Нанокристаллические магнитомягкие
материалы
Уникальное сочетание магнитных
свойств получается в на-нокристаллических сплавах со смешанной
аморфно-кристаллической структурой и размером зерен ~ 10 нм. Самые лучшие
магнитные свойства (с индукцией насыщения не менее 1,2 Тл и начальной
проницаемостью ~ 105) имеет сплав Fe73 jQijM^S^
5В9 с фирменным названием Finemet (компания
«Hitachi Metals»). Этот сплав производится и используется в промышленных
масштабах. Отечественной промышленностью выпускается сплав 5БДСР
близкого химического состава. В ФРГ фирма «Vacuumschmelze» выпускает
нанокристаллические сплавы под маркой Vitroperm.
Нанокристаллические сплавы имеют
необычную для традиционных магнитомягких сплавов двухфазную структуру: они
состоят из кристаллитов твердого раствора кремния в oc-Fe, размер
которых составляет 10...20 нм (нанокристаллы), и аморфной фазы, образующей
тонкую, в несколько атомных слоев, оболочку вокруг кристаллитов oc-Fe(Si).
Такая структура образуется при кристаллизации исходного аморфного сплава в
результате отжига при 530...550 °С в течение 1 ч. Формирование
на-нокристаллической структуры обусловлено комбинированным
легированием сплава Fe—Si—В медью и ниобием. Роль меди заключается в
стимулировании гомогенного зарождения зерен твердого раствора
oc-Fe(Si) и подавлении кристаллизации боридов железа, а роль ниобия — в
торможении роста этих зерен. Не растворяясь в a-Fe(Si), ниобий
вытесняется в межзеренное пространство (аморфную фазу), повышая
температуру кристаллизации этой части сплава. Нанокристаллы твердого
раствора a-Fe(Si) содержат около 18...20 % (ат.) Si. После
оптимальной с точки зрения магнитных свойств термической обработки
объемная доля аморфной фазы составляет 20...40 %. Эта фаза обогащена
Nb, Си и В по сравнению с составом исходного аморфного
сплава.
В сплаве Finemet магнитострикция
насыщения составляет всего 2,1 • 10~6, что необычно для сплава
на основе железа. Такая низкая магнитострикция достигается вследствие
баланса магнитострикций кристаллической и аморфной фаз. У
кристаллической фазы a-Fe(Si) при 18...20 % Si величина Xs = -8 • 10~6, а у
аморфной фазы \s= +10 • Ю-6, так что суммарная
магнитострикция оказывается близкой к нулю.
В нанокристаллическом сплаве
очень низка и константа магнитной анизотропии. При среднем размере зерен
около 10 нм поведение системы нанокристаллов определяется не
константой Ку, а усредненной
по
