Основні магнітні властивості матеріалів

Для характеристики магнітних властивостей матеріалів використовуються такі поняття:

В – магнітна індукція (щільність магнітного потоку), Тл. Магнітна індукція матеріалу є векторної сумою магнітних індукції зовнішнього (намагнічує) і внутрішнього магнітних полів;

Н – напруженість магнітного поля, А / м;

M – відносна магнітна проникність (або магнітна проникність) – величина безрозмірна. Відносна магнітна проникність характеризує здатність матеріалу намагнічуватися. Вона показує у скільки разів магнітна індукція поля, створеного в даному матеріалі, більше, ніж у вакуумі.

За магнітними властивостями всі матеріали традиційно поділяли на три основні групи: діамагнітниє (Діамагнетик), парамагнітні (парамагнетики) і феромагнітні (ферромагнетики). Значно пізніше в самостійні групи були виділені ще два види магнітних матеріалів: антиферомагнітні (антиферомагнетики) і феррімагнітниє (феримагнетики).

Діа-, пара- і антиферомагнетики відносяться до слабомагнітних, а ферро- і феримагнетики – до сильномагнітних матеріалами.

На практиці під магнітними матеріалами розуміють матеріали, що мають властивості феромагнетика або феримагнетика.

До феромагнетика відносяться три перехідних металу (Fe, Co, Ni) і сплави на їх основі, шість рідкоземельних металевих елементів (гадоліній Gd, тербий Tb, діспрозій Dy, Гольмій Ho, ербій Er і Тулій Tm), сплави системи Mn – Cu – Al (сплави Гейслера) і з’єднання MnSb, MnBi і ін., в яких атоми марганцю перебувають на великих відстанях, ніж в решітці кристала чистого марганцю.

У феромагнетиків магнітні моменти атомів (іонів) обумовлені некомпенсованими в них спінові магнітними моментами електронів. При цьому магнітні моменти атомів феромагнетиків розташовані не безладно, а в результаті обмінного взаємодії орієнтовані паралельно один одному з утворенням магнітних доменів.

Магнітні домени являють собою елементарні обсяги ферромагнетиков, що знаходяться в стані магнітного насичення. В домені некомпенсовані спінові магнітні моменти електронів всіх атомів збудовані паралельно один одному. Доменна структура утворюється під час відсутності зовнішнього магнітного поля в результаті мимовільної (спонтанної) намагніченості, яка відбувається при температурах нижче деякої, званої точкою Кюрі Тк. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів спрямовані так, що результуючий магнітний момент дорівнює або близький до нуля.

При нагріванні ферромагнетика його магнітна проникність збільшується, так як полегшуються процеси зсуву доменних кордонів. При температурі рівній або вище Тк інтенсивне теплове рух іонів, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки, почне змінювати параметри цієї решітки. В результаті зруйнується спонтанна намагніченість, домени перестануть існувати, і матеріал перейде з феромагнітного стану в парамагнітне. При цьому магнітна проникність матеріалу M наблизиться до одиниці (рисунок 2.1). Для чистого заліза Тк = 768оС, для нікелю Тк = 358оС, для кобальту Тк = 1131оС.

 

Феримагнетики мають доменну структуру, що складається з двох або більше подрешеток, пов’язаних антиферомагнітного (антипараллельно). Оскільки підґратки утворені атомами (іонами) різних хімічних елементів або неоднаковим їх кількістю, вони мають різні за величиною магнітні моменти, спрямовані антипараллельно В результаті з’являється відмінна від нуля різницю магнітних моментів подрешеток, яка веде до спонтанного намагнічування кристала.

Свою назву феримагнетики отримали від феритів – складних систем оксидів металів із загальною хімічною формулою MeO • Fe2O3, де MeO – оксид двовалентного металу. У феритів, як і у феромагнетиків, доменна структура утворюється при температурах нижче точки Кюрі.

Посилання на основну публікацію