WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

ТИУНОВ Валерий Федорович

НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ И МАГНИТНЫЕ ПОТЕРИ МАГНИТОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ В ЛИНЕЙНО-ПОЛЯРИЗОВАННЫХ И ВРАЩАЮЩИХСЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

01.04.11 – физика магнитных явлений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Екатеринбург - 2010

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов Уральского отделения Российской академии наук Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор Филиппов Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Танкеев Анатолий Петрович доктор физико-математических наук, профессор Иванов Олег Андрианович доктор физико-математических наук, Горнаков Владимир Степанович Ведущая организация Институт физики СО РАН, г. Красноярск

Защита состоится «26 » ноября в « 1100 » на заседании диссертационного совета по защите диссертаций Д 004.003.при Институте физики металлов УрО РАН по адресу:

6200990, Екатеринбург, ул. С.Ковалевской,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН.

Автореферат разослан « » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук Лошкарёва Н.Н 6. Зайкова В. А., Драгошанскнй Ю. Н., Ж а к о в С. В., Филип-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

пов Б. Н. О роли доменной структуры в формировании электромаг- нитных потерь в кристаллах Fe—3% Si // ФММ.- 1977.- Т.43.- Вып. 5.-

Актуальность работы обусловлена важной ролью динамики доменной С. 979—990. структуры (ДС) в формировании магнитных характеристик магнитомяг7. Митропольский А.К. Техника статических вычислений. – М.: Наука, ких материалов в переменных магнитных полях [1]. В настоящее время 1971.-576с. магнитомягкие материалы на основе железа (сплавы железа с 1,5-4,0 % 8. Худсон Д. Статистика для физиков / Перев. с англ. – М.: Мир, 1970. - кремния или электротехнические стали) широко используются для изго296с. товления магнитных сердечников всевозможных электрических уст9. Жаков С.В., Филиппов Б.Н. К теории электромагнитных потерь в ройств: трансформаторов, генераторов, электродвигателей. Многообразие монокристаллических ферромагнитных листах при наличии в них до- применения этих сплавов обусловлено весьма удачным сочетанием их менной структуры // ФММ.-1974.-Т.38.- С. 468-476. высоких магнитных свойств с относительно низкой себестоимостью.

10. Кацер. Я. К вопросу коэрцитивной силы тонких листов // Чехо- Учитывая колоссальные объемы производства электротехнических стаслов. физ. Журнал.- 1958.- №4. С.310-320. лей, исчисляемые десятками миллионов тонн, нетрудно видеть, что про11. Zhong J.J., Guo Y.G., Zhu J.G., Lu H.Y., Techniques and apparatus for блема улучшения их качества, и в первую очередь, снижения уровня магmeasuring rotational core losses of soft magnetic materials // Journal of нитных потерь на перемагничивание, представляет важнейшую практиelectronic science and technology of China.- 2007.-V.5.- №3.- Р.218-225. ческую задачу.

12. Mori K., Yanase S., Okazaki Y., Hashi S. 2-D Magnetic Rotational Loss Железокремнистые сплавы в плоскости (110) [001] имеют простую of Electrical Steel at High Magnetic Flux Density // IEEE Trans. Magn.- 180-градусную ДС, которая представляет весьма удобный объект для по2005.-V. 41.- №.10.- P. 3310-3312. строения различных моделей, описывающих ее изменение от ориента13.Акулов Н.С. Ферромагнетизм.- М-Л.:ГИТЛ, 1939.- 188с. ционных, размерных параметров образцов и от условий их перемагничи14. Зайкова В.А., Шур Я.С. О влиянии толщины образца на доменную вания в линейно- поляризованных магнитных полях. Данными воструктуру и магнитные свойства кристаллов кремнистого железа просами моделирования занимались, в частности, Вильямс, Шокли, Ки // ФММ.- 1971.-Т.- 32. Вып. 6.- С. 1194–1203.

тель, которые показали [2], что мощность вихретоковых потерь ферро11.Yamaguchi Т.,Takeda K. Effects of crystallographic misorientation on магнетика, обусловленных движением его 180- градусной доменной power loss in (110) [001] three percent Si-Fe sheets with low thickness. границы, почти в 3 раза выше их значений без учета ДС. По сути дела, // IEEE Trans. Magn.- 1985.- MAG-21.-Р. 41-44. эта работа превратила сугубо прикладную задачу о магнитных потерях ферромагнетиков, в глубоко научную, и стимулировала появление новых теоретических исследований по данному вопросу. Позднее, Праю и Бину [3] удалось рассчитать соотношение между величиной магнитных потерь ферромагнетиков и размерными параметрами полосовой доменной структуры с большим числом 180-градусных границ. Фактически, в этих работах были установлены основополагающие представления о важной роли ДС в формировании магнитных свойств магнитомягких материалов в переменных магнитных полях. Эти работы инициировали появление значительного числа экспериментальных исследований по проверке данных расчетов при различных условиях перемагничивания образцов Отпечатано на Ризографе ИФМ УрО РАН тираж 100 зак. объем железокремнистых сплавов.

2.0 п.л. формат 60х84 1/16620041 г. Екатеринбург ГСП-170, Были выявлены новые особенности поведения ДС в переменул.С.Ковалевской, ных магнитных полях, ранее не наблюдаемые при квазистатиче 42 23. Тиунов В.Ф. Индукционный датчик для измерения магнитных поском перемагничивании образцов: 1) обнаружено явление динамитерь в движущейся ленте электротехнической стали // Дефектоскопия.ческого дробления доменной структуры, связанное с ростом числа 2003.- №7.- С.78-82.

180- градусных доменных границ образцов по мере увеличения 24. Тиунов В.Ф. Измерительное устройство для непрерывного контроля как амплитуды индукции. так и частоты перемагничивания; 2) усмагнитных потерь рулонной электротехнической стали // Дефектоскотановлен изгиб 180- градусных границ по сечению образца; 3) выпия.- 2004.- №4.- С.67-72.

явлен дрейф доменной структуры, проявляющийся поступатель25. Тиунов В.Ф. Поведение доменной структуры и магнитных потерь ном движении всех 180- градусных границ в определенном намонокристаллов Fe-3%Si в знакопеременных и вращающихся магнитных правлении на поверхности образца. Сведения о динамике доменполях // ФММ.- 2004.- Т.98.- №2.- С.35-43.

ной структуры железокремнистых сплавов до недавнего времени 26 Тиунов В.Ф., Филиппов Б.Н. О влиянии ориентации кристаллобыли получены лишь при невысоких амплитудах индукции. Однаграфических поверхностей и толщин монокристаллов Fe-3 Bec.% Si на ко, даже в этом простейшем случае, многие особенности поведе- магнитные потери во вращающихся магнитных полях // ЖТФ.-2005.Т.75.- вып.10.-С.44-50.

ния доменных границ до конца не выявлены. Из-за отсутствия 27. Тиунов В.Ф., Филиппов Б.Н. Динамика доменной структуры и магэтих данных, до сих пор не понятны причины, как нелинейного нитные потери кристаллов Fe-3%Si во вращающихся магнитных полях частотного хода вихретоковых потерь, так и несоответствия из//ФММ.- 2006.-Т.102.-№3.- С.280-289.

меренных значений вихретоковых потерь их вычисленной величи28. Тиунов В.Ф., Филиппов Б.Н. Влияние ориентации поверхностей крине для плоских 180- градусных границ. Эта разница в потерях, посталлов Fe-3%Si относительно кристаллографических осей на динамичелучившая название “аномальных” потерь, в современных анизоское поведение доменной структуры и магнитные потери во вращаютропных сталях составляет более 75% полных магнитных потерь щихся магнитных полях.//ЖТФ.-2007.-Т.77.-Вып. 12.-С.31-37.

[4]. В связи с этим, выявление природы “аномальных“ потерь 29. Тиунов В.Ф., Лукшина В.А. Влияние термомагнитной обработки на представляет как практический, так и научный интерес.

магнитные потери монокристаллов Fe-3%Si во вращающихся магнитных Среди железокремнистых сплавов наилучшими магнитными свойстполях // ФММ.- 2009.- Т.107.- №1.-С.1-вами обладают анизотропные Fe-3%Si стали c ребровой текстурой (или 30. Тиунов В.Ф. Влияние толщины кристаллов Fe-3% Si на динатекстурой Госса), при которой диагональная плоскость (110) кубической мику доменной структуры и магнитных потерь во вращающихся магэлементарной ячейки этого сплава совпадает с плоскостью листа, а ребнитных полях // ФММ.- 2010.-Т.109.- №3.- С.245-252.

ро куба [001] - с направлением прокатки. В настоящее время путем оптимизации размерных, ориентационных параметров листовой анизотропной Цитированная литература:

стали, а также, прямым воздействием на ее относительно крупную ДС, 1.Зайкова В.А., Старцева И.Е., Филиппов Б.Н. Доменная структура и удалось получить наименьший уровень магнитных потерь среди прочих магнитные свойства электротехнических сталей.- М.: Наука,1992.-271с.

электротехнических сталей [5]. Однако совершенно не исследовано 2.Williams H., Shockley W., Klttel С. Investigation of the domain wall влияние размерных параметров образцов железокремнистых сплавов на motion velocity // Phys. Rev. -1950.-V.80.- P.1090-1102.

динамику ДС, что затрудняет до конца понять механизм формирования 3. Ргу R.Н., Веап С.Р. Calculation of the energy loss in magnetic sheet магнитных потерь в тонких образцах, и усложняет поиски путей их materials using a domain model // J. Appl. Phys.- 1958.- V.29- P.532-533/ дальнейшего снижения. До наших работ отсутствовали сведения o ди 4.Казаджан Л.Б Магнитные свойства электротехнических сталей и спланамике ДС кристаллов Fe-3%Si в полях, направленных под произвольвов.- М.: Наука и Технологии,2000.- 224с.

