На участке необратимого смещения границ доменов происходят повороты векторов намагниченности доменов на 90 и 180°, что соответствует крутому ходу кривой намагничивания. Изменение намагниченности на этом участке скачкообразно (эффект Баркгаузена).

В области сильных полей на участке вращения направление векторов намагниченности из легкого постепенно переходит в более трудное, параллельное полю Я.

Когда все вдагнитные моменты расположатся параллельно внешнему полю, наступает техническое насыщение (7=/), т. е. считается, что дальнейшее увеличение Я не вызывает увеличения /«, а В увеличивается лишь постольку, поскольку растет Я*.

В действительности увеличение Я сопровождается незначительным возрастанием намагниченности Is (парапррцесс), которая в пределе приближается к «истинному насыщению» /о.

Если для точки с координатами Ящах и Бщах удалить внешнее поле (Я=0), то индукция будет равна остаточной индукции Вг, т. е. будет иметь место гистерезис. Чтобы получить в образце В = 0, на него надо воздействовать размагничивающим полем, равным коэрцитивной силе Не.

Приведенный анализ хода кривой намагничивания является упрощенным. Практически процесс происходит значительно сложнее; например, явления смещения граничных слоев и вращения частично перекрывают друг друга.

Математически процесс намагничивания, т. е. появление преимущественной ориентации намагниченности /« по направлению внешнего поля Я, можно представить (для единицы объема) следующим выражением:

B/=/,2cose,.8l/,.-[-/l/,8(cose,.), (1.181)

где б/н - результирующая намагниченность в направлении поля Я; вг - угол между направлением поля и вектором намагниченности /-Й области объема Vi.

Первое слагаемое выражения (1.181) описывает намагниченность б/см, обусловленную процессами смещения граничных слоев доменов, второе - намагниченность б/вр, обусловленную процессами вращения. Следовательно, можно записать

8/,=8/ем-Ь8/вр. (1.182)

Так как восприимчивость xdl/dH, то

х=(дая)е„+(й? й?Я),р=Хсм+Хвр- (1-183)

Анализ кривых намагничивания различных групп магнитных материалов (см. гл. 2) показывает, что начальная магнитная восприимчивость магнитомягких материалов определяется в основном процессами смещения, т. е. составляющей Хсм, магнитотвердых материалов- процессами вращения, т. е. составляющей Хвр.

* Это ясно из выражения В=р,о(Я-1-/).

Теория процессов смещения границ доменов. Теория процессов смещения границ доменов была разработана в 1938 г. Е. И. Кондор-ским. Точная количественная оценка этих явлений, с которыми в первую очередь связана начальная-магнитная восприимчивость (проницаемость), затруднительна. Это объясняется тем, что строение граничных слоев и процессы их смещения сложным обра- 2 зом зависят от многих трудно учитываемых факторов - структуры кристаллов, наличия посторонних включений, механических напряжений и т. п. Например, если на пути смещения граничных слоев встречаются включения, то слой между доменами вынужден «обтекать» включения, что изменяет величину поверхности границы, энергию граничного слоя и, следовательно, характер намагничивания.

Рассмотрим некоторые общие положения процессов смещения границ на примере доменов со. 180°-ным соседством.

На рис. 1.38, а схематически изображены два соседних антипараллельных домена, векторы намагниченности которых лежат в плоскостях, параллельных плоскости yoz, соответствующей непосредственному соседству доменов. На рис. 1.38, б представлен график зависимости энергии угр единицы поверхности граничного слоя от координаты х. Эта зависимость имеет сложный характер, так как она определяется многими причинами - внутренними напряжениями и их неоднородностью, включениями и т. п. На рис. 1.38, в дана зависимость d\rpldx=f{x).

Если по оси Z действует внешнее поле Я, то объем доменов, направление намагниченности которых совпадает с направлением Я, растет за счет уменьшения антипараллельно намагниченных доменов, «съедаемых» три перемещении граничного слоя по оси х. Смещению границы доменов на Ьх соответствует в объеме yz8x уменьшение магнитной энергии на lEu=2\koHIsyz8x и увеличение

энергии граничного слоя на LEi=yzbx - . Новое условие

равновесия определяется из условия равенства изменений энергий магнитной и граничного слоя:

Рис. 1.38. Зависимость удельной граничной энергии Угр и градиента этой-энергии д\ур1дх от координаты х

2Iyzbx= 1угЪх. ((1.184)

Характер изменения намагниченности Ын под действием поля зависит от значений поля и вида зависимости Yrp=/(-*)- Если =бл;<л;с (рис. 1.38) *, то после снятия внешнего поля граница доменов сместится в исходное положение, т. е. будет иметь место обратимое смещение границ доменов. Если же 8х>хс, то граница доменов будет продолжать смещаться без увеличения внешнего поля до координаты хв, где D - точка, имеющая такой же градиент, что и точка С. Значит, намагниченность увеличится скачком, т. е. на кривой намагничивания в координатах /=/(Я) возникнет вертикальный участок - скачок Баркгаузена. После устранения внешнего поля граница уже не вернется в исходное состояние, она остановится в точке Е с минимумом энергии, т. е. будет иметь место остаточная намагниченность 1 oq р (гистерезис). Такого рода изменения соот-

«бразда в виде°проТоло! ветствуют необратимым процессам смеще-жи нз монокристалла фер- «ия границ доменов.

ромагнетика с кубической Теория процессов вращения. Теория про-симметрией относительно цессов Вращения была разработана

пТ"™ "" " Н. С. Акуловым. В результате процессов направления внешнего f j f

поля смещения границ доменов вектор намагни-

ченности Is в ферромагнитных кристаллах располагается по направлению оси легкого намагничивания, ближайшей к направлению намагничивающего поля. При дальнейшем увеличении поля вектор Is поворачивается ближе к полю Я, и процесс заканчивается, когда векторы h я Н становятся параллельными друг другу.

Рассмотрим основные соотношения, характеризующие процесс вращения, на примере намагничивания монокристалла кубической симметрии.

Для упрощения задачи будем считать, что:

а) образец имеет форму проволоки, намагничиваемой вдоль продольной оси; для таких образцов коэффициент размагничивания iVp=aO (см. § 1.4) и поэтому в выражении для полной энергии О-140) магнитостатической энергией можно пренебречь (Е ~0);

б) направление намагничивания совпадает с трудным кристаллографическим направлением [ПО];

в) в исходном состоянии намагниченность Is направлена по осям легкого намагничивания [ЮО] и [010] (рис. 1.39), т. е. процесс смещения границ доменов завершен (намагниченность по оси легкого намагничивания [001] равна нулю);

г) упругие напряжения отсутствуют, т. е. 0=0, £я~0.

Точка С соответствует максимальному градиенту энергии гранвчного слоя.