Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

кость сплава, свойства которого могут достигать уровня: иа = 30 • 103, umax ~ 120 -103, jHc
...
Решением технологических проблем может стать закалка из расплава со скоростью - 106 К/с, которая позволяет получить из сендаста микрокристаллические ленты толщиной от 20 до 100 мкм. В микрокристаллическом состоянии сендаст приобретает удовлетворительную технологическую пластичность, а после оптимальных термических обработок (высокотемпературного отжига при 1040... 1220 °С с регулируемой скоростью охлаждения) уровень его магнитных свойств не уступает уровню свойств сплава, полученного по традиционной технологии. При отжиге происходит уменьшение дефектности структуры (плотности дислокационных петель, концентрации вакансий закалочного происхождения, плотности субмикропор), выравнивание концентрационной неоднородности внутри зерен (и, следовательно, приближение химического состава в каждом микрообъеме закаленного сендаста к среднему составу, отвечающему нулевым значениям Кх
...
реход В2 —> D03 обусловливает появление высоких внутренних напряжений из-за различия удельных объемов этих фаз. При ускоренном охлаждении напряжения не успевают релаксировать и тем самым эффективно препятствуют процессам перемагничивания. Поэтому охлаждение до температур « 550 °С производят медленно, со скоростью 60 °С/ч. Ниже 550 °С ленточные образцы охлаждают на воздухе, вне печи. Такая обработка позволяет получить рекордное для сендаста значение коэрцитивной силы 0,64 А/м (8 мЭ).
...
Способы получения аморфного состояния могут быть отнесены к одной из следующих групп: закалка из жидкого состояния (спиннингование расплава, центробежная закалка, метод выстреливания, метод молота и наковальни, вытягивание расплава в стеклянном капилляре и др.), закалка из газовой фазы (вакуумное напыление, ионно-плаз-менное распыление, химические реакции в газовой фазе и др.), амор-физация кристаллического тела при высокоэнергетических воздействиях (облучение частицами поверхности кристалла, лазерное облучение, воздействия ударной волной, ионная имплантация и др.), химическая или электрохимическая металлизация.
...
В практике получения аморфных магнитомягких сплавов наибольшее распространение получила быстрая закалка расплава методом спиннин-гования. Этим методом получают аморфные ленты путем заливки расплава на поверхность быстровращающегося цилиндрического валка из металла с высокой теплопроводностью. Чем больше скорость вращения валка (обычно 30...50 м/с) и чем тоньше лента (10...60 мкм), тем выше скорость охлаждения расплава и легче получить аморфную структуру. Типичные значения скорости охлаждения составляют 104...106 К/с.
...
Для получения аморфного состояния при указанных скоростях охлаждения сплав должен содержать достаточное количество элементов-амор-физаторов. К аморфизаторам относят некоторые неметаллы (бор, кремний, фосфор, углерод), а также некоторые металлы (цирконий, гафний и др.). Соответственно аморфные металлические сплавы разделяются на сплавы металл—неметалл и металл—металл.
...
Аморфные металлические сплавы имеют высокое удельное электрическое сопротивление (= 1,5 мкОм • м), что в несколько раз выше, чем у кристаллических сплавов близкого химического состава. Это позволяет применять аморфные магнитомягкие сплавы при повышенных частотах.
...
Аморфные сплавы имеют высокую твердость, сравнимую с твердостью закаленной среднеуглеродистой стали. При этом аморфные ленты имеют высокую технологическую пластичность, их можно подвергать холодной прокатке, штамповке, навивке в рулоны и т. п. Благодаря высоким значениям твердости увеличивается износостойкость сердечников магнитных головок по отношению к истиранию магнитной лентой.
...
Химический состав аморфных сплавов обозначают символами химических элементов с цифровыми индексами, которые указывают содержание данного элемента в атомных процентах, например FeglB13Si6. Согласно техническим условиям, разработанным ЦНИИЧМ им. Бардина, при маркировке сплавов элементы обозначаются так же, как для легированных сталей (например, 24КСР). Числа перед буквенным обозначением элемента указывают его среднее содержание в процентах (масс). Содержание неметаллических элементов-аморфизаторов в марочном обозначении не указывается. Сплавы, выпускаемые ВНИИ материалов электронной техники (г. Калуга), обозначаются буквами АМАГ с кодовым номером. Аморфные сплавы в промышленных масштабах в США производит фирма «AlIied Signal* под маркой Metglas (сокращение от часто используемого названия «металлическое стекло»), в ФРГ — фирма «Vacuumschmelze» под маркой Vitrovac, в Японии — фирма «Hitachi Metals» под маркой Amomet. К этим названиям добавляется кодовое число.