ным углом к оси легкого намагничивания. Такие исследования имеют, 5.Moses A.J. Advanced soft magnetic materials for power: Handbook of во-первых, большое практическое значение, поскольку подобный случай magnetism and advanced magnetic materials, Novel Materials.- 2007.- V.4.- встречается в реальной стали, намагниченность кристаллитов которой, P.1926-1942.

как правило, разориентирована относительно направления магнитного 4 параллельно оси легчайшего намагничивания // ФММ.- 1985.- Т.59.- поля. Во - вторых, они имеют научное значение, поскольку позволят поВып.6.- С.1129-1136. нять, малоизученную, до настоящего времени, динамику замыкающей 11. Тиунов В.Ф. Влияние толщины кристаллов Fe-3%Si на динамиче- ДС и проверить соответствие характера ее изменения модельным предское поведение доменной структуры и электромагнитные потери ставлениям перестройки ДС трехосных ферромагнетиков, перемагничи // ФММ.- 1987.- Т.63.-Вып.2.- С.296-300. ваемых непараллельно оси легкого намагничивания [6].

12. Стародубцев Ю.Н., Катаев В.А., Тиунов В.Ф. О магнитных потерях в Отметим, что подавляющее число имеющихся работ, связанных с бикристалле кремнистого железа // ФММ.-1989.-Т.68.- Вып.3.- С.614- изучением динамики ДС, проводилось на железокремнистых образцах в 617. линейно-поляризованных магнитных полях, ориентированных вдоль оси 13. Тиунов В.Ф., Драгошанский Ю.Н. Влияние динамического поведе- легкого намагничивания. Наряду с этим, имеется большой класс устния замыкающей доменной структуры на магнитные потери в кристал- ройств (генераторы и электродвигатели различного назначения), сердечлах Fe-3%Si // ФММ.- 1989.- Т.68.- Вып.6.- С.1117-1124. ники которых испытывают вращательное перемагничивание, при кото14. Тиунов В.Ф.,Стародубцев Ю.Н., Катаев В.А. Динамическое поведе- ром, магнитное поле, оставаясь по величине постоянным, вращается с ние доменной структуры и магнитные потери бикристаллов кремнисто- угловой частотой . Механизм формирования магнитных потерь образго железа // ФММ.-1990.- №6.- С.63-68. цов железокремнистых сплавов при указанном перемагничивании во 15. Тиунов В.Ф., Корзунин Г.С., Инишева Л.А. Динамическое поведение многом до конца не ясен. Не вполне понятны и причины немонотонного доменной структуры и магнитных потерь кристаллов Fe-3%Si во вра- изменения магнитных потерь от амплитуды индукции. Кроме того, в нащающихся магнитных полях // ФММ.- 1989.-Т.68.- Вып.4.- С.687-696. стоящее время, отсутствуют целенаправленные исследования, связан16. Эйнгорн И.Я., Тиунов В.Ф., Зайкова В.А. Анизотропия динамической ные с поиском путей снижения величины потерь во вращающихся магмагнитострикции кремнистого железа и ее частотная зависимость // нитных полях. Решение этих вопросов представляет не только научный, ФММ.- 1990.- №8.-С.49-53. но и значительный практический интерес, поскольку уровень потерь на 17. Тиунов В.Ф. Влияние кристаллографической ориентации поверхно- вращательное перемагничивание в 3-6 раз выше их значений (в зависисти и толщины на магнитные потери и доменную структуру кри- мости от индукции) в образцах, перемагничиваемых в линейно- поляристаллов Fe-3%Si // ФММ.- 1990.- № 7.- С.67-76. зованных полях при неизменной величине индукции и частоты. Для вы18. Тиунов В.Ф., Соколов Б.К., Губернаторов В.В. Влияние деформиро- явления физической природы магнитных потерь железокремнистых обванных зон на динамическое поведение доменной структуры и потерь на разцов во вращающихся магнитных полях необходимы детальные сведевращательное перемагничивание // ФММ.- 1999.- Т. 88.- № 2.- С. 174- ния об особенностях динамики их ДС. В настоящее время данные о ди178. намике ДС при вращательном перемагничивании образцов Fе-Si отсутст19. Тиунов В.Ф. Поведение доменной структуры и магнитных потерь вуют из-за крайне ограниченных возможностей существующих методов монокристаллов Fe- 3%Si при инфранизких частотах перемаг- ее регистрации.

ничивания // ФММ.- 1998.-Т.86.- Вып.4.- С.48-53. Таким образом, динамика ДС кристаллов Fe-3% Si исследована 20. Тиунов В.Ф.,Корзунин Г.С. Влияние размера монокристаллов Fe- сравнительно полно лишь при невысоких индукциях и, в наиболее про3%Si на динамическое поведение доменной структуры и магнитных по- стом случае, когда поле ориентировано вдоль оси легкого намагничиватерь в кристаллах Fe-3 мас.%Si // ФММ.-1991.- №11.- 79-84. ния. Но даже при этих условиях перемагничивания, некоторые детали 21. Тиунов В.Ф., Корзунин Г.С. Влияние толщины монокристаллов Fe- поведения 180- градусных границ до конца не ясны, что не позволяет 3%Si на поведение доменной структуры и магнитных потерь во вра- выявить конкретные причины несоответствия измеренных значений пощающихся магнитных полях // ФММ.- 2001.- Т.91.- №2.-С. 41-45. терь их величине, рассчитанной для плоских 180- градусных границ.

22. Тиунов В.Ф. О динамическом поведении 180-градусной доменной Моделей, описывающих динамику ДС при повышенных индукциях, или структуры и магнитных потерь монокристаллов Fe-3%Si во вращаю- в полях, направленных под произвольным углом к оси легкого намагнищихся магнитных полях // ФММ.- 2001.-Т.92.- №1.-С.20-28. чивания, нет. Отсутствие их связано, в первую очередь, с трудностями построения и решения уравнений, описывающих сложную нелиней 40 ную перестройку всей доменной структуры при указанных условиях пе- водящая к заметному росту магнитной проницаемости образцов и сниремагничивания. жению их потерь на 25-30% в интервале индукций 0,25-1,8 Тл.

В настоящее время наиболее простым и надежным способом получения информации о динамике ДС является прямая регистрация ее вида оптическими методами. Однако, из-за ряда недостатков сущест- Основные публикации по теме диссертации:

вующих методов, они не могут быть использованы при высоких ампли- тудах индукции, как в линейно- поляризованных, так и вращающихся 1. Хан Е.Б., Зайкова В.А., Шур Я.С., Тиунов В.Ф. Особенности магнитных полях, где изменения ДС идут с высокими скоростями сме- процессов смещения доменных границ в монокристаллах потери в щения границ и сопровождаются существенной неповторяемостью их монокристаллах кремнистого железа // ФММ.-1975.-Т.39.- Вып.3.-С.519поведения. Для преодоления этих затруднений необходимы принципи- 523.

ально новые методы регистрации ДС с короткими временами съемки, по- 2. Жаков С.В., Тиунов В.Ф., Филиппов Б.Н., Зайкова В.А., Драгозволяющими надежно проследить за ее изменением в кристаллах Fe-3%Si шанский Ю.Н. О влиянии изгиба 180-градусных кремнистого железа под при различных условиях их перемагничивания.. влиянием переменных магнитных полей // ФММ.- 1972.- Т.33.- Вып.2. С.289-294.

Цель работы заключалась во всестороннем исследовании динамики ДС 3. Драгошанский Ю.Н., Зайкова В.А., Тиунов В.Ф. Влияние изгиба 180железокремнистых сплавов в линейно-поляризованных и вращающихся градусных доменных границ на мощность электромагнитных потерь в магнитных полях и выявлении зависимости ее изменения от размерных, сплаве Fe-3%Si // ФММ.-1977.-Т.44.- Вып.6.- С.1185-1190.

ориентационных параметров образцов, установлении источников фор- 4.Тиунов В.Ф.,Зайкова В.А., Шур Я.С. Динамика 180- градусных доменмирования магнитных потерь и поиска эффективных путей их сниже- ных границ и электромагнитные потери в кристаллах Fe-3%Si // ФММ.ния. Для решения указанной цели необходимо было решить следующие 1979.-Т.47.-Вып.3.- С.539-548.

5. Тиунов В.Ф.,Зайкова В.А., Шур Я.С. Динамическое поведение домензадачи:

ной структуры монокристаллов Fe-3%Si при высоких значениях мак1. Разработать принципиально новую методику регистрации динамики симальной индукции и электромагнитные потери // ФММ.-1980.-Т.49.- ДС кристаллов Fe-3%Si на единичных циклах перемагничивания с коВып.4.- С.766-775.

роткими временами экспозиции кадров (5- 20·10-6с), позволяющей c не6. Зайкова В.А., Тиунов В.Ф., Шур Я.С. Электромагнитные потери и обходимой для исследований точностью, определять параметры измединамическое поведение доменной структуры монокристаллов Feнения ДС – степень изгиба доменных границ, скорость их смещения, не3%Si при высоких амплитудах индукции // Изв., АН СССР, сер. физ..однородность движения границ. Использовать эти параметры в модель1980.- Т.44.- №7.- С.1441-1446.

ных представлениях ДС по расчету магнитных потерь в широком интер7.Зайкова В.А., Есина Н.К., Драгошанский Ю.Н., Тиунов В.Ф., Совале изменения индукции и частоты.

колов Б.К., Губернаторов В.В. Ориентационная и структурная зави2.Исследовать характер смещения и динамического изгиба 180симости электромагнитных потерь локально деформированных моноградусных границ кристаллов Fe-3%Si при синусоидальном изменении кристаллов Fe-3%Si // ФММ.- 1979.- Т.48.- Вып.3.- С.520-529.

