Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МАГНИТОСТРИКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 18. Москва, 2011, стр. 399-400

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. И. Зверев, А. М. Тишин

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.

Лит.: Clark A. E. Magnetostrictive rare earth-Fe2 compounds // Ferromagnetic materials: a hand­book on the properties of magnetically ordered substances / Ed. E. P. Wohlfarth. Amst.; N. Y., 1980; Бе­лов К. П. Маг­ни­то­ст­рик­ци­он­ные яв­ле­ния и их тех­ни­че­ские при­ло­же­ния. М., 1987; Handbook of giant mag­ne­tostrictive materials. San Diego, 2000; Ва­силь­ев А. Н. и др. Фер­ро­маг­не­ти­ки с па­мя­тью фор­мы // Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук. 2003. Т. 173. № 6; Moral A. del. Magnetostriction: basic principles and mate­ri­als. [L.], 2009.

Вернуться к началу