...
Сплавы на основе железа характеризуются высокой магнитной индукцией насыщения (55= 1,5...1,6Тл) и низкими потерями на перемагничивание при обычных и повышенных частотах. Так, сплав Fe8|B13Si4C2 имеет индукцию насыщения 1,6 Тл и потери Р, 3^50 = 0,06 Вт/кг значительно ниже, чем в традиционных электротехнических сталях. Сплав 2НСР, хотя и обладает более низкой индукцией насыщения (1,5... 1,55 Тл), однако весьма прост в изготовлении, восприимчив к термической обработке, имеет низкие потери при повышенных частотах (при частоте 20 кГц и индукции 0,2 Тл потери равны 9 Вт/кг). Благодаря этим свойствам из всех выпускаемых аморфных магнитомягких сплавов на основе железа около 30 % составляет данный сплав.
...
Аморфные сплавы на основе железа применяются как материалы для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения, дросселей, магнитных усилителей. Это обусловлено низкими суммарны-
...
Энергосберегающие трансформаторы с аморфными сердечниками позволяют уменьшить количество диоксида углерода, образующееся при работе электростанций. Это важный экологический показатель в свете Международного Киотского соглашения 1997 г. о борьбе с глобальным потеплением климата. По расчетам японских исследователей, замена существующих трансформаторов на более экономичные трансформаторы с сердечниками из аморфных сплавов на основе железа позволила бы уменьшить выброс С02 в Японии на 4 млн. т в год.
...
Особая область применения аморфных сплавов на основе железа с добавками кобальта — это элементы магнитно-механических систем, поскольку они обладают высокой магнитострикцией, особыми упругими свойствами и высокой чувствительностью магнитных свойств к приложенным нагрузкам. Они используются для магнитострикционных вибраторов, линий задержки, механических фильтров, упругих датчиков. Сплавы с низкой температурой Кюри применяют как датчики температуры.
...
В сплавах на железоникелевой основе роль никеля как легирующего элемента — в уменьшении магнитострикции по сравнению со сплавами на основе железа, а также в повышении чувствительности к термомагнитной обработке. При этом приходится мириться с уменьшением индукции насыщения. Наибольшее распространение получили сплавы с примерно равным содержанием железа и никеля (примером является состав Fe40Ni40P14B6). Магнитные свойства железоникелевых сплавов являются промежуточными между свойствами сплавов на основе железа и на основе кобальта. Индукция насыщения таких сплавов составляет 0,7...1,0Тл, что выше, чем у типичных аморфных сплавов на основе кобальта. Они обладают низкими потерями на перемагничивание, высокой максимальной проницаемостью и очень низкой коэрцитивной силой. Наилучшее сочетание низких потерь и высокой максимальной проницаемости обеспечивает отжиг в продольном магнитном поле. Высокие значения начальной проницаемости, а также низкий уровень потерь на перемагничивание при высоких частотах, начиная с 10 кГц, получают с помощью отжига в поперечном магнитном поле или путем закалки от температур выше точки Кюри (для сплавов, в которых температура Кюри ниже температуры начала кристаллизации).
...
Применение железоникелевых аморфных сплавов обусловлено их повышенными динамическими магнитными свойствами при частотах выше 100 кГц и хорошими статическими гистерезисными свойствами, сравнимыми со свойствами пермаллоев. Они, в частности, находят применение в сердечниках малогабаритных трансформаторов, магнитных усилителях, реле, высокочастотных регуляторах, магнитных фильтрах, магнитных экранах, малочувствительных к деформациям и вибрациям. Такие экраны могут представлять собою ткани, сплетенные из узких (шириной 1...2 мм) аморфных лент. Для гибких магнитных экранов представляют интерес также сплавы на основе кобальта.
...
Основным достоинством аморфных сплавов на основе кобальта является близость к нулю магнитострикции насыщения (А. < Ю-6). Малое значение магнитострикции достигается введением в состав легирующих элементов, например железа в количестве 5 % (ат.) (сплав Co70Fe5Si)5B10) или марганца. Благодаря этому, магнитная проницаемость в слабых магнитных полях может достигать значения 105, т. е. уровня свойств в лучших пермаллоях. Недостатком высококобальтовых сплавов является пониженная индукция насыщения Bs
...