индукции при различных условиях перемагничивания, и на основе этого 8. Есина Н.К., Тиунов В.Ф., Зайкова В.А. О связи динамики доменной поведения, выявить природу существующего несоответствия величины структуры и электромагнитных потерь с состоянием кристаллической измеренных вихретоковых потерь их вычисленным значениям для плорешетки кристаллов Fe-3%Si // ФММ.- 1982.- Т.53.-Вып.2.-С.281-284.

ских, однородно смещающихся 180- градусных доменных границ.

9.Жаков С.В., Тиунов В.Ф., Зайкова В.А. О зависимости электро3.Исследовать динамику роста зародышей перемагничивания их роль магнитных потерь в монокристаллах Fe-3%Si от амплитуды индукв формировании полосовой ДС кристаллов Fe-3%Si, и на основе особенции // ФММ.- 1983.- Т.56.- Вып.3.- С.471-478.

ностей ее изменения, выявить причины наблюдаемого резкого роста 10.Тиунов В.Ф., Зайкова В.А. Динамика доменной структуры и электровихретоковых потерь от амплитуды индукции при ее значениях близких магнитные потери в кристаллах Fe-3%Si, перемагничиваемых нек индукции насыщения образцов. Оценить непосредственный вклад заро 6 5.Обнаружена сильная зависимость динамики доменной структуры от дышей перемагничивания в формирование магнитных потерь кристаллов размерных, ориентационных параметров исследованных кристаллов Fe- при повышенных амплитудах индукции.

3%Si. При утонении образцов характер изменения доменной структуры 4.Выявить влияние размерных и ориентационных параметров крисущественно зависит от ориентации их поверхности относительно плос- сталлов Fe-3%Si на динамику ДС. Выяснить ее соответствие модельным кости (110), и, напротив, при достижении некой критической толщины представлениям об изменении ДС магнитотрехосного ферромагнетика, перемагничивание образцов, независимо от ориентации их намагничен- перемагничиваемого под произвольными углами к оси легкого намагниности, идет смещением плоских 180-градусных границ, число которых, чивания [001].

вопреки теории, не меняется даже при самых высоких индукциях. Уста- 5. Исследовать нелинейную динамику ДС во вращающихся магнитных новлена корреляция между уровнем гистерезисных потерь образцов и полях, и на ее основе, выявить причины аномально высоких значений толщиной, соответствующей минимуму их магнитных потерь- с ростом магнитных потерь и их немонотонного изменения от амплитуды ингистерезисной составляющей, значение указанной толщины также растет, дукции во вращающихся полях.

что объясняет причину расхождения данной толщины, наблюдаемой при 6. Найти эффективные пути снижения магнитных потерь образцов жеутонении поликристаллов Fe-3%Si с разной степенью текстуры. лезокремнистых сплавов в линейно- поляризованных и вращающихся магнитных полях.

6. Детально исследована динамика доменной структуры, в частности, нюансы ее сложной перестройки в кристаллах Fe-3%Si, перемагничивае- Научная новизна результатов и основные положения, выносимые на мых во вращающихся магнитных полях. На основе этого впервые най- защиту:

дены конкретные причины появления аномально высоких значений маг- - исследована нелинейная динамика ДС, выявлены новые особенности ее нитных потерь и их немонотонного изменения от амплитуды индукции перестройки на единичных циклах перемагничивания кристаллов Feво вращающихся полях. 3%Si в линейно- поляризованных и вращающихся магнитных полях, а именно: в соответствии с выводами теории обнаружен новый тип дина7. Впервые экспериментально установлено, что в некоторых интервалах мического изменения формы 180-градусных границ, связанный с разлиизменения индукции во вращающихся полях возникают такие нелиней- чием фаз колебания различных точек границы по сечению образца. Учет ные явления как динамическое дробление как полосовой, так и вторич- параметров изгиба позволил вычислить частотную зависимость вихреной доменной структуры и однонаправленное движение (дрейф) всех 180- токовых потерь за цикл перемагничивания и объяснить причины ее награниц полосовой доменной структуры в одном направлении. Аналогич- блюдаемой нелинейности;

ные явления были ранее установлены в линейно-поляризованных магнит- - выявлены новые сведения о нелинейной динамике зародышей переных полях. магничивания, их роли в формировании полосовой ДС, которая при по вышенных индукциях из-за изгиба 180- градусных доменных границ, 8. Найдены эффективные пути снижения магнитных потерь образцов во перестраиваются в систему цилиндрических доменов. Из найденных павращающихся магнитных полях, связанные с оптимизацией их толщи- раметров этой перестройки теоретически была восстановлена форма изоны и ориентации их поверхности относительно плоскости (110). Обна- гнутых границ, с учетом которой рассчитана полевая зависимость магружен минимум на кривой изменения магнитных потерь на вращательное нитных потерь, численно совпадающая с измеренной, что позволило перемагничивание от толщины образца при различной ориентации его объяснить причины резкого роста магнитных потерь образцов при высоповерхности относительно плоскости (110). Установлено, что природа ких индукциях;

этого минимума такая же, что и в линейно-поляризованных полях. - прямыми наблюдениями подтверждены основные модельные пред9. Установлено, что эффективным способом улучшения магнитных ха- ставления об изменении ДС магнитотрехосного ферромагнетика, перерактеристик железокремнистых сплавов во вращающихся полях является магничиваемого под произвольными углами к оси легкого намагничиватермомагнитная обработка образцов в переменном магнитном поле, при- ния [001]. В частности, подтвержден механизм перемагничивания образцов путем изменения объема внутренних С- доменов, намагниченных 38 вдоль [100] и [010]. Впервые установлено, что изменение размеров С- до- скими процессами такими, как динамическое дробление, однонаправменов при повышенных индукциях идет за счет изменения их ширины, ленное движение, и глобальная динамическая перестройка доменной осуществляемого смещением значительного числа новых магнитоактив- структуры.

ных 90-градусных границ, ранее не принимавших участия в перемагниПолучены следующие важные в научном и прикладном отночивании образца. Рассмотренные особенности поведения доменных грашении результаты:

ниц позволили объяснить причины немонотонного изменения вихретоковых потерь от амплитуды индукции;

1.Разработаны оригинальные методики покадровой и многокадровой ре - установлена зависимость динамики ДС от размерных, ориентационгистрации вида доменной структуры ферромагнетиков на единичных ных параметров ферромагнетиков. Так, при утонении образцов, изменециклах перемагничивания с короткими временами экспозиции кадров ние ДС существенно зависит от ориентации их поверхности относитель(5- 20·10-6с), позволяющими c необходимой для исследований точноно плоскости (110). При достижении некой критической толщины перестью, определять динамические параметры изменения ДС в линейномагничивание образцов, независимо от ориентации их намагниченности, поляризованнных и вращающихся магнитных полях в интервале измеидет смещением плоских 180-градусных границ, число которых, вопреки нения индукции 0,25-2,0Тл и частоты перемагничивания 10-1000 Гц.

теории, не меняется даже при самых высоких индукциях;

- впервые исследована нелинейная динамика ДС образцов Fe-3%Si во 2.Обнаружен динамический изгиб 180- градусных границ, связанный как вращающихся магнитных полях. Обнаружено наличие многообразия ДС:

с различием амплитуд, так и фаз колебаний отдельных точек границы по от простой полосовой, до сложной замыкающей, непрерывно перестраисечению образца. Учет параметров этого изгиба позволил количественно вающейся по мере поворота магнитного поля. При высоких его значениях объяснить причины наблюдаемой нелинейной зависимости мощности исследованы особенности перемагничивания образца путем вращения его вихретоковых потерь за цикл изменения поля от частоты перемагничинамагниченности синхронно с намагничивающим полем. На основе этого вания и тем самым выявить природу «аномальных» магнитных потерь.

выявлены конкретные причины наблюдаемого немонотонного изменения магнитных потерь от амплитуды индукции, а также объяснен сдвиг 3. Показано, что при повышенных индукциях динамический изгиб 180- максимума магнитных потерь в область меньших индукций при утонении границ приводит к образованию внутри образца доменов, предположиобразцов. Установлены причины формирования аномально высоких знательно цилиндрической формы, и перемагничивание образца идет путем чений магнитных потерь образцов во вращающихся магнитных полях.

изменения объема указанных доменов, сопровождаемого усилением скорости роста магнитных потерь от индукции. Заметный вклад в вели Научная и практическая ценность работы:

чину потерь (10%) вносят процессы формирования полосовой доменной - работа вносит вклад в понимание физики процессов динамического структуры, связанные с нелинейным ростом зародышей перемагничиваперемагничивания ферромагнитных сплавов с кубической решеткой в ния, роль которых в перемагничивании образцов непрерывно растет по линейно- поляризованных и вращающихся магнитных полях. Полученмере увеличения индукции.

ные сведения об особенностях перестройки ДС могут быть использованы для построения теории, связывающей величину магнитных потерь фер4.Прямыми наблюдениями подтверждены основные модельные предромагнитных образцов во вращающихся полях с видом их ДС;

ставления об изменении доменной структуры магнитотрехосного фер - найдены эффективные пути снижения магнитных потерь образцов на ромагнетика, перемагничиваемого под произвольными углами к оси вращательное перемагничивание, связанные с оптимизацией толщины легкого намагничивания [001]. В частности, подтвержден механизм пематериала и степени его кристаллографической текстуры. Эффективным ремагничивания образцов путем изменения объема внутренних С- доспособом улучшения магнитных свойств железокремнистых сплавов во менов, намагниченных вдоль [100] и [010]. При этом впервые установлевращающихся магнитных полях является термомагнитная обработка обны новые, существенные особенности в поведении ее границ, приводяразцов в поперечном магнитном поле, приводящая к снижению их пощие к немонотонному изменению вихретоковых потерь от индукции.

