И. В. КОЗЛОВ
Научные руководители – Г. Н. ЕЛМАНОВ, к. т.н., доцент;
– С. А. ГУДОШНИКОВ, к. ф.-м. н., в. н.с.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МИКРОПРОВОДОВ С ЭФФЕКТОМ ГИГАНТСКОГО
МАГНИТНОГО ИМПЕДАНСА
Датчики на основе гигантского магнитного импеданса (ГМИ) могут использоваться для систем мониторинга и контроля, в магнитной дефектоскопии, в медицине, для систем позиционирования, в градиентометрах [1]. Источники магнитного поля в биологических системах (например, магнитные поля мозга и сердца человека) малы. Для их обнаружения необходимы датчики с высокой чувствительностью (1 пТл / 1 Гц), датчики на основе эффекта ГМИ - это идеальные кандидаты.
В настоящее время ведутся исследования в НИЯУ МИФИ на кафедре «Физических проблем материаловедения» совместно с кафедрой «Цветных металлов и золота» в НИТУ МИСиС при участии сотрудников НИЦ «Курчатовский институт».
Цель исследований - добиться значительного увеличения эффекта гигантского магнитного импеданса композиционных микропроводов и, как следствие, - увеличение чувствительности датчиков.
В ходе исследования предполагается выявить влияние структурного состояния на свойства композиционных микропроводов, разработать технологию, позволяющую получать композиционные микропровода с высокой чувствительностью и новым набором контролируемых свойств и параметров.
Исследуемые образцы изготавливаются методом Улитовского-Тейлора и представляют собой аморфные ферромагнитные микропровода диаметром порядка 15 мкм, покрытые стеклянной оболочкой. Возникает необходимость решать задачи, связанные с методами и режимами обработки. Однако четких представлений по согласованию структурных изменений и изменений магнитных свойств нет.
Превращения, происходящие при нагреве аморфных сплавов, можно разделить на два типа: структурную релаксацию и кристаллизацию. Однако, в реальных сплавах структурные изменения при нагреве весьма разнообразны, н их нельзя свести только к этим двум типам превращений.
Процесс релаксации напряжений связан с локальными перестройками атомов, что может приводить к реализации соответствующих видов магнитной анизотропии. Однако при таких режимах отжига кроме релаксации напряжений происходят процессы, связанные с выходом свободного объема из материала.
Применение отжига микропроводов в присутствии механических растягивающих и скручивающих напряжений под действием магнитного поля позволяет изменять магнитные свойства микропроводов (поле магнитной анизотропии и эффективную константу магнитного затухания), которые определяют чувствительность датчиков, основанных на эффекте ГМИ [2].
Было установлено, что термообработка в различных средах сильно влияет на свойства исследуемых образцов, контролируемый нагрев в инертной среде приводит к изотропности свойств по длине образца, увеличению ГМИ и снижению гистерезиса. Возникла необходимость отжига композиционных микропроводов в вакуумных системах.
В ходе исследования достигнуто увеличение ГМИ более чем в 2 раза, по сравнению с исходным образцом. В настоящее время ведутся исследования аморфных микропроводов применяя аналитические методы электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа.
Методами электронной микроскопии установлено, что уже во время формирования жилы и стеклянной оболочки происходит интенсивная миграция атомов: металл проникает в стекло, а неметаллы (Si, В, О) внедряются в металл.
На границе раздела возникает слой, переходный по составу - от металла к стеклу. Установлено, что ширина этого слоя в исследуемых образцах составляет порядка 10 нм. Данный слой может существенно влиять на эффект ГМИ.
Полученные в ходе исследования результаты развивают представления о магнито-импедансе и о влиянии термической обработки на свойства магнитомягких проводников.
Список литературы
1. Mohri K. T., Uchiyama T. Recent advances of micro magnetic sensors and sensing application // Sens. Act. 1997. V. 59, N 1–3. – P. 1–8.
2. Chen D. M., Xing D. W. Cryogenic Joule annealing induced large magnetic field response of Co-based microwires for GMI sensor applications // Journal of Applied Physics. 2014. 116, 053907. – P. 1–5.
Основные порталы (построено редакторами)