Ленты из аморфных кобальтовых сплавов применяют в сердечниках малогабаритных высокочастотных трансформаторов различного назначения, в частности, для источников вторичного питания. Их используют в магнитных усилителях, детекторах утечки тока, в датчиках тока и маг-
...
нитного поля (в том числе в феррозондах), для магнитных экранов и температурно-чувствительных датчиков, высокочувствительных модуляционных магнитных преобразователях. Особо следует отметить применение этих сплавов в качестве магнитопроводов малогабаритных высокочастотных импульсных трансформаторов, для которых требуются высокие перминварные свойства. Сплавы используют также для магнитных головок. Благодаря повышенному сопротивлению истиранию, высоким магнитным свойствам в низких полях аморфные сплавы на основе кобальта по ряду параметров превосходят магнитомягкие материалы, которые традиционно использовались для этих целей (молибденовый пермаллой, сендаст, Mn-Zn-ферриты).
...
Магнитоупругий (магнитомеханический) резонанс обусловлен зависимостью модуля Юнга Ен от магнитного поля, которая, в свою очередь, появляется из-за добавления к упругой деформации магнитострикцион-ной деформации, зависящей от ориентации вектора намагниченности. Наибольшее отличие модуля Юнга в состоянии магнитного насыщения от модуля Юнга в размагниченном состоянии (так называемый А
...
Еще одно перспективное применение аморфных сплавов основано на гигантском магнитно-импедансном эффекте, открытом в 1994 г. Этот эффект заключается в огромных изменениях полного комплексного сопротивления Z (импеданса) магнитомягких аморфных лент и микропроводов при изменении внешнего постоянного магнитного поля. При частотах
...
тока ~ 1 МГц относительное изменение импеданса AZ/Z может достигать значений 300 % в магнитном поле ~ 1...10 кА/м. Этот эффект имеет элек-хромагнитную природу и связан с глубиной проникновения 5 электромагнитного поля в ферромагнетик, которая определяется выражением
...
где р — удельное электрическое сопротивление материала, \i — его относительная магнитная проницаемость, ц0 — магнитная постоянная, / — частота электромагнитного поля.
...
Для магнитомягких материалов величина проницаемости может достигать очень больших значений, что, вместе с высокими значениями частоты, может приводить к малым глубинам проникновения электромагнитного поля - меньше, чем радиус микропровода или толщина ленты. Тогда высокочастотный ток будет протекать только в приповерхностном слое образца (так называемый скин-эффект), что приводит к увеличению импеданса образца. Заметим, что переменный ток создает циркулярное магнитное поле, перпендикулярное направлению тока, поэтому на скин-эффект оказывает влияние магнитная проницаемость в поперечном (перпендикулярном) направлении. Приложение продольного магнитного поля уменьшает поперечную проницаемость ц., увеличивает 8 и уменьшает импеданс.
...
Большой магнитно-импедансный эффект может наблюдаться только при больших значениях поперечной магнитной проницаемости и ее резкой зависимости от величины продольного магнитного поля, что возможно при особой доменной структуре образца. В аморфных лентах ось легкого намагничивания должна быть ориентирована в плоскости ленты перпендикулярно ее длине. В микропроводе должна существовать циркулярная магнитная анизотропия с осью легкого намагничивания, направленной по окружности, перпендикулярной длине микропровода. Именно такая анизотропия магнитоупругой природы существует в микропроводах из аморфных сплавов с отрицательной магнитострикцией благодаря особенностям изготовления микропровода (при вытягивании из расплава создаются сжимающие внутренние напряжения в поверхностном слое образца). В микропроводах из аморфных высококобальтовых сплавов с отрицательной магнитострикцией достигаются большие значения магнитно-импедансного эффекта, чем в лентах. В настоящее время на основе гигантского магнитно-импедансного эффекта созданы различные датчики — датчики положения, магнитного поля, тока и др.
...
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
...
В нанокристаллическом сплаве очень низка и константа магнитной анизотропии. При среднем размере зерен около 10 нм поведение системы нанокристаллов определяется не константой Ку,
...
группе зерен константой <А>, которая значительно меньше, чем К{. Среднее значение константы магнитной анизотропии определяется обменной связью между нанокристаллами, которая формирует одинаковое направление векторов намагниченности группы зерен.