терь на 25-30%;

8 - установленная корреляция между толщиной, соответствующей минимуму полных магнитных потерь при утонении образцов и значением их гистерезисных потерь, позволяет прогнозировать значение указанной Рис.

толщины при утонении поликристаллов Fe-3%Si c разной степенью Рис Рис.23 Изменение магниттекстуры;

ных потерь монокристалла:

- разработанный принципиально новый метод многокадровой регистра 1- исходное состояние;

ции динамической ДС на отдельных циклах перемагничивания образцов 2 -после термообработки Fe-3%Si может быть надежно использован для исследования ее поведения в переменном магнитном в любых ферромагнетиках, ДС которых выявляется магнитооптическим поле. эффектом Керра или Фарадея.

В диссертации частично использованы материалы работ, проводимых при выполнении Проектов РФФИ № 93-02-16802, № 96-02-16000, № 99-02-16279, № 01-02-96407 (правит. Свердловской области), № 02-02 В главе впервые показано, что термомагнитная обработка (ТМО) 16443, № 03-02-16185, №06-02-17082, № 05-02—17774, Интеграционобразцов Fe-3%Si в поперечном переменном магнитном поле является ного проекта УрО РАН-СО РАН №23, Президиума РАН №11.

эффективным способом снижения уровня их магнитных потерь во вращающихся магнитных полях (рис.18). Видно, что после ТМО вели Достоверность полученных результатов обеспечивается использовачина магнитных потерь монокристалла снижается почти на 30-35%.

нием аттестованных методик и средств измерений, использованием для во всем интервале изменения индукции 0.25-1.6 Тл. Аналогичный эфкалибровки приборов аттестованных стандартных образцов, проведенифект наблюдался и на другом исследованном образце. Анализ изменеем дублирующих съемок и измерений на различных образцах, соответстния динамики ДС образцов до и после ТМО показал, что наблюдаемое вием полученных результатов литературным данным, там где они имеютвозрастание магнитной проницаемости и снижение магнитных потерь ся, хорошей воспроизводимостью результатов, соответствием величины связано с ростом подвижности и однородности скоростей смещения, измеренных параметров их вычисленному значению.

как 90-, так и 180- градусных границ вследствие дестабилизации их по Апробация результатов. Результаты диссертации защищены 1 авторложения после ТМО в переменном магнитном поле.

ским свидетельством РФ и доложены на 15 Конференциях и Совещаниях:

Всесоюзного совещания по физике и металловедению э/технических стаВ Заключении приведены наиболее существенные результаты и выволей и сплавов (Челябинск,1978, Владимир, 1984, Липецк 1988), Всесоды диссертации.

юзной научно-технической конференции “Проблемы физики и металловедения э/технических сталей и сплавов“ (Аша,1981), Всесоюзной конфе ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

ренции по физике магнитных явлений (Пермь, 1981, Харьков, 1983, Донецк, 1985), Europhycs conference abstracts Soft Magnetic Mater. (Eger, Установлено влияние магнитной многоосности ферромагнетиков на Hungary, 1983), Научно-технической конференции по проблемам повынелинейную динамику доменной структуры. Многоосность обусловлишения качества магнитомягких материалов, г.Свердловск, 1986, Байкальвает большое разнообразие поверхностных и объемных доменных ской межд. Конференции " Магнитные материалы" (Иркутск,.2003, 2008), структур. Показано, что для трехосных кристаллических пластин с госInternational Conference “Functional Materials” (Partenit, Ukraine, совской или иной ориентацией поверхности, независимо от характера 2007, 2009), Moscow International Symposium on Magnetism (Moscow, внешних полей (линейно-поляризованные, вращающиеся), магнитные 2008), IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" EASTMAG-20потери связаны не просто с колебаниями доменных границ, как это бы(Ekaterinburg, 2010).

ло показано Вильямсом, Шокли, Кителем, но с нелинейными динамиче 36 Соответствие диссертации паспорту специальности препятствия смещениям доменных границ и перестройке ДС в целом. В Содержание диссертации cоответствует формуле и п.2 паспорта специ- связи с этим, для того, чтобы индукция образца при фиксированном поле альности 01.04.11 -физика магнитных явлений. могла выходить на определенный уровень, должен включаться дополни тельный процесс намагничивания. Таким может быть только процесс Личный вклад автора заключается в самостоятельном выборе темы вращения намагниченности. Итак, чем тоньше образец, тем раньше надиссертации, постановке задач и проведении всех исследований.. Для чинают сказываться процессы вращения, а это и означает, что индукция, реализации поставленных задач автором разработана принципиально но- при которой возникает максимум потерь, сдвигается в сторону ее меньвая методика регистрации вида динамической доменной структуры фер- ших значений.

ромагнетиков на единичных циклах перемагничивания. Разработан и усовершенствован ряд новых методик съемки доменной структуры монокристаллов Fe-3%Si, определения потерь во вращающихся магнитных полях. Автором разработана методика обработки полученных результаРис.22 Изменение тов. Им проведена обработка результатов измерений и их анализ, сфорМагнитных потерь мулированы полученные результаты, выводы и рекомендации.

от толщины образ- Публикации. Автором самостоятельно написано 12 статей и 29 статей цов d: Вm = 1,0 Тл:

в соавторстве, 38 из них были опубликованы в журналах, включенных в 1,2 - монокристаллы Перечень ВАК. Ссылки на 30 работ из этого списка приведены в конце с = 1.5° и = автореферата.

Структура работы, Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и выводов, перечня цитируемой литературы, а также приложения. Текст содержит 297 страниц машинописного текста, 128 рисунков, 16 таблиц и насчитывает 281 ссылок на цитируемую литературу.

На рис.22 приведены зависимости магнитных потерь от образцов Fe3%Si с разной ориентацией их поверхности относительно плоскости СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(110). Рассматриваются причины наблюдаемого немонотонного изменения потерь от толщины образцов. В частности, показано, что увелиВо введении обосновывается актуальность проведения настоящей рачение потерь тонких образцов (d0,10 мм) связано не только с ростом боты, приведены ее цели, дается краткое содержание работы по главам, их гистерезисной составляющей, но и с замедлением степени снижения сформулированы основные выводы диссертации, выносимые на защиту.

вихретоковых потерь, вследствие возрастания средней ширины доменов Рассмотрены некоторые современные тенденции и пути, направленные на при утонении образцов. Исходя из сказанного, можно ожидать, что улучшение качества железокремнистых сталей. Рассмотрена роль домендальнейшее заметное снижение уровня магнитных потерь на вращательной структуры в формировании магнитных потерь ферромагнетиков. Поное перемагничивание в тонких образцах может быть достигнуто искусказано, что многие детали динамики поведения доменной структуры в ственным дроблением их ДС. Рис.19 показывает, что в образцах имеюлинейно- поляризованных полях до сих пор не ясны и полностью отсутщих разориентацию поверхности относительно кристаллографической ствуют сведения об ее изменении во вращающихся магнитных полях. Исплоскости (110) на угол >0 мощность потерь намного ниже, чем в ходя из этого, в работе поставлены цели и задачи исследования и возкристаллах с = 0. Подобное расхождение объясняется, в основном тем, можные пути их решения.

что в образцах с >0 вследствие сильного дробления ДС уровень вихреВ первой главе приводится критический анализ наиболее распротоковых потерь намного ниже, чем во втором случае.

страненных способов регистрации динамической доменной структуры (стробоскопический, высокоскоростной киносъемки). Исходя из рассмотренного, описывается принципиально новый метод регистрации вида 10 исчезновению каплевидных доменов и, соответственно, способствуют ДС на единичных циклах перемагничивания. Метод основан на использоросту ширины полосовых доменов. вании электронной установки “Лупа времени“ типа ЛВ-04, предназна В главе, впервые, во вращаюшихся магнитных полях установлена за- ченной для сверхскоростной регистрации самосветящихся быстропротевисимость магнитных потерь кристаллов Fe-3%Si от их толщины и ори- кающих процессов и явлений.

ентации их поверхности относительно кристаллографической плоскости Выявленное с помощью меридионального Керр - эффекта изображение (110). вида динамической ДС исследуемого образца, подавалось на фотокатод импульсного электронно-оптического преобразователя (ЭОП) регистрирующей установки. С помощью его электронной развертки и затвора на выходном экране ЭОПа формировалось изображение в виде 4, 8 или кадров, следующих друг за другом (кадровая развертка). В линейном режиме изображение формировалось в виде 4 отдельных строк, расположенных одна под другой (рис.1).

Рис.1 Вид доменной структуры кристалла Fe-3%Si, f= 60 Гц.

Bm= 1,8 Тл.

А- кадровая развертка, Б- линейная развертка.

Рис. 21. Мощность потерь на вращательное перемагничивание в зави На рис.1А порядок следования серии кадров сверху - вниз и слева - насимости от амплитудного значения индукции для образцов толправо. Время экспозиции каждого кадра менялось от 5 до 50·10-6с, а инщиной: d = 0,4мм (1); 0,25мм (2); 0,18мм (3); 0.08 мм.

тервалы между ними - от 10 до 500 ·10-6с. Временное разрешение в линейном режиме (Б) составляло около 1·10-9с. Пространственное разрешеНа рис. 21 для некоторых из исследованных монокристаллов с = 1.5° ние в обоих случаях составляло ± 0,03 мм. Максимальной длительность разной толщины приведены кривые зависимости изменения магнитных серии из 16 кадров не превышала 9,6·10-3с, т.е. на ней можно зафиксиропотерь на вращательное перемагничивание от амплитудного значения вать изменение доменной структуры за полный цикл перемагничивания индукции. Видно, что с ростом Вm потери на всех образцах меняются при f 100 Гц. При невысоких частотах перемагничивания (10-80 Гц) немонотонно. В области небольших индукций потери непрерывно рассъемка ДС проводилась несколькими, синхронизированными друг с друтут, достигая максимума при Вm = 1.7—1.8 Т, а затем уменьшаются. Хотя гом сериями кадров. Погрешность “привязки” магнитного состояния иссама по себе такая зависимость уже рассматривалась, однако она полуследуемого образца на динамической петле гистерезиса составляла ± чена для разных толщин образцов. Это дало возможность обнаружить ·10-6с во всем диапазоне измеренных частот, что не превышало 0,6% пеновый эффект, который заключается в том, что наблюдаемый максимум риода перемагничивания.

