Магнитокристаллическая анизотропия.

Итак, о магнитокристаллической анизотропии.

   Изучая естественные монокристаллы магнетита и пирротита, Вэйс еще в 1904 году показал, что их магнитные свойства неодинаковы в различных направлениях. Это явление получило название магнитокристаллической анизотропии (далее по тексту - магнитной анизотропии). Оно присуще и другим ферромагнетикам.

   Направление, в котором кристалл намагничивается при наиболее слабых магнитных полях, получило название направления легкого намагничивания. У высокопроницаемых магнитомягких ферритов таким направлением является диагональ куба кристалла. В кристаллографии это направление обозначается индексом [111]. Направление ребра куба [100] для них является направлением трудного намагничивания.

   У кристаллов других ферромагнетиков направлениями легкого намагничивания могут быть другие кристаллографические оси.

   Количественно магнитную анизотропию обычно характеризуют "первой константой анизотропии" К1. Эта константа для большинства ферромагнетиков (в первом приближении) пропорциональна энергии, необходимой для поворота спинов, заключенных в 1 куб.см вещества, из направления легкого намагничивания в направление трудного намагничивания.  

С той лишь разницей, что на картах напряжений изображаются не горы, а концентраторы напряжений, и не высоты холмов, а коэффициенты концентрации напряжений. Такая карта понятна даже школьнику!

В основе технологии находится эффект магнитной анизотропии и учет основных являений, связанных с ней.

   Применяемые на практике ферромагнитные материалы состоят из множества микрокристаллов, являются поликристаллическими средами. Направления вектора намагниченности в различных ферромагнитных областях поликристаллического тела различны. Разделение тела на области (домены) происходит таким образом, что создаваемый этими областями магнитный поток замыкается внутри тела. В каждой такой области намагниченность однородна и по величине равна намагниченности насыщения ферромагнетика при данной температуре.

  В природе не бывает абсолютно жестких изменений физических свойств. Поэтому на границе между ферромагнитными областями, в которых магнитные моменты спинов ориентированы антипараллельно (то есть навстречу друг к другу) или перпендикулярно друг к другу, находится слой атомов, магнитные моменты которых постепенно переходят от одной ориентации к другой.

    Форму и расположение доменов в классической физике определяют при помощи суспензий, содержащих магнитный порошок, который сам располагается на границах между доменами. По-сути, также поступают в магнитопорошковой дефектоскопии.

   Толщина граничных слоев (их называют стенками Блоха) оценивается в несколько десятков, а иногда и в несколько сотен ангстрем.

   Воздействие на ферромагнетик внешнего магнитного поля приводит к перемещению граничного слоя и с ростом поля - к увеличению доменов, магнитные моменты которых составляют острый угол с направлением внешнего поля. Рост доменов происходит за счет областей, магнитные моменты которых неблагоприятно ориентированы по отношению к внешнему полю. В результате этого процесса появляется избыточный магнитный момент тела в направлении внешнего поля, который и определяет собой его намагниченность. Такой механизм намагничивания получил название "смещение доменных границ".

   При перемещении граничного слоя изменяется направление спинов как в атомах самого граничного слоя, так и в атомах того объема ферромагнетика, который он уже пересек. В слабых полях процесс смещения является обратимым. С повышением напряженности поля все большую и большую роль начинает играть необратимый процесс смещения.

   Наличие в ферромагнетике пор, включений и неоднородностей кристаллической структуры уменьшает магнитную проницаемость, так как препятствует перемещению граничных слоев.

   Вокруг пор и неферромагнитных включений, размеры которых больше ширины граничных слоев, образуются дополнительные домены, получившие название субобластей, или субдоменов. Образование субдоменов энергетически выгодно, так как энергия, затрачиваемая на их создание, меньше энергии, необходимой для создания магнитных полюсов в районе пор, неоднородностей и других дефектов.

   Намагничивание ферромагнетиков, особенно в сильных полях, происходит также в результате процесса вращения. Этот процесс заключается в том, что спины, преодолевая силы магнитокристаллической анизотропии, стремящиеся удержать их в направлении легкого намагничивания, поворачиваются в направлении внешнего поля.

   Намагничивание ферромагнитных сред неразрывно связано с явлением магнитострикции. Это явление заключается в том, что под воздействием магнитного поля ферромагнитное тело изменяет свои размеры. При положительной магнитострикции тело удлиняется в направлении намагничивания, при отрицательной - сжимается. Отрицательная магнитострикция характерна для большинства ферромагнетиков, в том числе и для сталей.

Размеры тела можно изменить механическим воздействием. Оказывается, что при растяжении ферромагнетиков с положительной магнитострикцией их намагниченность возрастает. У ферромагнетиков с отрицательной магнитстрикцией намагниченность возрастает при сжатии тела, а при растяжении - уменьшается.

Возникающая при механическом воздействии анизотропия магнитных свойств именуется магнитомеханической анизотропией.

В основе новой технологии дефектоскопии используется эффект магнитомеханической анизотропии и учет основных явлений, связанных с ней.

  Данный материал подготовлен с использованием фрагментов из книги "ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРРИТОВ" (Л.И.Рабкин, С.А.Соскин, Б.Ш.Эпштейн, М.:ГЭИ, 1962).

У Вас возникли вопросы или есть, что обсудить?
Тогда на ФОРУМ: здесь обсуждаем насущные вопросы