Эффективные люминофоры с излучением в желтой области спектра получают при активации сульфида цинка марганцем



Недостатком электролюминесцентных устройств на основе сульфида цинка является относительно высокая скорость деградации приборов, т.е. ухудшения их свойств с течением времени.

В сульфиде кадмия очувствляющими центрами являются скомпенсированные (т.е. ионизированные) акцепторы, в качестве которых могут выступать вакансии кадмия. Концентрация последних возрастает при легировании донорами.

Помимо сульфида кадмия для изготовления фоторезисторов, чувствительных к видимому излучению, используют пленки и спеченные порошкообразные соли CdSe.

Указанные полупроводники типа АIIВVI представляют интерес для создания приемников далекого ИК-излучения. Особое внимание привлекают твердые растворы CdxH1-xTе, спектр фоточувствительности которых перекрывает атмосферное «окно прозрачности» в области 8–14 мкм.

Пленки из селенида и теллурида ртути применяют для изготовления высокочувствительных датчиков Холла. Высокая эффективность излучательной рекомбинации в полупроводниках типа АIIВVI позволяет использовать монокристаллы этих соединений в качестве рабочего тела полупроводниковых лазеров, возбуждаемых электронным пучком.

Полупроводниковые соединения типа АIVВVI

Среди полупроводниковых соединений типа АIVВVI (PbS, PbSe, PbTe) наиболее изученными являются халькогениды свинца. Как узкозонные полупроводники они применяются в качестве детекторов ИК-излучения. Все три соединения кристаллизуются в кубической структуре типа NaCl. Химические связи в этих кристаллах не являются чисто ионными, но характеризуются ярко выраженной ионной составляющей.

Электрические свойства халькогенидов свинца во многом определяются отклонениями от стехиометрии, которые при определенных условиях синтеза и термообработки соединений достигает значений порядка 10‑3 атомных долей.

Избыток атомов свинца вызывает электронную электропроводность, а избыток халькогена – дырочную. При термообработке кристаллов p-типа в вакууме или в присутствии паров металлического свинца они приобретают электропроводность n- типа. Отжиг халькогенидов в парах халькогена сообщает полупроводнику электропроводность p- типа. В случае очень большого количества избыточных атомов свинца в РbS возникают металлические мостики. Такие образцы в электрическом отношении ведут себя как металлический свинец. Для них наблюдается сверхпроводимость при температуре ниже 7,2 К.

Семейство халькогенидов свинца отличается от большинства остальных полупроводников необычной температурной зависимостью ширины запрещенной зоны. У всех трех полупроводников – PbS, PbSe, PbTe – ширина запрещенной зоны возрастает с повышением температуры, причем температурные коэффициенты Eg очень близки друг к другу.

Большой научный и практический интерес представляют твердые растворы на основе теллуридов свинца и олова. Теллурид олова имеет такую же кристаллическую структуру (а0=0,603 нм), что и PbTe. Поэтому система PbTe – SnTe характеризуется полной взаимной растворимостью. Одна из главных причин повышенного интереса к твердым растворам на основе халькогенидов свинца связана с использованием этих материалов для изготовления фотоприемников с высокой спектральной чувствительностью в диапазоне «атмосферного окна» 8-14 мкм, которое соответствует максимуму излучения абсолютно черного тела при 300 К. Это значение соответствует максимальной длине волны излучения для полупроводниковых лазеров.

       Полупроводниковые соединения AIVBIV

Единственным полупроводниковым материалом бинарного химического соединения типа AIVBIV является карбид кремния SiC. Карбид кремния кристаллизуется в двух модификациях: кубической (β-SiC) и гексагональной (α-SiC).

Кубическая модификация кристаллизуется в структуре сфалерита при температурах ниже 2000°С, имеет плотность 3,1 Мг/м3 и называется низкотемпературной. Гексагональная модификация образуется при более высоких температурах, имеет плотность 3,2 Мг/м3 и называется высокотемпературной. Она содержит большое число разновидностей, так называемых политипов, отличающихся размещением в решетке слоев атомов Si и их чередованием. Для β-SiC Eg=2,39 эВ, для различных политипов α-SiC Eg=2,72–3,34 эВ.