потерь по мере утонения кристалла смещается в сторону меньших В главе описываются особенности ваттметрового метода измерения полных магнитных потерь и гистерезисных потерь на небольших образзначений индукций. Остановимся на возможной интерпретации смецах длиной 50- 120 мм. Ошибка измерения полных потерь не превышала щения максимума Р(Вm) при утонении кристалла. Прежде всего, вспом5 %. Ошибка в определении их гистерезисной составляющей была порядним, что по мере утонения кристалла растет гистерезисная составляющая ка 12%.

магнитных потерь [1]. Ее рост означает, что при утонении возникает 34 Приводится способ измерения полных потерь по динамическим пет- магничивании формируется из суммы вкладов составляющих потерь, лям гистерезиса, записанным на отдельных циклах перемагничивания в измеренных в поле, направленном под разными углами к оси легкого интервале частот 10-1000 Гц и особенности его калибровки. Погрешность намагничивания, было проведено численное усреднение зависимости определения потерь указанным методом при тщательной настройке ап- потерь Р=Р() [6] по углу . Оценка показала, что высокие значения паратуры не превышала 7% в частотном диапазоне 10- 1000 Гц. магнитных потерь во вращающихся полях обусловлены вкладом в их Во второй главе рассматриваются причины возникновения так назы- величину составляющей потерь вдоль [111] ( 55о), которая даже в ливаемых “дополнительных” потерь (Рдоп), связанных с несоответствием нейно- поляризованном магнитном поле имеет аномально высокое знавеличины измеренных полных потерь (Р) их вычисленному значению: чение.

Рдоп = Р - (Рг + Рвк) (1), Впервые установлено и исследовано существенное влияние разгде Рг - гистерезисные потери, Рвк - вихретоковые “классические” потери, мерных и ориентационных параметров образцов Fe-3%Si на динамику рассчитанные в предположении однородного перемагничивания ферро- их ДС во вращающихся магнитных полях. Сказанное нетрудно видеть магнетика: из рис.20, отражающего вид ДС тонкого образца (=1,50) во вращающемся поле при тех же условиях перемагничивания и съемки, что и на 1 (dfВm) РВК =, (2), рис.19. Видно, что утонение образца приводит к исчезновению замы6 cкающей ДС, а его ДС состоит из полосовых доменов и большого - плотность материала, - удельное электросопротивление, f- частота перемагничивания, d- толщина материала, Bm - амплитуда индукции, cскорость света.

Многие исследователи связывают это расхождение с неоднородностью перемагничивания ферромагнетика, вследствие существования доменной структуры. В работе [3] была рассчитана мощность вихретоковых потерь ферромагнетика - (Рвд), обусловленных смещением 180- градусных доменных границ:

РВД L 1, 63, (3), Рис.20. Вид ДС монокристалла (d=0,10 мм) во вращающемся РВК d магнитном поле: а- +JsH, б- Js H, в -JsH.

L- средняя ширина полосовых доменов. С учетом такой ДС расхождение (f –50 Гц, Bm = 1.5 Тл) (1) между измеренными и рассчитанными потерями было намного меньчисла клиновидных доменов на краях образца, намагниченных антипаше, но, тем не менее, оставалось значительным. Поскольку выражение раллельно полосовым. Их возникновение связано, по-видимому, со сни(3) было получено для плоских, однородно смещающихся 180- градусжением магнитостатической энергии, обусловленной наличием свободных границ, во многих работах было высказано предположение, что в ных магнитных зарядов на периферийных участках диска. Перемагниреальности данные условия не выполняются, а границы движутся: 1. Нечивание тонкого образца идет исключительно путем смещения его 180- однородно (с разными скоростями); 2. Не синфазно; 3. Не синусоидально градусных границ полосовой ДС, без ее дробления даже при повышен(с большими задержками). Эти особенности поведения доменных границ ных амплитудах индукции (Вm=1,7 Тл). Аналогичное явление наблюдаи обуславливает несоответствие величины измеренных потерь их вычислось в тонких образцах, перемагничиваемых в линейно – поляризованных ленным значениям. В данной главе приводятся результаты проверки полях (глава 5). Отметим, что увеличение ширины полосовых доменов этих предположений. Все измерения проводились на монокристаллах Feпри утонении образцов Fe-3%Si с >0 наблюдалось также в работе [15], 3%Si при небольших значениях индукции (Bm 1,0 Тл), при которых авторы которой считают, что при утонении образцов из-за сокращения отсутствовало дробление доменной структуры (L=const) и перемагничидлины внутренних С- доменов, их намагничивание становится все более вание образцов осуществлялось плоскими 180- градусными границами.

затруднительным. Вследствие этого, они постепенно исчезают, приводя к 12 которой исследовано ее поведение во вращающихся полях (f=10-120Гц) На рис.1 приведены кривые хi= f(t), описывающие изменение положения в интервале индукций (0,25-2,0 Тл). На рис.19, в качестве примера, при- четырех имеющихся границ на поверхности образца за полный цикл певедены фотографии, отражающие изменение ДС монокристального дис- ремагничивания Видно, что измеренные положения границ хi хорошо укка Fe-3%Si (=1,50) во вращающемся (по часовой стрелке) магнитном ладываются на построенные кривые хi = Хmi sint, где Хmi- амплитуда поле при трех различных его разориентациях на угол относительно смещения i-границы. Иными словами, можно предположить, что при сиоси легкого намагничивания образца. На его поверхности выявляется нусоидальном изменении индукции 180- градусные границы совершают система полосовых доменов, намагниченных вдоль [001] и направлен- синфазные гармонические колебания.

ных к ним под углом 550 мелких доменов, замыкающих магнитный поток внутренних С-доменов намагниченных вдоль [010] и [100]. Имеется также большое число мелких каплевидных доменов, снижающих магнитостатическую энергию магнитных зарядов, возникающих на поверхности образца вследствие ее отклонения на угол =1,50 относительно плоскости (110).

Перемагничивание образца идет как путем смещения 180- градусных границ полосовых доменов, так и за счет изменения длины замыкающих доменов имеющих наибольшие размеры при = 90о, что нетрудно видеть из рис.19. По мере роста индукции роль смещений 180градусных границ полосовой ДС непрерывно падает, но растет вклад в изменение намагниченности замыкающей ДС, домены которой при Вm 1.6-1,7 Тл полностью заполняют всю поверхность образца. При этом рост потерь при Вm 1,0 Тл (рис.18) обусловлен, главным образом смещением границ, прорастающих С-доменов замыкающей ДС. При дальнейшем увеличении индукции перемагничивание идет за счет измене Рис.2 Временная зависимость положения доменных границ ния их ширины, путем смещения значительного числа новых магни на поверхности образца. f=60 Гц, Bm=1,0 Тл.

тоактивных 90- градусных границ С – доменов, ранее не принимавших активного участия в перемагничивании, что сопровождается замедлени.

ем роста потерь и последующим их снижением (рис.18). При после Более строго правомерность этого вывода доказывается путем нахождедующем росте индукции перемагничивание образца все в большей стения аналитической формы для полученных зависимостей xi = f(t). Для капени осуществляется за счет обратимого вращения его намагниченнождой измеренной зависимости xi = xi (t) находилось соответствующее сти, сопровождаемого нулевыми потерями, что приводит к наблюдаекорреляционное уравнение периодического типа [7]:

мому монотонному падению магнитных потерь при Bm>1.8 Тл.

m Обнаружено дробление ДС, сопровождаемое ростом числа границ Xi(t)=a0+ aksint+bkcost (4) k=как полосовой, так и замыкающей ДС по мере роста индукции. Выявле Процедура его отыскания сводилась к нахождению коэффициентов ао, но поступательное движение 180-границ полосовой ДС (дрейф домена1,…аm, которая изложена в Приложении I работы. В таблице 1 приведеных границ) в определенном направлении на поверхности образца. Раны корреляционные уравнения найденные для зависимостей, приведеннее такие особенности наблюдались на образцах, перемагничиваемых ных на рис.2. Видно, что в пределах ошибки измерений (12%) амплитутолько в линейно-поляризованном поле.

ды колебаний первой гармоники во всех случаях совпадают друг с дру Основываясь на модели вторичной доменной структуры, установлегом, а их величина почти на порядок выше амплитудного значения высны причины аномально высоких значений магнитных потерь во враших гармоник. Исходя из этого, можно считать, что при указанных услощающихся полях. Исходя из того, что потери при вращательном пере 32 виях перемагничивания смещение 180- градусных границ носит сину- выше их значений, измеренных в линейно- поляризованных магнитных соидальный, однородный характер. В главе рассматривалось наличие полях при неизменных условиях перемагничивания. Во-вторых, уста новлен немонотонный характер изменения потерь от индукции (рис.18), Таблица в отличие от монотонного роста потерь пропорционального B2 (3), даm Вид Xi(t), полученных для образца при f=60Гц, Bm=1,0Тл ваемого классической электродинамикой при постоянной магнитной проницаемости материала.

