красноярск, 1974 ) ; Всесоюзна' конференция по релаксационным явления?.! з металла: л сплавах ( Сухуми, І97&); Семинар по физике магнитных явлений" ( Иркутск, 1979); Всесоюзная конференция по релаксационным явленням-(Кутаиси, 1979); Всероссийское координационное совещание по фізико магнитных явлений ( Иркутск, 1980); 3-я Всесоюзная конференция по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах ( Красноярск, I960}; 7-я Всесоюзная конференция по механизмам релаксационных явлений в твердых телах (Воронеж, 1930); Всесоюзная конференция по физике магпиїї! ' явлений (Пермь, 1981); Второй Всос^зный семинар по физике сегнетоэластиков (Воронен, 1982); 17-я Есе ..ознак конференция по фізико магнитных явлении (Донецк, 19S5),

І^абої выполнена в Курском государственном ті'.гшчес-?'".' укнБ-зрг-ситето в соответствии с координациошшм- планок Аі; СССР на :981-1986, 1986-1990 г.г. в области естественных ааук ло ;п:п:;:о ?^зрдо;-о тела по направлению 1.3.5.2.

Публикации. Материал, представленный в диссертации, публикован в 87 работах, з том число свыаа тридцати из них в 'золу.гих оте-

чественных журналах, имеется авторское свидетельство на изобретение. В самостоятельных и совместных работах автору принадлежит выбор направления, формулировка задач к методов исследования, разработка моделей процессов, предложения по использованию результатов, разработка методики исследований, обобщающий анализ да_.лых, обоснование возможности регистрации окидаемнх эффектов, установление признаков соответствия модели эксперименту, выбор объектов для исследования, контрольные измерения, обработка и интерпретация результатов, написание статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 392 станицах машинописного *екста, включая IS1 рисунок, таблицу и перечень используемой литературы, состоящий из 639 наименований. Первая глава обзорная. Во второй излагается в основном разработанная автором "методика исследований, в третьей- закономерности ЮТ и их теоретическое описание в области малых, а в четвертой главе - в области больших амплитуд деформаций. Здесь же описаны ОФП, некоторые приложения статистической теории и микровихревые потери при заблокированных ДГ, связанные с процессами вращения векторов намагниченности; В пятой главе излагается различные,ггэдложенные автором механизмы расчета потерь "а МУГ с гибкой ДГ.