Большие значения ширины запрещенной зоны SiC (Eg=2,39–2,72 эВ) позволяют создавать на его основе полупроводниковые приборы, сохраняющие работоспособность при температурах до 600°С. Собственная электропроводность из-за большой ширины запрещенной зоны наблюдается лишь при температурах выше 1400°С. Подвижность носителей заряда низка: для электронов не более 0,1 м2/(В·с), а для дырок – 0,02 м2/(В·с).

Карбид кремния имеет высокую твердость (немного уступает алмазу), высокую термическую, химическую и радиационную стойкость. Заметно окисляется при температурах выше 800°С. При комнатной температуре химически взаимодействует только с расплавленными щелочами, а также с расплавленной ортофосфорной кислотой Н3РО4 и смесью азотной и фтористоводородной кислот (HNO3 и HF). Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. Технический SiC может иметь разнообразную окраску: белую, серую, желтую, зеленую и черную. Цвет SiC зависит от сырья и технологии получения кристаллов и определяется примесью атомов, как чужеродных элементов, так и собственных, являющихся превышением над стехиометрическим составом. Примеси элементов V группы (азот N, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb, висмут Bi), а также литий Li и кислород О придают карбиду кремния зеленую окраску и электропроводность n-типа. Элементы III группы (бор В, алюминий А1, галлий Ga, индий In) и элементы II группы (бериллий Be, магний Mg, кальций Са) придают голубую и черную окраску и электропроводность р-типа. Избыток кремния от стехиометрического состава SiC создает электропроводность n-типа, а избыток углерода – р-типа.

Поликристаллический SiC получают в электрических печах путем восстановления двуокиси кремния SiO2 углеродом С:

SiO2+3С=SiC+2CO↑

Из поликристаллического SiC выращивают монокристаллы или путем дробления получают порошки.

 Поликристаллический SiC используют в производстве нелинейных резисторов (варисторов), в которых сопротивление нелинейно снижается с ростом приложенного электрического напряжения. Для этих целей изготавливают многофазные материалы на основе порошкообразного SiC, скрепленного связующим веществом. Кроме того, на основе порошкообразного SiC производят высокотемпературные нагреватели, игнитронные поджигатели и волноводные поглотители, а на основе пленок аморфного SiC – светодиоды и солнечные элементы.

Монокристаллический SiC используют для изготовления светодиодов. Светодиоды на основе SiC по сравнению со светодиодами на основе химических соединений типа AIIIBV обладают очень высокой надежностью и стабильностью работы. Они могут выдерживать 100-кратные токовые перегрузки, циклические перегревы до 400°С, обладают исключительно высокой радиационной стойкостью. Монокристаллический карбид кремния можно использовать для изготовления высокотемпературных силовых полупроводниковых приборов, полевых транзисторов, туннельных диодов, счетчиков частиц высокой энергии, терморезисторов, фоторезисторов и других изделий.

Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии.

Неорганические стеклообразные полупроводники обладают чисто электронной проводимостью и отличаются от кристаллических полупроводников тем, что в них отсутствует примесная электропроводность, т.е. примеси в них не могут быть ни акцепторами, ни донорами. Однако примеси могут влиять на отклонение от стехиометрического состава и тем самым приводить к изменению их электрофизических свойств. Эти полупроводники окрашены и непрозрачны в толстых слоях. Они подразделяются на кислородсодержащие стекла и бескислородные халькогенидные стекла.

Кислородсодержащие стекла получают сплавлением оксидов металлов с переменной валентностью (Ti,V,Fe,Co,Ni,Сu), например ванадийфосфатные стекла типа V2O5–P2O5–ZnO. Оксиды металлов, образующие эти стекла, имеют одновременно не менее двух разновалентных состояний одного и того же элемента, что и обуславливает их электронную проводимость.

Бескислородные халькогенидные стекла получают путем сплавления халькогенов (S,Se,Те) с элементами III, IV и V групп периодической системы Менделеева.

Контрольные вопросы

Вопрос 1.

     Материалы для светодиодов типа OLED. Свойства и характеристики.

Вопрос 2.

     Полупроводниковые материалы для космического применения. Какие характеристики являются ключевыми?

Вопрос 3.

    Чем можно объяснить, что многие полупроводниковые соединения группы АIIВVI проявляют электропроводность лишь одного типа, независимо от характера легирования?

Вопрос 4.

    Стеклообразные полупроводники. Применение в компонентах электронной техники.

Вопрос 5.