...
Помимо нанокристаллических сплавов системы Fe—Cu-Nb—Si—В разработаны сплавы, в которых ниобий заменен другими переходными элементами (Мо, V и др.), а также нанокристаллические сплавы Fe-M—В (М = Zr, Nb, Hf, Та) с повышенным содержанием железа и, вследствие этого, с более высокой индукцией насыщения. Сплав Fe91Zr7B2 после кристаллизационного отжига при 600
...
сердечник магнитной головки. Движение перед зазором головки участков носителя с противоположной ориентацией намагниченности индуцирует в головке ЭДС (выходной электрический сигнал).
...
Магнитная запись применяется для записи звука, изображения (черно-белого и цветного), различных данных (в числовом и буквенном виде) и пр. Одной из основных характеристик записи любого сигнала, определяющей эффективность использования носителя, является плотность записи. Различают продольную, поперечную и поверхностную плотность записи.
...
Продольная плотность записи (Р) — это число импульсов, периодов гармонического колебания или бит информации, приходящееся на единицу длины носителя в направлении записи.
...
Поперечная плотность информации (Рпоп) — это число дорожек записи, приходящееся на единицу длины носителя в направлении, перпендикулярном к направлению записи.
...
Поверхностная плотность записи (Ps) — это число импульсов, периодов гармонического колебания или бит информации, приходящееся на единицу поверхности рабочего слоя носителя. Очевидно, что Ps = Р-Рпт.
...
В зависимости от вида записываемого сигнала для оценки плотности записи используются разные единицы измерений. Продольная плотность импульсного сигнала измеряется в импульсах на миллиметр, волнового сигнала (аналогового) — в периодах на миллиметр, а цифрового - в битах на миллиметр.
...
Для определенности в дальнейшем чаще всего будем говорить о битах информации, поэтому уместно напомнить определения. В вычислительной технике числа, слова и прочие данные представляют в двоичной системе, т. е. в виде комбинации знаков 0
...
Плотность записи определяет информационную емкость носителя -количество информации (битов), которое в нем может быть накоплено. Чем выше плотность записи, тем эффективнее используется носитель, тем меньше требуется места для хранения одного и того же количества
...
Основные этапы развития магнитной записи можно рассмотреть на рис. 8.8. Датой рождения магнитной записи считают 1898 г., когда датским инженером Вольдемаром Поульсеном был запатентован телегра
...
Рис. 8.8. Схема развития материалов для магнитной записи за XX век: а — приборы и устройства; б — компоненты и блоки; в — материалы
...
магнитной записи была стальная рояльная проволока диаметром 0,5... 1 мм, намотанная в виде цилиндрической спирали на немагнитный валик. В процессе записи или воспроизведения валик вместе с проволокой вращался относительно магнитной головки, которая перемещалась параллельно его оси, скользя по виткам проволоки, как по резьбе ходового винта.
...
Основные недостатки металлических носителей, остановившие их практическое применение, проявились в эксплуатации. Это скручивание и коррозия, трудность соединения проволоки или стальной ленты в случае обрыва, а главное — большая масса металлического носителя, затрачиваемая на единицу времени записи. Например, для магнитной записи докладов на Международном конгрессе в Копенгагене в 1908 г., производимой в течение 14 ч, потребовалось 2500 км (примерно 100 кг) проволоки.
...
В 1925 г. И.И.Крейчману в СССР и в 1928 г. Ф. Пфлеймеру в Германии были выданы патенты на носители записи, у которых на бумажную, пластмассовую или какую-либо другую гибкую немагнитную подложку нанесен рабочий слой, состоящий из магнитного порошка, диспергированного в немагнитной связующей среде. Этот тип носителя в виде порошковой магнитной ленты получил в дальнейшем наибольшее распространение. В качестве активного материала рабочего слоя сначала использовали порошок карбонильного железа (полученный методом термического разложения пентакарбонила железа). С 1935 г. стали применять порошок магнетита Fe304, а с 1939 г. — порошок гамма-оксида железа (y-Fe203). Для материала подложки использовали ацетилцеллю-лозу. Выпуск порошковых магнитных лент вместе с изобретением способа устранения нелинейных искажений сигнала путем высокочастотного подмагничивания в процессе записи стал вторым рождением магнитной записи. Созданный в 1934 г. специально для работы с порошковой магнитной лентой аппарат получил новое наименование — магнитофон.