№ Вид корреляционного уравнения 1 Xi(t)= 0,34 sint- 0,028 sin2t+0,014 sin3t+0,009 sin4t 2 X2(t)= 0,37 sint-0,034 sin2t+0,021 sin3t+ 0,003 sin4t 3 X3(t)= 0,37 sint+0,015 sin2t+0,036 sin3t-0,013 sin4t Рис.18 Изменение магнитных потерь на 4 X4(t)= 0,34 sint+0,029 sin2t-0,038 sin3t+0,002 sin4t вращательное перемагничивание моно скачкообразного движения 180- градусных границ. Для его выявления кристалла Fe- была проведена оценка дисперсий отклонения положения границ, изме3%Si.f=50 Гц ренных в разных фазах перемагничивания xi от их значений, вычисленных по уравнениям (4). Проведенный анализ (критерий F-Фишера [8]) Ранее, в работе [14] было высказано предположение, что причина такопоказал, что различие дисперсий, полученных на разных образцах и при го необычного поведения потерь ферромагнетиков во вращающихся разных условиях перемагничивания, является не значимым. Это позволямагнитных полях может быть связана с особенностями поведения их ет утверждать, что наблюдаемый разброс измеренных значений xi отноДС. Однако до недавнего времени из-за отсутствия необходимых метосительно их положений, вычисленных по выражению (4), обусловлен не дик наблюдения, сведения о ее динамике ДС также отсутствовали. В скачками границ, а связан с ошибкой измерения их положения.

данной главе описана новая методика покадровой регистрации вида ди Таким образом, установлено, что при синусоидальном изменении намической ДС с временами экспозиции кадров (5-6·10-6с), с помощью индукции перемагничивание кристаллов Fe-3%Si идет путем однородного, синфазного смещения плоских 180- градусных границ, совершающих гармонические колебания. Это показывает, что природа “дополнительных” потерь обусловлена другими особенностями поведения 180градусных границ, а именно – динамическим изменением их формы сечению образца, ряд особенностей которой выявлен в данной работе.

В третьей главе приводятся результаты исследований малоизученного в настоящее время поведения ДС при высоких амплитудах индукции (Вm = 1,70- 1,95 Тл). Рассмотрены результаты о динамике изменения зародышей перемагничивания, их роли в формировании полосовой ДС и особенностях смещения ее 180- градусных границ. Некоторые наиболее характерные особенности ее динамики можно видеть из рис.3, где при Рис.19 Вид ДС монокристалла (d=0,25 мм) во вращающемся ведены четыре серии фотографий (А-Г), строго синхронизированные по магнитном поле: а- +JsH, б- Js H, в -JsH.

времени друг с другом, и отражающие изменение ДС на поверхности (f –50 Гц, Bm = 1.5 Тл) образца за полный цикл изменения магнитного поля. Из серии А видно, например, что перемагничивание монокристалла идет путем смещения 14 полных и гистерезисных потерь, которые только растут с увеличением 180-градусных границ, и вследствие сильного изгиба, сопровождается индукции, вихретоковые потери показывают другую зависимость: до постепенным исчезновением “светлых” доменов с намагниченностью Js, Bm=1,2 Тл они увеличиваются, а затем несколько уменьшаются (а,б) или направленной антипараллельно полю, приводящим к состоянию однодоостаются неизменными (в). Эти закономерности изменения потерь кор- менности (кадр А1г). Поскольку это состояние наступает уже при Вср= релируют с наблюдаемой динамикой ДС (рис.15) и ее модельным пред- 1,5 Тл, т.е. при значениях значительно меньших индукции насыщения ставлением (рис.16), которые показывают, что непрерывный рост потерь образца (Вs 2,1 Тл), то можно предположить, что внутри его возникают при небольших индукциях (Bm <1,0 Тл) обусловлен смещением замкнутые домены, например, “цилиндрические“ и дальнейшее пере90 и 180-градусных границ прорастающих приповерхностных, и внут- магничивание образца идет за счет изменения их объема. Отметим, что ренних С-доменов. При Вm>1,2 Тл перемагничивание идет за счет изме- степень изгиба 180- границ по сечению образца растет, как с увеличенинения ширины доменов замыкающей ДС путем смещения новых, ранее ем частоты перемагничивания, так и амплитуды индукции.

не активных 90-градусных границ между С-доменами и приповерхностными. Увеличение числа магнитоактивных границ и приводит к наблюдаемому при некоторых частотах снижению вихретоковых потерь при индукциях Вm>1,2Тл.

Из измеренных зависимостей Р=f(Bm), полученных на образцах с различным , установлено, что, как и ранее [6], во всем интервале измеренных индукций выполняется соотношение: Р55 >Р70 > Р25 > Р90. Здесь Р55… Р90 – полные магнитные потери кристаллов, перемагничиваемых, соответственно, под углами = 55°,...90° к оси легкого намагничивания.

Подобная анизотропия полных потерь, как показали в настоящей главе прямые наблюдения динамики ДС, обусловлена различием скоростей движения границ доменов замыкающей ДС в образцах с разным : 55> 25> 70.

Таким образом, при перемагничивании железокремнистых сплавов в полях, непараллельных оси легкого намагничивания, выявлена сложная, непрерывно меняющаяся по мере роста индукции, перестройка ДС. Установлен механизм динамического перемагничивания образцов путем изменения объема внутренних С- доменов, намагниченных вдоль [100] Рис.3 Вид ДС образца, f = 60 Гц, Bm= 1,9 Тл (порядок и [010]. Впервые выявлены новые, существенные моменты в поведении следования кадров: сверху –вниз, слева-направо).

их границ, которые позволили объяснить причины немонотонного изменения вихретоковых потерь от амплитуды индукции.

Например, при Вm 1,95 Тл (f=60 Гц) время существования ДС на поВ седьмой главе всесторонне исследуется динамика ДС и ее роль в верхности образа составляло всего 1,02·10-3с, в течение остальной части формировании магнитных потерь монокристаллов Fe-3%Si, перемагнипериода перемагничивания (~ 95%) поверхность находилась в состоянии чиваемых во вращающихся магнитных полях. В главе приводится кратоднодоменности. В данной главе получены детальные сведения о дикий обзор имеющихся работ по изучению особенностей поведения понамике полосовой ДС, степени изгиба ее 180- градусных границ, о скотерь при рассматриваемых условиях перемагничивания, а также основростях смещения, о степени их неоднородности движения при различных ные методики их измерения [12]. Во всех имеющихся работах обнаруусловиях перемагничивания образцов. Полученные данные использоважен ряд аномалий в поведении магнитных потерь во вращающихся полись для объяснения закономерностей поведения магнитных потерь лях [5,13]. Во-первых, уровень потерь при вращательном перемагничикристаллов Fe-3%Si при повышенных амплитудах индукции.

вании образцов в зависимости от амплитуды индукции от 2 до 8 раз 30 Ранее, во второй главе было установлено, что однородность скоро- стей смещения 180- градусных доменных границ при невысоких индукциях существенно зависела от степени несовершенства кристаллической структуры образцов, которая оценивалась по уровню гистерезисных потерь среди полных. В данной главе сделана попытка установления Рис.возможных причин, обуславливающих различие гистерезисных потерь Схема доменной образцов и, соответственно, их структурных отличий и влияния их на динамику ДС при повышенных амплитудах индукциях. В таблице при- структуры образца с ведены некоторые магнитные характеристики исследованных образцов. <550 [6].

Таблица Коэрцитивная сила и мощность магнитных потерь образцов Fe-3%Si ( f= 60 Гц, Bm= 1,0 Тл и L/d= 2,6) ее приповерхностных и С-доменов, а при более высоких индукциях - за счет изменения их ширины путем смещения 90- градусных границ между этими доменами. Выявленный в главе характер поведения динамической магнитострикции и частотной зависимости ее амплитудных значений также подтвердил, что по мере роста амплитуды индукции и частоты, растет вклад 90- градусных границ замыкающей ДС в переВидно, что сравниваемые образцы существенно отличаются друг от магничивание образцов с > 0.

друга, как по величине коэрцитивной силы, так и по уровню гистере Полученные сведения о динамике ДС позволили объяснить причизисных потерь. Состояние кристаллической решетки образцов изучали ны необычного, немонотонного изменения вихретоковых потерь от инметодом рентгеновской топографии (съемки проведены Есиной Н.К.).

дукции и частоты перемагничивания (рис.17). Видно, что в отличие от Дифракционные топограммы образцов I и 2 приведены на рис. 4 и 5, соответственно. На дифракционном изображении образца I (рис.4) его Р Рис.17 Зависимость полных магнитных потерь и их сос- тавляющих от амплитуды индукции при перемагничи- вании образцов с =250 (А);

а, б, в- частота: 20, 60, 120 Гц;

- полные, - вихретоковые, х- гистерезисные потери.

Рис.4 Рентгеновские топограммы монокристалла №1. а – дифракционное изображение, б - вид дифракционных линий K- дублета при радиальных направлениях съемки [110] и [001], соответственно.

форма сильно искажена. Для субструктуры этого образца характерна сплошная сетка субграниц. Взаимная разориентация разделенных ими 16 блоков относительно осей, совпадающих с азимутальным и радиальным направлениями съемки, не превышает 15 -20 угловых мин.

Рис.5. То же что и на рис.4 для образца Дифракционные линии K -дублета (рис. 3.12 б, в) локально изогнуты, а междублетные расстояния меняются от участка к участку. Такие особенности дифракционных линий получены при радиальных направлениях съемки, совпадающих как с направлением [001], так и с направлением [ 1 10]. Все это говорит о локальных изгибах решетки и разориентации блоков относительно соответствующих осей. Дифракционное изображение образца 2 (рис.5) не деформировано и соответствует форме самого образца, субграницы не выявляются.

Проведенные наблюдения за динамикой ДС показали, что степень Рис.15 Изменение ДС монокристалла Fe-3%Si. f=40 Гц:

дробления ДС, неоднородность скоростей смещения 180-градусных гра А,Б,В,Г- Вm= 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 Тл. (порядок ниц, неповторяемость их поведения была существенно выше в образце следования кадров, как и на рис.3).