    С какой целью производят выращивание эпитаксиальных слоев кремния на монокристаллических подложках при изготовлении интегральных схем? В чем преимущества и недостатки эпитаксиальной технологии?

Вопрос 6.

     Привести характеристики и примеры использования сверхпроводящих полупроводников.

Вопрос 7.

    Почему для формирования областей р-типа в кремниевых планарных приборах в качестве диффундирующей акцепторной примеси в подавляющем большинстве используют бор, хотя алюминий и галлий имеют более высокие коэффициенты диффузии в кремнии?

Вопрос 8.

    Почему для изготовления большинства полупроводниковых приборов требуются монокристаллические материалы и не могут быть использованы поликристаллические образцы?

Вопрос 9.

   Получение монокристаллов кремния. Последовательность операций и оборудование.

Вопрос 10.

   Получение монокристаллов германия. Последовательность операций и оборудование.

                            Раздел 5.Магнитные материалы

       Тема 17. Магнитные свойства и классификация магнитных материалов

Все без исключения материалы взаимодействуют с внешним магнитным полем, т.е. проявляют определенные магнитные свойства.

Объясняется это тем, что любой материал под действием внешнего магнитного поля приобретает магнитный момент, т.е. намагничивается. Поскольку магнитное поле образуется при движении электрического заряда, естественно полагать, что магнитные свойства материалов проявляются в результате движения электронов, входящих в состав атомов (ионов, молекул). Магнитным моментом обладают также и ядра атомов. Однако их влиянием на магнитные свойства атомов можно пренебречь, так как магнитный момент ядра на три десятичных порядка меньше магнитного момента электрона. Каждый электрон атома осуществляет два вида движения: орбитальное и спиновое, создавая соответственно орбитальный магнитный момент Морб и спиновой магнитный момент Мсп. Полный магнитный момент атома Мат представляет векторную сумму орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов данного атома

              

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитный момент атома Мат не равен нулю только при наличии у него незаполненной электронной оболочки. В заполненных электронных оболочках не только орбитальные, но и спиновые магнитные моменты электронов полностью скомпенсированы.

Для характеристики магнитных свойств вводят следующие величины:

В – магнитная индукция (плотность магнитного потока), Тл;

Н – напряженность магнитного поля, А/м;

М – намагниченность материала под действием магнитного поля, А/м – это векторная сумма магнитных моментов атомов Мат, находящихся в единице объема Vмагнитного материала:

                  

μ – относительная магнитная проницаемость (или магнитная проницаемость) – величина безразмерная;

кт – магнитная восприимчивость (величина безразмерная).

Магнитная индукция В материала является векторной суммой магнитных индукций внешнего (намагничивающего) поля Во и внутреннего поля Ввн:

                          

где Во0·Н – магнитная индукция поля в вакууме; Ввн0·М – магнитная индукция внутреннего поля; μ0 – магнитная проницаемость вакуума, называемая магнитной постоянной, μ0=4π·10–7, Гн/м.

Между намагниченностью материала М и напряженностью магнитного поля Н существует зависимость:

                

где кт – магнитная восприимчивость, характеризующая способность материала изменять свой магнитный момент под действием внешнего магнитного поля. В вакууме кт=0.

Магнитная проницаемость μ характеризует способность материала намагничиваться. μпоказывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше, чем в вакууме.

Кроме относительной магнитной проницаемости μ, в электротехнике пользуются также абсолютной магнитной проницаемостью μа, имеющей размерность Гн/м.

По магнитным свойствам все материалы разделяются на три основные группы: диамагнитные (диамагнетики), парамагнитные (парамагнетики) и ферромагнитные (ферромагнетики). Позже в самостоятельные группы были выделены еще два вида магнитных материалов: антиферромагнитные (антиферромагнетики) и ферримагнитные (ферримагнетики). Диа-, пара- и антиферромагнетики относят к слабомагнитным, а ферро- и ферримагнетики – к сильномагнитным материалам.

На практике под магнитными материалами понимают материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или ферримагнетика.

Диамагнетики

Диамагнетизм заключается в индуцировании внешним магнитным полем в электронных оболочках атомов, ионов или молекул магнитного момента. Поэтому он присущ всем материалам независимо от их агрегатного состояния и вида химической связи. В чистом виде диамагнетизм можно наблюдать только у тех материалов, в которых магнитный момент атома Мат равен нулю. Такие материалы называют диамагнетиками.