...
В 1952 г. начали использовать магнитные ленты для запоминания информации в ЭВМ, а в 1956 г. — для записи телевизионных передач. Магнитные ленты стали применять в системах программного управления и в телеметрических комплексах. Вместо магнитного порошка со сферической формой частиц стали широко применять порошки с игольчатыми частицами. Это позволило путем приложения магнитного поля в процессе изготовления ленты ориентировать в одном направлении (направлении записи) магнитные частицы и благодаря этому значительно повысить характеристики готовой ленты.
...
В I960—1970-е годы развитие носителей магнитной записи продвинулось вперед с разработкой новых магнитных материалов. Был создан новый магнитный порошок с высокими магнитными свойствами, состоящий из диоксида хрома (Сг02). Появились новые модификации порошков оксида железа — с более мелкими частицами и с добавкой кобальта, что привело к повышению магнитных свойств и улучшению их температурной стабильности.
...
В 1970—1980-е годы в носителях наряду с оксидными магнитными порошками вновь, как в 1934 г., стали использовать в качестве активного материала рабочего слоя металлические магнитные порошки железа и его сплавов, в частности, с кобальтом. Отличие современных металлических порошков от применявшихся в первых промышленных лентах в значительно меньшем размере, удлиненной форме частиц и более высокой коэрцитивной силе. Использование таких порошков позволило в несколько раз увеличить плотность записи, хотя и потребовало увеличения токов записи и подмагничивания из-за их большой коэрцитивной силы.
...
Одновременно с выпуском лент с металлическими магнитными порошками начался промышленный выпуск магнитных лент со сплошным металлическим рабочим слоем, которые получают путем вакуумной металлизации полиэтилентерефталатной подложки. Рабочий слой из Со—Ni-сплава имеет пониженную толщину (0,1...0,2 мкм) по сравнению с рабочим слоем порошковой магнитной ленты (1 мкм), так как для достижения одинакового значения остаточного магнитного потока из-за отсутствия немагнитного связующего нужен меньший объем рабочего слоя. Отсюда следует, что при общей толщине ленты 5...10 мкм в кассете данного объема может поместиться на 10 % больше ленты со сплошным металлическим слоем, чем с порошковым. Другими словами, лента со сплошным рабочим слоем обладает большей информационной емкостью на единицу объема.
...
Для того чтобы разобраться в важности различных параметров материалов магнитной записи, рассмотрим основные требования к ним. Можно рассматривать отдельно характеристики качества процессов записи, хранения информации и воспроизведения (рис. 8.9). Наиболее общие требования таковы — легкость, точность и плотность записи, стабильность хранения информации, легкость и точность воспроизведения. Эти требования зачастую противоречат друг другу, что на рисунке
...
Чтобы обеспечить легкость воспроизведения, как можно больше должно быть значение выходящего из носителя остаточного магнитного потока Фг который взаимодействует с головкой воспроизведения и создает выходной сигнал системы записи. Величина Фг= ВГ8Ь = ^МГ8Ь, где Вг— Ро-'Цг — остаточная индукция материала запоминающей среды, ц0 — магнитная постоянная, Мг — остаточная намагниченность. Иногда эту формулу предпочитают записывать, используя коэффициент прямоутоль-ности петли гистерезиса kn = Br/Bs, где В5 = ц0М5 - индукция насыщения. Тогда Фг= knBsbb.
...
Стабильность информации: носитель информации должен ее сохранять неограниченное время. Стабильность записанной информации тем выше, чем больше работа перемагничивания, которая равна yknHcBs, где у — коэффициент выпуклости петли гистерезиса.
...
Плотность записи. При продольной записи векторы намагниченности лежат в плоскости магнитного носителя и по обе стороны магнитного перехода магнитного потока направлены навстречу друг другу. Минимальная длина однородно намагниченных участков / (размер бита записанной информации) определяет линейную продольную плотность записи Р= 1/1. Магнитостатическая энергия взаимодействия двух соседних встречно намагниченных участков длиной / равна приблизительно
...
