МАГНИТОСТРИКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МАГНИТОСТРИКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ, материалы, обладающие хорошо выраженными магнитострикционными свойствами (см. Магнитострикция). К традиционным М. м. относятся: никель, сплавы Fe - Al (алфер), Fe - Ni (пермаллой), Со - Ni, Fe - Со, Со - Fe - V (пермендюр) и др.; ряд ферритов (CoFe2O4, NiFe2O4 и др.). Никель обладает хорошими магнитострикционными, механич. и антикоррозионными свойствами; пермендюр имеет большие значения магнитострикции насыщения и намагниченности; ферриты обладают высокими удельным электрич. сопротивлением и коррозийной стойкостью; кроме того, эти М. м. самые дешёвые. Однако малые величины магнитострикции таких М. м. заметно сдерживают их широкое применение в технике. Поэтому очень важным стало обнаружение нового класса редкоземельных интерметаллич. соединений RеFe2 (Re = РЗЭ) с магнитострикцией порядка 2·10–3 при комнатной темп-ре.
Исследование соединений тербий–диспрозий–железо привело к открытию соединения терфенол-Д (на основе состава Tb0,27Dy0,73Fe2 со структурой фазы Лавеса), которое наиболее перспективно из-за гигантской магнитострикции (10–2) при комнатной темп-ре и малой величины магнитокристаллич. анизотропии, что позволяет применять его в относительно слабых магнитных полях. Ныне этот материал применяют в гидролокаторах и магнитострикционных силовых приводах. Вследствие потерь на вихревые токи и небольшой долговечности применение терфенола-Д ограничено частотным диапазоном 2 кГц. Использование полимерных композитов на основе терфенола-Д позволило существенно снизить потери за счёт вихревых токов в диапазоне частот до 100 кГц и выше, а также улучшить их рабочие свойства за счёт повышения эластичности и стойкости к сдвиговым деформациям. В нач. 21 в. исследован сплав железа и галлия (галфенол). Данный М. м. обладает приблизительно в 3 раза меньшим значением магнитострикции, чем терфенол-Д, но более вязок и может быть подвергнут механич. обработке и использован в условиях, при которых терфенол-Д разрушается.
К новым М. м. относятся магнитные сплавы с эффектом памяти формы. Сплавы, близкие к стехиометрии сплавов Гейслера Ni2MnGa, могут проявлять деформации до 6–10% в слабых магнитных полях в течение более чем 106 циклов без разрушения материала. Гигантский магнитострикционный эффект наблюдается в высокотемпературных сверхпроводниках и в материалах с колоссальным магнитосопротивлением. К последним относятся оксиды марганца со структурой перовскита Re1–xMexMnO3, где Re = РЗЭ, Me = Ca, Sr, Pb и Ba. Магнитострикция материалов этой группы сильно анизотропна.
Гигантские величины магнитострикции были обнаружены в наноразмерных магнитных мультислоях (наноразмерных тонких плёнках, мультислоях и сверхрешётках), а также в нанокристаллич. сплавах (наноразмерные магнитные частицы, введённые в аморфную матрицу). Подобные материалы проявляют необычные для объёмных материалов магнитные свойства, в частности поверхностную магнитострикционную деформацию. Для довольно сложных измерений магнитострикционных свойств наноразмерных плёнок и мультислоёв был разработан ряд спец. эксперим. методик, напр. магнитоэластический кантилевер, а также деформационно-модулированный ферромагнитный резонанс; магнитострикционные свойства также определяются из данных по деформационной анизотропии. Одним из результатов таких измерений стало открытие зависимости магнитострикции от толщины слоя. Недавние исследования показали, что мультислои TbCo/FeCo и TbFe/Fe обладают гигантскими величинами магнитострикции, бóльшими, чем у терфенола. Возможное объяснение этого явления связано с тем, что данные композитные материалы состоят из двух частей, одна из которых обладает большой магнитострикцией, а другая является магнитомягкой и обладает большими значениями намагниченности.
М. м. применяют в качестве преобразователей электромагнитной энергии в др. виды, напр. в механическую или акустическую (см. Магнитострикционный преобразователь). Устройства на основе М. м. могут работать при более высоких темп-рах, чем пьезоэлектрич. и электрострикционные устройства, проявляя бо́льшие деформации при более низком входном напряжении. Они используются для изготовления датчиков давления и бесконтактных датчиков перемещений, управляющих устройств (высокоточной обработки линз и материалов, хирургич. инструментов, контроля шума и т. п.), фильтров, стабилизаторов частоты в радиотехнике, линий задержки в акустике, источников звука (ультразвука) и вибраций, а также устройств контроля вибраций.