ВВЕДЕНИЕ
2
ГЛАВА Ь ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. МАГНЕТИЗМ СОЕДИНЕНИЙ И СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ 4Г-И 3(1- ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ................................ ------------------- 5
1.1. ИНТКРМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ............................................. 5
1.2. Аморфные сплавы...........................................................12
1.3. Гидриды...................................................................19
1.4. Эффекты давления..........................................................27
ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ............................................. 35
2.1. Установка выажчихмидюстлтичЕСКО! о давления...............................35
2.2. Измерение'начальной магнитной восприимчивости.............................38
2.3. ЕМКОСТНОЙ МАГНИТОМЕТР.....................................................40
2.4. Виьрапиониый МАГНИТОМЕТР..............................................~...45
ГЛАВА III. АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ РЗМ И 3(1- НЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ....................... 49
3.1. Образцы.................................................................„.49
3.2. Магнитные свойства аморфных сплавов (1.и,.хТЬх)7реуз и их................:51
3.2. гидридов...............................................................„..51
3.3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ ТЬюСОео И Оу^оСОбО....................70
ГЛАВА IV. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ РЗМ И 3(1- ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ 76
4.1. Образцы...................................................................76
4.2. МлгнитшЕсвойства сгшавов ЕгМ,7Рс1хи Ег-Ре,7РУХ...........................—78
4.3. Мл11ШГНЫЕ СВОЙСТВА МОНОКРИС1 а!)1ЛОВ ЯРепТШ...............................81
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.................................................... 99
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................101
2
Введение.
При наличии огромного количества уже полученных экспериментальных данных, интерес к исследованию соединений редкоземельных (РЗМ) элементов с элементами подгруппы железа не иссякает, что обусловлено неослабевающей потребностью микроэлектроники и современной электротехники в магнитных материалах с новыми свойствами. Исследовательская работа в последние годы приобрела несколько "поисковый" характер. Исследуются все возможные стехиометрии, моно- и поликристаллы, аморфные соединения. Почти неизменным для поиска- новых магнетиков остается наличие в составе исследуемого материала комбинации элементов РЗМ и подгруппы железа (За элементов, каких часто называют* в литературе по названию незаполненной электронной оболочки). И хотя не так давно эти соединения называли "новыми" и "перспективными", сейчас данная комбинация элементов утвердилась в сознании специалистов как естественная. Действительно, большие магнитные моменты- 4£ и 36 ионов, гигантские значения анизотропии, характерные для ионов РЗМ делают подобные соединения крайне привлекательными для исследователя.
С точки зрения технологии немаловажную роль играет так же возможность серийного производства, и большие природные запасы редкоземельных металлов.
Многие обзорные публикации и монографии в этой области строятся по принципу группировки либо по системам исследуемых веществ, либо по некой группе магнитных свойств, наблюдаемых на различных материалах. Такое построение материала делает его
очень удобным для понимания и дальнейшего использования, но оставляет открытыми вопросы, например, как изменится магнитное поведение системы если немного изменить соотношение содержания компонентов, или скажем, межатомные расстояния, которые влияют на магнитную структуру. Что получится если немного изменить степень заполнения зоны в соединениях, где магнетизм имеет
зонную природу.
Настоящая работа как раз и является попыткой найти ответы на часть этих вопросов. При выполнении работы не ставилось задачи полного исследования какого-либо класса материалов. Не было так же предпринято попытки подробно исследовать определенную группу магнитных свойств на широком спектре образцов.
Целью данной работы являлось изучение влияния гидрирования, гидростатического давления и легирующих добавок на наиболее
характерные особенности магнитного поведения аморфных и кристаллических сплавов
Для выполнения работы были выбраны 2 систеаш аморфных
сплавов, поликристаллы ин терме талли до в Я^М^ (Я - элемент РЗМ, М элемент подгруппы железа-)-, а так же монокристаллы интерметаллидов ЯРецТ1, что с одной стороны обеспечило возможность исследования (температуры переходов лежат в
доступном диапазоне), с другой стороны, должно было позволить выявить общие тенденции для различных классов магнитных материалов.
4
ГЛАВА I. Обзор литературы. Магнетизм соединений и сплавов на основе Мг и Зё- переходных элементов.
Где-то с середины 80-х годов интерес к соединениям РЗМ-Зб приобрел систематический характер. То есть примерно с этого момента сферу интересов исследователей этого класса соединений можно подразделить на несколько областей [1] :
монокристаллические соединения, аморфные сплавы, соединения с переменной валентностью, гидриды кристаллических и аморфных сплавов, магнитные свойства двойных и тройных интерметаллических соединений и т.д.
1.1. Иптерметаллические соединения.
По магнитным свойствам интерметаллических соединений написано большое количество подробных обзорных статей и монографий {2,3}, так что в данной работе не имеет смысла пытаться охватить весь экспериментальный материал и- теоретические наработки. Внимание будет уделено истории развития проблемы.