Диамагнетиками являются материалы, атомы, ионы или молекулы которых в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют результирующего магнитного момента. В них существует только магнитный момент, наведенный внешним магнитным полем.

Для диамагнетиков характерно то, что у них вектор намагниченности направлен против вектора внешнего намагничивающего поля. По этой причине они подвергаются слабому выталкивающему действию последнего. Магнитная восприимчивость кт диамагнетиков отрицательная т<0) и по абсолютному значению очень мала. В большинстве случаев кт не зависит от температуры и напряженности магнитного поля. Магнитная проницаемость μ у них немного меньше единицы (μ<1).

Диамагнетиками являются все инертные газы, водород, аммиак, ряд металлов (Сu,Ag,Аu,Zn,Pb,Hg), металлоиды (Р,S,Si), вещества неорганические (стекла, мрамор, вода) и органические (воск, нефть). Значения кт и μ некоторых диамагнетиков приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения магнитной восприимчивости кт и магнитной проницаемости  для некоторых диамагнетиков и парамагнетиков

Вещество km μ=1+km

Диамагнетики

Висмут Вода Медь Кремний Водород –1,7.10–4 –0,88.10–5 –0,94.10–5 –0,3.10–5 –0,208.10–8 0,99983 0,9999912 0,9999906 0,999997 0,9999999979

Парамагнетики

СаО Платина Алюминий Воздух 5,8.10–3 2,93.10–4 2,14.10–4 3,65.10–7 1,0058 1,000293 1,000214 1,000000365

Парамагнетики

Парамагнетизм наблюдается у материалов, атомы (ионы) которых имеют нечетное число электронов (кроме Сu,Ag,Sb,Bi).

Атомы (ионы или молекулы) парамагнетиков в отсутствие внешнего магнитного поля уже обладают собственным магнитным моментом, который обусловлен нескомпенсированными в атомах спиновыми магнитными моментами электронов. Но поскольку взаимодействие между магнитными моментами атомов (ионов или молекул) равно нулю или очень мало, их магнитные моменты расположены беспорядочно (рис. 5.1,а), и результирующая намагниченность М материала равна нулю.

Рис. 5.1. Схемотехническое изображение магнитных моментов атома в отсутствие внешнего магнитного поля в парамагнетиках (а), ферромагнетиках (б), антиферромагнетиках (в) и ферримагнетиках (г)

При приложении магнитного поля магнитные моменты атомов парамагнетиков ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и усиливают его, т.е. проявляется положительная намагниченность т>0), вследствие чего они втягиваются в области с максимальной напряженностью магнитного поля. По абсолютному значению кт очень мала и не зависит от напряженности магнитного поля, но зависит от температуры. Магнитная проницаемость μ немного больше единицы (μ>1). Значения кт и μ некоторых парамагнетиков приведены в табл. 5.1.

Парамагнетизм проявляется у щелочных металлов (Na,К); переходных металлов (Ti,V,Cr,Мn), имеющих недостроенную 3d-электронную оболочку; редкоземельных элементов (лантаноидов) от церия Се до лютеция Lu, имеющих недостроенную 4f-электронную оболочку. Однако переходные металлы Fe,Co и Ni имеют большие значения кт и μ и являются типичными ферромагнетиками. Элементы Мn, Сr, их оксиды и некоторые соединения Мn, хотя и имеют значения кт и μтого же порядка, что и парамагнетики, по внутренней магнитной структуре они ближе к ферромагнетикам. На основании этого выделены в самостоятельную группу и названы антиферромагнетиками.

Ферромагнетики

Ферромагнетизм является частным случаем парамагнетизма. У ферромагнетиков, как и у парамагнетиков, магнитные моменты атомов (ионов) обусловлены некомпенсированными в них спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у ферромагнетиков в отличие от парамагнетиков магнитные моменты атомов расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу (рис. 5.1,б) с образованием магнитных доменов.

Магнитные домены представляют собой элементарные объемы ферромагнетиков, находящиеся в состоянии магнитного насыщения. В домене некомпенсированные спиновые магнитные моменты электронов всех атомов выстроены параллельно друг другу. Доменная структура образуется в отсутствие внешнего магнитного поля в результате самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, которая происходит при температурах ниже некоторой так называемой точкой Кюри Тк. Для чистого железа Тк=768°С, никеля Тк=358°С, кобальта Тк=113°С.