1, чем на монокристалле 2 с более совершенной кристаллической решеткой. Можно предположить, что такое поведение ДС в деформирочивания. В главе приводятся данные и о динамике ДС монокристаллов ванных образцах связано с наличием локальных магнитных полей расFe-3%Si, перемагничиваемых под углами = 55, 70, 900 к оси легкого сеяния, возникающих на различных искажениях кристаллической ренамагничивания. В целом, как показал анализ, характер изменения ДС шетки (субграницах, участках неоднородной деформации и т.п.), таких кристаллов во многом качественно совпадает с ранее рассмотренвлияющих на смещения 180- градусных ДГ и на процессы роста зароным ее поведением на образце с = 250.

дышей перемагничивания. Эти особенности поведения ДС образцов су Проведенные в настоящей главе прямые наблюдения динамики ДС щественно влияют на вихретоковые потери, изменение которых от инподтверждают основные модельные представления об ее изменении в дукции приведено на рис.6.Видно, что уровень потерь образца 1 заметно магнитотрехосном ферромагнетике, перемагничиваемом под произпревышает их величину, измеренную на образце 2. Особенно велико вольными углами к оси легкого намагничивания [001]. Изображение различие при повышенных индукциях (Вm >1,5Тл). Одна из причин тамодели ДС приведено на рис.16. На схеме: 1,2- полосовые домены; 3,4- кого расхождения может быть связана с разной степенью неоднородноС- домены, намагниченные вдоль [010] и [100]; 1'- приповерхностные сти скоростей смещения 180- градусных границ, которая была сущестдомены, замыкающие на поверхности образца магнитный поток – С довенно выше у образца 1, имеющего субблочные границы и локальные менов. В соответствии с этой схемой видно, что наблюдаемое ранее упругие деформации кристаллической решетки, чем на образце 2, у (рис.15) перемагничивание образца замыкающей ДС при (Вm1,2 Тл), идет путем изменения длины 28 с разной степенью текстуры Основываясь на полученных результатах в настоящей главе, можно высказать следующее предположения, что существенное дальнейшее Рис.6 Зависиснижение магнитных потерь тонких образцов Fe-3%Si может быть досмость вихретотигнуто за счет увеличения чистоты материала и улучшения кристаллоковых потерь от графической текстуры. Это приведет к уменьшению неоднородности амплитуды индвижения 180- градусных границ и, соответственно, к снижению как дукции:

гистерезисных, так и, особенно вихретоковых магнитных потерь. Кро1- образец1, ме того, искусственное дробление ДС должно способствовать дальней2- образец 2.

шему снижению вихретоковых, а, следовательно, и полных магнитных потерь тонких образцов Fe-3%Si.

В шестой главе приводятся результаты о динамике ДС и магнитных потерь монокристаллов Fe-3%Si в полях, направленных непараллельно которого таких искажений не выявлено. Таким образом, показано, что оси легкого намагничивания. Подобное ситуация встречается в реальискажения кристаллической решетки материала влияет не только на ной электротехнической стали, намагниченность кристаллитов которой мощность гистерезисных потерь и коэрцитивную силу, но и существенимеет отклонение относительно направления ее прокатки. Впервые усным образом сказывается на уровне вихретоковых потерь, особенно в тановлено влияние магнитной многоосности ферромагнетиков на диобласти повышенных амплитуд индукции. Это обстоятельство имеет намику ДС. Ее наличие приводит к проявлению большого разнообразия особое значение в проблеме снижения магнитных потерь в текстурованразличного типа доменных структур. Это нетрудно заметить из рис. 15, ных железокремнистых сплавах, в которых вихретоковые потери являотражающего динамику ДС одного из образцов, перемагничиваемого ются преобладающими.

в поле, направленным под углом =25° к оси легкого намагничивания.

В главе подробно исследовалась динамика роста зародышей перемагНа рисунке, каждая из приведенных (А-Г) серий фотографий отобраничивания. Они выявлялись на концах образца в виде небольших клижает изменение ДС за 0,2 периода перемагничивания. Экспозиция кажновидных областей (остатки полосовых доменов) с намагниченностью дого кадра составляла 40·10-6 с, а временные интервалы между ними Js, направленной противоположно полю, уменьшающих магнитостати300·10-6с.

ческую энергию образца, намагниченного практически до насыщения.

ДС состоит из полосовых доменов, намагниченных вдоль [001], и системы мелких доменов замыкающей ДС, направленных под углом 55-600 к полосовым доменам. Эти домены замыкают магнитный поток внутренних С-доменов, намагниченных вдоль [010]и [100]. Вид Рис.7 Вид ДС на конце но, что перемагничивание образца осуществляется исключительно образца при f =60 Гц, за счет изменения размеров замыкающей ДС, которая по мере роста Вm > 1,95 Тл (экспозииндукции постепенно поглощает исходную полосовую ДС. Смещений ция кадров 20·10-6с, ее 180-градусных границ не выявлено. Более того, при Вm=1,2 Тл интервалы между (рис.11В) полосовая ДС исчезает полностью на поверхности образца (кадр 4г). Последующее его перемагничивание (Вm=1,4 Тл) осукадрами 300·10-6с.) ществляется только за счет изменения ширины доменов замыкающей ДС, заполнившей всю поверхность образца. Полосовая ДС не выявляется на поверхности образца в течение полного цикла перемагни- 18 Их вид приведен на рис.7 (кадр 1а). С уменьшением намагничивающего поля, как видно из кадров 2а-3б зародыши, прорастая на все длину образца, превращаются в полосовые домены, и дальнейшее перемагничивание образца идет путем смещения их 180-градусных границ. Выявлено, что скорость роста зародышей неоднородна по длине образца: вблизи его концов она составляла 712 м/с, в центральных участках - 40м/с (f=60Гц, Вm1,95Тл). Как показали измерения, это различие скоростей связано с неоднородностью внутреннего поля, величина которого в центральной части образца было намного выше, чем на его концах.

Рис.8 Зависимость средней (I) и максимальной Рис.14 Зависимость составляющих магнитных потерь от толщины скорости (2) роста зарообразцов при различных амплитудах индукции:А-гистерезисная содышей перемагничивания ставляющая, Б- вихретоковая составляющая; 1- образец 1, 2- образец 2;

монокристалла от ампли – 1,0; – 1,5; x – 1,7Тл.

туды индукции, f =60 Гц.

падение вихретоковых потерь, составляющих еще бльшую часть полных, будет обусловливать их монотонное снижение. Толщины, при которых гистерезисные потери составляют половину полных, будут соот Выявлена заметная неоднородность динамики роста зародышей певетствовать минимальному значению последних, поскольку при дальремагничивания, которая отчетливо проявляется на рис.8. Здесь привенейшем уменьшении толщины образцов, непрерывный рост их гистередено изменение средней величины скорости роста всех наблюдаемых зисных потерь, превышающих уже вихретоковые, приведет также к зародышей перемагничивания в центре образца (1) и изменение скороувеличению полных магнитных потерь.

сти роста наиболее “быстрого” из них (2) от амплитуды индукции. Вид Значения найденных таким образом толщин, соответствующих мино, что наиболее сильное увеличение скорости движения зародышей нимуму полных магнитных потерь образцов, отмечены на рис.происходит при Bm > 1,9 Тл. В области меньших значений Bm наблюдаетстрелками. Видно, что на образце 2, имеющем более высокую состався приблизительно одинаковый рост как средней, так и максимальной ляющую гистерезисных потерь, ее уровень, равный 50%, определяюскоростей: (кривые I и 2 идут практически с одинаковым наклоном). Это щий минимум полных потерь, достигается (Вm=const) при бльших означает, что при этих индукциях разброс скоростей роста отдельных толщинах, чем на образце 1, что наблюдалось и ранее (рис.13).

зародышей в целом остается постоянным. В противоположность этому, Таким образом, установлена корреляция между уровнем гистерезиспри Bm> 1, 9 Тл, кривая 2 идет заметно круче кривой I, то есть неодноных потерь образцов и толщиной, соответствующей минимуму их магродность скоростей движения различных зародышей существенно вознитных потерь- с ростом гистерезисной составляющей, значение укарастает по мере приближения амплитуды индукции к индукции насызанной толщины также растет, что объясняет причину расхождения щения образца. Укажем, что при Bm 1,95 Тл, скорости движения отданной толщины, наблюдаемой при утонении поликристаллов Fe-3%Si дельных зародышей отличались более чем в 3 раза, а при Bm = I,5 Тл их 26 максимальное различие не превышало 50%. При этом, наибольшее раз- толщины кристаллов потери монотонно снижаются, а, начиная с неколичие в скоростях смещения 180- градусных границ в развитой ДС на торых толщин, наблюдается их постепенное повышение (за исключением обр.1 при Вm=1,5 и 1,7 Тл). Это повышение связано с ростом образце наблюдается также при Bm > 1,9 Тл. Отсюда следует, что негистерезисных потерь, перекрывающим убыль вихретоковых., которые однородность скоростей роста зародышей перемагничивания предопремонотонно падают по мере утонения образцов. Кроме того, нетрудно деляет неоднородность скоростей смещения 180- градусных границ в заметить, что минимум полных потерь на кривых P = P(d) сформировавшейся ДС, при этом процесс смещения различных доменных границ начинается в разных фазах перемагничивания.

Отметим, что скорость роста зародышей перемагничивания почти на два порядка превышала скорости смещения 180- градусных границ в развитой ДС. Это, наряду, с другими факторами, может быть причиной более высоких вихретоковых потерь в материалах с более крупным кристаллическим зерном. Выявлены новые сведения о нелинейной динамике зародышей перемагничивания, их роли в формировании полосовой Рис.13 Зависимость доменной структуры, которая при повышенных индукциях ведет себя не полных магнитных посовсем обычно – вследствие сильного изгиба ее 180- градусных границ терь от толщины полосовые домены перестраиваются в систему цилиндрических доменов. Оценка вклада смещений их границ в вихретоковые потери приво- образцов при раз- дится ниже. личных индукциях.