Исследования интерметаллических соединений в том объеме, в котором они проводятся последние несколько десятков лет, во многом обусловлено поиском новых материалов, пригодных для производства постоянных магнитов. На эти материалы налагаются два основных требования: большая остаточная намагниченность и
высокая коэрцитивная сила, что неразрывно связано с магнитной анизотропией. Еще совсем недавно, до шестидесятых годов нашего
5
столетия, основными материалами, используемыми в качестве постоянных магнитов, были сплавы на основе железа, магнитная анизотропия которых достигалась посредством специальной
термообработки, и была обусловлена анизотропией формы поликристалличееких включений (тиконал, алнико и т.п.). GdCOs был первым материалом, значительная магнитная жесткость которого была обусловлена магнитокристаллической анизотропией. Сам по себе этот материал не нашел широкого практического применения в силу небольшой намагниченности насыщения, обусловленной антипараллельной ориентацией редкоземельной и кобальтовой подрешеток, характерной для всего ряда соединений на основе редкоземельных элементов от гадолиния до лютеция (ТРЗМ). Однако появление GdCo5 инициировало интенсивные
исследования, которые привели к появлению сначала соединения
УСо5 [4], а затем и широко известного материала ЗхпСо5,
\
обладавшего рекордной по тем временам магнитной жесткостью. Исследования других бинарных соединений R-Co показали, что лучших результатов можно было бы достичь в соединениях ; с большим содержанием кобальта, таких, например, как R2Coi7. Однако, хотя кристаллические решетки ИСоь и R^Coi, весьма сходны, в последнем анизотропия оказалась неодноосной. Структуру R2Coi7 можно получить, заменив редкоземельный компонент в- RCos на Со в каждой третьей ячейке. В литературе можно встретить термин "dumb bell" (гантель) для обозначения этих позиций кобальта, которые, по-видимому, и являются
ответственными за неблагоприятную для одноосной анизотропии
6
конфигурацию кристаллического поля. Для получения высоких
значений коэрцитивной силы приходилось применять специальную
)
термообработку и порошковые технологии [5].
Одним из недостатков соединений R-Co была дороговизна компонент-. Поэтому в 70-х годах предпринималось множество попыток найти материал на основе более дешевого железа. v К сожалению, соединений RFe5 в природе не существует. Существуют соединения R^Fen, однако ряд недостатков делает их малоперспективными для производства постоянных магнитов. Подрешетка железа в этих интерметаллидах стремится к анизотропии типа "легкая плоскость". 2 из 17-ти атомов железа находятся в вышеупомянутых позициях "dumb bell". Анизотропия 4f подсистемы, как правило, не способна компенсировать эту
тенденцию. Только в Tm2Fer, £6-] образуется легкая ось
i
»
намагничивания, по этот состав имеет низкую намагниченность насыщения в силу антипараллель ной ориентации подрешеток.
В 1984 году появились 2 независимые работы, которые резко изменили ситуацию. Sagawa [7] и Croat е соавторами [8} описали новый магнитный материал NcfeFenB, обладавший тетрагональной
структурой и одноосной магнитной анизотропией. Этот- материал
\
оказался очень удачным по дву** причинам: во-первых, его
основным компонентом являлось железо, что резко снижало себестоимость производства, во вторых, одноосная анизотропия в нем образуется благодаря легким редкоземельным элементам Nd, либо Рг, у которых момент направлен параллельно магнитному моменту железа. И хотя коэрцитивная- сила в этих материалах
7
ниже, чем в самарий-кобальтовых магнитах, остаточная намагниченность несколько выше.
Параллельно с технологическим поиском велись интенсивные исследования фундаментального характера. Несмотря на то, что за последние 30 лет накоплено огромное количество экспериментального материала, до сих пор нет четкого понимания тех механизмов, которые определяют природу магнитного поведения этих соединений. Сложность заключается в том, что в рассмотрение приходится принимать множество типов магнитных моментов и взаимодействий между ними. Все взаимодействия можно подразделить на три основных типа: обмен внутри редкоземельной подрешетки (f—f), межподрешеточный обмен (f-d) и обмен внутри лодрешетки Зб-переходного металла (ПМ> - d-d обмен. Все три типа оказываются сильно зависящими от межатомных расстояний. Если посмотреть на эмпирическую кривую Бете-Слэтера (Рис.1.1.1}, то видно, что в зависимости от расстояний между ионами магнитное упорядочение может быть как ферро- так и антиферрома гнитныьи- R. интермет ал лидах зачастую реализуется такая ситуация, при которой в рамках одного соединения одни ионы оказываются в позициях определяющих ферромагнитный порядок, а другие в "антиферромагнитных" позициях.
Существует два основных подхода к объяснению магнитного упорядочения - это модель локализованных моментов (так называемый гейзенберговский обмен) и зонная модель (модель Стонера). В первом случае электроны, являющиеся носителями
i
магнитного момента считаются локализованными и подчиняющимися
8
- Київ+380960830922