Разделение всего объема ферромагнетика на множество доменов энергетически выгодно. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов направлены так, что их результирующий магнитный момент равен или близок нулю. Домены имеют размеры около 0,001–10 мм3 при толщине пограничных слоев между ними (границ) в несколько десятков ангстрем. В доменных границах происходит постепенное изменение направления вектора намагниченности от одного домена к направлению вектора намагниченности в соседнем домене. Характерная особенность ферромагнетиков – их доменное строение, которое и обусловливает специфику магнитных свойств: магнитное насыщение, гистерезис, магнитострикцию.

Магнитная восприимчивость кт и магнитная проницаемость μ ферромагнетиков имеют большие положительные значения (до 106) и сильно зависят от напряженности внешнего магнитного поля и температуры. Ферромагнетики легко намагничиваются даже в слабых магнитных полях.

В отсутствие внешнего магнитного поля направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченности всего образца ферромагнетика равна или близка нулю. При приложении магнитного поля магнитные моменты доменов начинают ориентироваться по полю, а границы между доменами смещаются, в результате образец намагничивается. Это намагничивание называют техническим намагничиванием и его необходимо отличать от спонтанного намагничивания, которое всегда присутствует внутри доменов.

При нагревании ферромагнетика его магнитная проницаемость возрастает, так как облегчаются процессы смещения доменных границ. При температуре, равной и выше Тк, интенсивное тепловое движение ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки, начнет изменять параметры решетки, в результате разрушается спонтанная намагниченность, домены перестают существовать – материал перейдет из ферромагнитного состояния в парамагнитное (некоторые редкоземельные элементы переходят в антиферромагнитное состояние), и величина  приблизится к единице (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Зависимость магнитной проницаемости μ ферромагнетиков от температуры Т

Для характеристики изменения магнитной проницаемости μ при изменении температуры на один Кельвин пользуются температурным коэффициентом магнитной проницаемости ТКμ, К–1

               

К ферромагнетикам относятся три переходных металла (железо, кобальт и никель), имеющих недостроенную 3d-электронную оболочку, и сплавы на их основе; шесть редкоземельных металлических элементов (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий), имеющих очень низкие значения Тк (табл. 5.2), что затрудняет их практическое применение; сплавы системы Мn–Сu–Аl (сплавы Гейслера) и соединения MnSb, MnBi и др., в которых атомы марганца находятся на расстояниях, больших, чем в решетке кристалла чистого марганца.

Таблица 5.2

Точка Кюри Тк (точка Нееля Тн) ферромагнитных лантаноидов и сплавов на основе марганца

Вещество Точка Кюри (точка Нееля), ˚С Вещество Точка Кюри (точка Нееля), ˚С
Гадолий 17 Эрбий –253(–188)
Тербий –54(–43) Тулий –251(–213)
Диспрозий –188(–94) Сплав Гейслера 200
Гольмий –253(–140) Сплав марганца с 50% висмута 340

Примечание. Ниже Тк. материал находится в ферромагнитном состоянии, между Тк, и Тн, – в антиферромагнитном, выше Тн – в парамагнитном.

Антиферромагнетики– это материалы, атомы (ионы) которых обладают магнитным моментом, обусловленным, как у пара- и ферромагнетиков, нескомпенсированными спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у антиферромагнетиков магнитные моменты атомов под действием обменного взаимодействия приобретают не параллельную ориентацию, как у ферромагнетиков, а антипараллельную (противоположную) (см. рис. 5.1,в) и полностью компенсируют друг друга. Поэтому антиферромагнетики не обладают магнитным моментом, и их магнитная восприимчивость кт близка по величине к кт парамагнетиков.

Для антиферромагнетиков, как и для ферромагнетиков, существует определенная температура, называемая точкой Нееля Тн при (и выше) которой антиферромагнитный порядок разрушается, материал переходит в парамагнитное состояние.

К антиферромагнетикам относятся: Mn, Cr, CuO, NiO, FeO, Cr2O3, NiCr, MnO, Mn2O3, MnS, VO2 и довольно большое количество других соединений.

Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанных антиферромагнитно (антипараллельно). Поскольку подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством, они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно (рис. 5.1,г). В результате появляется отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток, приводящая к спонтанному намагничиванию кристалла.