В четвертой главе рассматривается связь магнитных потерь монокри-- обр.1, --обр.2:

сталлов Fe-3%Si. с поведением ДС. Приводятся экспериментальные 1- 0,5; 2- 0,8; 3-1,0;

данные о влиянии дробления ДС, изгиба ее 180- градусных границ на 4–1,2; 5– 1,5; 6- 1,7 Тл уровень магнитных потерь образцов. В частности, обсуждается вопрос о причинах нелинейной зависимости вихретоковых потерь за цикл перемагничивания от частоты, которая согласно расчетам для плоских 180- градусных границ должна быть, напротив, линейной [3]. Проведенный анализ, основанный на выявленных ранее особенностях смещения доменобразца 2 (=1,50) проявляется при больших толщинах, чем на образце ных границ (глава 2), показал, что единственной возможной причиной 1(=0). Отметим, что ранее в ряде работ, например [11], также обнаруподобного расхождении между теорией и экспериментом в частотном жено, что с уменьшением степени текстуры анизотропной стали, ее ходе потерь является изгиб 180- градусных границ по сечению образца, толщина, соответствующая минимуму полных потерь, увеличивается.

который не учитывается в расчетах. Однако даже с его учетом затрудни- Для выяснения причин этого несоответствия, подробно исследовалось тельно объяснить наблюдаемое неоднозначное несоответствие между поведение составляющих магнитных потерь от толщины образцов. На измеренными и вычисленными потерями: при низких частотах f 40Гц рис. 14 приведены зависимости гистерезисных и вихретоковых составвеличина первых была больше, а при f 40Гц между ними имеется обляющих от толщины образцов при различных амплитудах индукции ратное соотношение. Полную ясность в этом вопросе внесла работа [9], (для упрощения рисунка зависимости PB/P=f(d) для обоих образцов пригде теоретически было показано, что изгиб 180- градусных границ может ведены лишь при Вm = 1.0 Тл). Видно, что с уменьшением толщины оббыть обусловлен как сдвигом фаз ( ) колебаний отдельных точек ДГ разцов доля их гистерезисных потерь непрерывно увеличивается, а доля относительно друг друга, так и различием амплитуд А(х) колебаний данвихретоковых, равная PB /Р= (1—Рг/Р)·100%, напротив, монотонно паных точек по сечению образца. В общем случае форму границ можно дает. При этом, с уменьшением толщины до определенных значений описать функционалом:

yo (x,t) = A(x)sin (t + ) (5) 20 В пятой главе детально исследуется влияние размерных, ориентацион- Из этих расчетов следует, что в области низких частот, изгиб ДГ связан, ных параметров образцов железокремнистых сплавов на магнитные по- в основном, с первой причиной, и должен приводить к возрастанию тери и динамику доменной структуры. В крупнокристаллической анизо- мощности вихретоковых потерь по сравнению с плоской доменной гратропной стали доля вихретоковых потерь достигает 75% величины пол- ницей. Во втором случае, изгиб границ должен, согласно выводам данных ных [4]. Поэтому подходы к снижению последних, связаны в первую расчетов, приводить, напротив, к меньшим значениям потерь, чем для очередь, с поиском путей снижения их вихретоковой составляющей по- плоской доменной стенки. Причем, как показано в работе, наличие изгитерь. Одним из эффективных способов их снижения является оптимиза- ба первого рода должно проявляться в наличии сдвига фаз между поция толщины листа и ориентации его поверхности относительно плос- верхностной Впов и средней индукциями Вср. Тщательные измерения покости (110). При этом в настоящее время совершенно не исследовано казали, что при всех влияние размерных параметров образцов на динамику ДС кристаллов с различной ориентацией поверхности, что затрудняет целенаправленный поиск путей дальнейшего снижения магнитных потерь тонких образцов.

. В настоящей главе проведены исследования динамики ДС и магнитных потерь при утонении кристаллов Fe-3%Si от 0.28 до 0,025мм с разным отклонением их поверхности относительно плоскости (110) на угол (=0, =1,50). Утонение образцов сопровождалось неоднозначным изменением их ДС: в образце с =0 средняя ширина полосовых доменов уменьшалась, в образце с =1,50 она, напротив, росла. Рассмотренное изменение ДС образцов объясняется в главе особенностями перестройки их Рис. 9 Изменение средней (1) и поверхностной (2) индукции за половину замыкающей ДС [1,10]. Установлено, что при достижении некой критицикла перемагничивания при Вm = 0,5 Тл и частотах перемагничивания: а ческой толщины (d 0,07мм) перемагничивание образцов, независимо от – 20 Гц, б- 40 Гц, в- 120 Гц ориентации их намагниченности, идет смещением плоских 180градусных границ, число которых, вопреки теории, не меняется даже при исследованных Bm и f величина Впов, определяемая по виду ДС превышасамых высоких индукциях. Возможно, наблюдаемое затруднение дробет амплитуду средней индукции (Вср=Вmsin) на некоторую величину ления ДС в тонких образцах связано с ростом удельной граничной Вm, а при низких частотах опережает, кроме того, последнюю на угол энергии, о чем высказывалось в некоторых теоретических работах [10].

(рис.9).В первом случае границы испытывают изгиб, связанный с раз Обнаружено, что по мере утонения образцов растет, (особенно в криличием амплитуд колебания разных точек границы по сечению сталлах с > 0) неоднородность смещения 180-градусных границ, связанная с различием скоростей их движения. Указанная особенность может быть связана с тем, что при утонении таких образцов на их поверхРис.10 Зависимость вихре- ности постепенно исчезает замыкающая ДС, снижающая поля рассеятоковых потерь от часто- ния, из-за возникновения нормальной составляющей намагниченности к ты перемагничивания :

поверхности таких образцов. Вследствие этого растет магнитостатическая энергия, обусловленная магнитными полями рассеяния, и увеличи- 1,2 - расчет по [2];

вается степень взаимодействия их со 180- градусными границами, что и l',2' - расчет по [1], приводит, в конечном счете, к неоднородному их смещению. Получено-о-о – измерения. Нижние ные данные о динамике ДС использовались для обсуждения закономеркривые для. Bm =0,5 Тл, ностей изменения магнитных потерь при утонении образцов Fe-3%Si..

верхние для Bm =1,0 Тл На рис.13 приведены зависимости полных магнитных потерь от толщины образцов (обр.1-=0; обр.2- 1,50 ). Видно, что с уменьшением 24 образца, во втором – изгиб, связанный с различием фаз колебания этих ковых потерь с их величиной рассчитанной для произвольно изогнутых точек относительно друг друга. Полученные на конкретных образцах 180- градусных границ. Из рисунка видно, что только кривая 3 удовлезначения и Вm использовались для восстановления формы движу- творительно соответствует измеренной зависимости Рв= f (Вm). При Вm щейся ДГ и расчета вихретоковых потерь. Их значения, в сравнении с 1,4 Тл расхождение расчета с экспериментом составляет ~ 10%. Это от- измеренными, приведены на рис.10. Из сопоставления теоретических и экспериментальных кривых видно, что их ход не только качественно, но даже количественно совпадают во всем интервале исследованных частот.

Рис.12. Зависимость вихре- Таким образом, нелинейность зависимости Рв/f от частоты и наблюдаетоковых потерь образца от аммое ранее расхождение измеренных и вычисленных потерь для плоских плитуды индукции, f=20Гц.

180- градусных ДГ обусловлено их сложным изгибом, который не учиты1- измеренные значения, вался в ранее теоретической работе [3].

2-расчет для плоских 180- В данной главе рассмотрены весьма малоизученные вопросы формиградусных границ [3], рования магнитных потерь и причины их крутого роста при повышен3- для произвольно изогнутых ных индукциях (Вm 1,7 Тл). Выше (глава 3) отмечалось, что при укаграниц, 4- без учета ДС.

занных индукциях сильный изгиб 180-градусных границ приводит к их “схлопыванию” на поверхности образца и возможному образованию внутри его цилиндрических доменов. Предполагаемая форма одного из доменов приведена на рис.11.

личие может быть связано с модельными приближениями, использованными при расчете мощности потерь.

Рассмотренное показывает, что предложенная в работе модель динамического поведения ДС, включающая процессы сжатия и расширения внутренних доменов, образовавшихся в результате схлопывания ДГ на поверхности образца, правильно отображает процессы динамического перемагничивания монокристаллов с полосовой ДС в области повышенных значений амплитуды индукции. Перемагничивание образцов путем изменения объема внутренних доменов может быть одной из причин усиления скорости роста вихретоковых потерь от индукции при ее повышенных значениях.

Рис Рис.11 Схематическое изображение ДС после “схлопывания” 180- Другая вероятная причина, рассматриваемого поведения потерь мограниц образца (а), зависимость Вср (t) за цикл перемагнижет быть связана с процессами формирования доменной структуры, а чивания (б).

именно- с ростом зародышей перемагничивания. Проведенная оценка показала, что доля потерь, связанная с динамикой роста зародышей пеПо измеренным параметрам – фазам изменения Вср (t), соответствующим ремагничивания составляет порядка 10 % от величины вихретоковых моментам исчезновения и возникновения границ на поверхности образпотерь. Кроме того, исходя из наблюдений, ощутимый вклад (около 30%) ца 1,2,3,4 (рис.11б) была восстановлена форма границ внутри образв вихретоковые потери может быть связан с усиливающейся по мере ца у0(x,t) (рис.11а), с учетом которой была рассчитана мощность вихрероста индукции, неоднородностью скоростей смещения 180- градусных токовых потерь при повышенных индукциях (расчеты выполнены Жаграниц в развитой полосовой ДС.

ковым С.В.). На рис. 12 приведено сопоставление измеренных вихрето 22







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.