В 1984 г. впервые промышленностью выпущены в качестве носителей магнитные диски для перпендикулярной магнитной записи, для которой требования легкости и высокой плотности записи друг другу не противоречат. При перпендикулярной магнитной записи намагниченность направлена преимущественно перпендикулярно к поверхности рабочего слоя, а разноименные полюсы намагниченных участков расположены на его противоположных сторонах. Поэтому поля от соседних участков с противоположной ориентацией намагниченности стабилизируют состояние перемагниченного участка (в отличие от продольной записи), что позволяет уменьшить минимальные размеры стабильных доменов. Оценка плотности записи имеет вид: Р~
...
Перпендикулярная запись позволила обеспечить в 80-е годы в несколько раз более высокую плотность накопления информации по сравнению с продольной записью. Один из использованных для перпендикулярной записи материалов — феррит бария (табл. 8.12). Теоретический предел плотности перпендикулярной записи достигает рекордного значения — около 20000 бит на 1 мм дорожки записи. Практически полученная плотность перпендикулярной записи на феррите бария составила примерно 6700 бит/мм.
...
К материалам с перпендикулярной магнитной анизотропией можно отнести материалы с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД). Работы по использованию ЦМД в запоминающих и логических устройствах были начаты еще в 1967 г. фирмой «Белл» (США). Со значением «1» можно сопоставить наличие домена в определенной точке среды, а со значением «О»
...
Наиболее типичным представителем металлических носителей перпендикулярной магнитной записи являются микрокристаллические пленки Со80Сг20, хотя интенсивно изучаются и множество других сплавов (CoCrPt, Co80Pt20, Fe50Pt50 и др.).
...
Для характеристики перпендикулярной магнитной анизотропии используют константу одноосной магнитной анизотропии Ки], которая характеризует энергию магнитной анизотропии Е=
...
писи примерного состава Со80Сг20 имеют микрокристаллическую структуру, состоящую из столбцов диаметром в несколько десятков нанометров, расположенных перпендикулярно плоскости пленки. Требуемые магнитные свойства достигаются, если пленки обладают аксиальной кристаллической текстурой с осью с гексагональной решетки (осью легкого намагничивания), расположенной вдоль нормали к пленке. Такая текстура формируется в процессе роста. Однако этого еще недостаточно для расположения вектора намагниченности перпендикулярно плоскости пленки. Константа магнитной анизотропии А^ должна быть больше маг-нитостатической энергии, связанной с размагничивающим фактором N±
...
Изучая концентрационные зависимости намагниченности насыщения и константы магнитной анизотропии сплавов системы Со—Сг (рис. 8.10), становится понятно, почему оптимальный состав материала для перпендикулярной записи близок к Со80Сг20. Сплавы с малым содержанием хрома из-за высокой намагниченности имеют отрицательную константу перпендикулярной анизотропии (фактор качества меньше 1) и намагниченность неперпендикулярна плоскости пленки. В сплавах с повышенным содержанием хрома мала намагниченность (при содержании хрома больше 25...28 % (ат.) Сг сплавы при комнатной температуре парамагнитны). В сплаве Со78 5Сг21 5 получена плотность записи 8000 бит/мм при уровне падения сигнала на 50 %. Важно отметить, что указанное значение плотности записи ограничено сверху не природой материала (минимальным размером домена), а разрешением использованной магнитной головки воспроизведения, которое определяется шириной ее главного магнитного полюса (в данном случае 0,25 мкм). Головка не способна считывать информацию с носителя, который имеет размеры доменов намного меньше размера полюса головки. Поэтому совершенствование магнитных материалов для перпендикулярной магнитной записи шло вместе с развитием устройств и созданием новых методов записи и воспроизведения. Был разработан метод термомагнитной записи. Этот метод применяется на пленках, обладающих перпендикулярной анизотропией. Запись информации осуществляется путем кратковременного нагрева под воздействием лазерного участка пленки, находящегося в магнитном поле. Поле при этом подбирается с таким расчетом, чтобы при отсутствии нагрева пленки его величина была недостаточной для перемагничивания
...
пленки. Только при достаточно высокой температуре — такой, что коэрцитивная сила уменьшается в 3—4 раза, пленка перемагничивается. Поэтому случайное воздействие магнитного поля не может исказить записанную информацию — для этого нужно одновременное воздействие магнитного поля и лазерного луча.
...
Минимальные размеры, соответствующие одному биту информации, определяются диаметром сфокусированного лазерного луча. В силу дифракционных ограничений на степень фокусировки сложно рассчитывать на размер бита, существенно меньшего длины волны записывающего лазера (обычно 0,78...0,82 мкм). Это ограничивает предельную плотность записи. В настоящее время ведутся работы по увеличению плотности термомагнитной записи на магнитооптических дисках путем создания искусственного потенциального рельефа, задающего размер записанного лазером домена.