Таким образом, ферримагнетики можно рассматривать как нескомпенсированные антиферромагнетики. Свое название эти материалы получили от ферритов – первых некомпенсированных антиферромагнетиков, а магнетизм ферритов назвали ферримагнетизмом. У ферритов доменная структура, как и у ферромагнетиков, образуется при температурах ниже точки Кюри. К ферритам применимы все магнитные характеристики, введенные для ферромагнетиков. В отличие от ферромагнетиков они имеют меньшую величину индукции насыщения, более сложную температурную зависимость индукции и в ряде случаев высокое значение удельного сопротивления (r=10–3–1010 Ом·м).

Ферромагнетизм в металлах объясняется наличием обменного взаимодействия, которое образуется между соприкасающимися атомами, а также взаимной ориентацией спиновых магнитных моментов. В ферримагнетиках магнитные моменты ионов ориентированы антипараллельно.

Ферриты представляют собой сложные системы окислов металлов с общей химической формулой MeO·Fe2O3, где МеО – окисел двухвалентного металла. Ферриты – это ферримагнитная керамика. Высокое удельное сопротивление практически исключает возникновение в ферритах вихревых токов при воздействии на них переменных магнитных полей, что, в свою очередь, позволяет применять ферриты в качестве магнитных материалов в диапазоне радиочастот, включая СВЧ.

В электротехнике в качестве магнитных материалов широкое применение нашли ферромагнитные и ферримагнитные материалы. Диамагнетики и парамагнетики используют в качестве рабочих тел в квантовых парамагнитных усилителях и генераторах.

Тема18.Магнитные свойства ферромагнетиков

Магнитная анизотропия

Монокристаллы ферромагнетиков обладают анизотропией магнитных свойств. В них существуют кристаллические направления легкого и трудного намагничивания. Для намагничивания монокристалла до технического насыщения вдоль кристаллографического направления легкого намагничивания затрачивается энергии меньше (насыщение достигается при меньших значениях напряженности магнитного поля Н), чем для такого же намагничивания вдоль направления трудного намагничивания.

Магнитная анизотропия проявляется в монокристаллических образцах, а в поликристаллических она не обнаруживается. Затраты энергии намагничивания монокристалла вдоль направления легкого намагничивания намного меньше (у железа в 5–10 раз), чем при намагничивании поликристаллического образца металла. Поэтому у поликристаллических металлов (например, у электротехнических сталей) методом прокатки создают преимущественную ориентацию отдельных кристаллитов (зерен) в заданном направлении. Например, у сталей зерна ориентируют на ребро. В этом случае поликристаллический металл приобретает магнитную текстуру. В результате магнитные характеристики металла в одном направлении улучшаются. Магнитное текстурирование широко применяют на практике.

Магнитострикция

Явление намагничивания ферромагнитных материалов, сопровождающееся изменением их линейных размеров, называют магнитострикцией. Количественно магнитострикцию характеризуют величиной λs называемой константой магнитострикции, которая фактически является относительным удлинением образца (λs=Δl/l)при намагниченности до состояния технического насыщения. Численное значение λs невелико
(10–6–10–4), и к тому же λs не является постоянной величиной данного материала. С изменением напряженности магнитного поля Н λs изменяется и даже может измениться ее знак. Например, для α-Fe в слабых магнитных полях (Н<32 кА/м) λs>0, в сильных (Н>32 кА/м) λs<0, а при Н≈32 кА/м λs=0.

При намагничивании, как правило, положительная продольная магнитострикция образца соответствует его отрицательной поперечной магнитострикции, при этом объем материала почти не изменяется. Поэтому магнитострикцию характеризуют не объемным изменением, а линейным (Δl/l). В монокристаллах ферромагнетика проявляется анизотропия магнитострикции. Магнитострикция наблюдается и в поликристаллических материалах, причем наибольшая – у никеля (λs=–3,7·10–5), у сплава никоси (сплав Ni–Co–Si) λs=2,5·10–5) и у ферритов (λs=2,6·10–5). Необычайно высокая магнитострикция у редкоземельных элементов (Tb,Dy,Но,Er,Tm) и их соединений. Например, у поликристаллического тербия λs=3·10–3, а у монокристаллического – λs=2·10–2.

Эффект магнитострикции обратим: механическая деформация материала вызывает изменение состояния его намагниченности. Прямой и обратный магнитострикционные эффекты широко применяют в приборостроении (реле, вибраторы, фильтры, преобразователи).


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 998; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!