...
Считывание информации может осуществляться индукционным методом с помощью магнитных головок. Однако для описанных выше материалов с перпендикулярной анизотропией получил распространение магнитооптический метод. В этом методе воспроизведения информации поляризованный лазерный луч направляется на поверхность пленки. После отражения луч регистрируется фотоприемником. Благодаря эффекту Керра, угол поляризации светового луча при отражении изменяется в зависимости от направления намагниченности пленки. Это позволяет различить области пленки с различной ориентацией намагниченности. В качестве рабочего слоя таких носителей (они называются магнитооптическими) должны применяться материалы с перпендикулярной анизотропией, характеризующиеся высоким значением угла магнитооптического вращения Керра (максимального угла вращения плоскости поляризации). Кроме того, не- „ „ 1Л _ _
...
ров. Различают два класса материалов для магнитооптических носителей с использованием термомагнитной записи — с записью в точке Кюри (Тс) и с записью в точке компенсации (7^). Материалы первой группы должны иметь невысокую Тс, чтобы лазерный луч вызвал необходимое снижение коэрцитивной силы под влиянием повышения температуры до критической для магнитного упорядочения. Материалы второй группы имеют высокую Тс, и термомагнитная запись осуществляется, когда температура в пятне, нагретом лучом лазера, поднимется настолько выше Гк, что коэрцитивная сила становится достаточно низкой для перемагничивания.
...
Материалами, в наибольшей степени удовлетворяющими всем перечисленным требованиям, являются аморфные пленки, полученные из сплавов редкоземельных элементов (тербия, гадолиния, диспрозия) с переходными металлами (железом, кобальтом), например Tb28Fe50Co22. Конкретное содержание компонентов подбирают, исходя из условия близости температуры компенсации к 20 °С (при этом коэрцитивная сила максимальна и сильно уменьшается при нагреве), максимального угла вращения плоскости поляризации (максимальный сигнал воспроизведения) и наибольшего фактора качества Q.
...
В 1990-е годы два открытия совершили революцию в области сверхплотной записи информации — создание принципиально новых головок воспроизведения на основе гигантского магниторезистивного эффекта (ГМР-эффекта) и создание многослойных нанокристаллических пленочных структур с антиферромагнитной связью и обменным закреплением.
...
В 1988 г. А. Фертом (A. Fert) с сотрудниками во Франции и П. Грюнбергом (P. Gruenberg) в ФРГ был открыт гигантский магниторе-зистивный эффект в многослойных тонкопленочных структурах. Они наблюдали большие (50 и 6 % соответственно) изменения электрического сопротивления при изменении магнитного поля. Эксперименты проводились при низких температурах в очень больших магнитных полях. Для получения пленочных многослойных структур использовался малопроизводительный метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Однако довольно скоро после открытия ГМР-эффекта усилиями исследователей из фирмы «1ВМ» (США) в результате опробования свыше 50 тысяч комбинаций слоев разного состава и толщин были найдены материалы,
...
получаемые промышленным способом магнетронного распыления, которые позволили наблюдать ГМР-эффект при комнатной температуре и в небольших магнитных полях. Уже в 1997 г. фирма «1ВМ» осуществила промышленный выпуск жестких магнитных дисков ЭВМ с головками считывания, работающими на ГМР-эффекте. В жестких дисках головки чтения на основе ГМР-эффекта способны обнаружить в несколько раз более слабые магнитные поля, чем позволяет использование предшествующих технологий, и поэтому размер микроскопических магнитных областей, хранящих на диске биты информации, может быть еще более уменьшен, а скорость считывания значительно повышена. С 1997 г., после создания компанией IBM первого жесткого диска со считывающими головками на основе ГМР-эффекта, плотность хранения информации ежегодно удваивается.
...
ГМР-устройства используют чередующиеся сверхтонкие слои магнитного и немагнитного материалов (в IBM такую структуру называют спиновым клапаном). Самый простой вариант включает в себя три слоя: два ферромагнитных слоя, разделенных немагнитным проводником. Роль немагнитного проводника выполняет рутений. Этот металл является парамагнетиком, но когда толщина Ru-слоя составляет всего несколько атомных слоев, через него осуществляется обменная связь между ферромагнетиками. Эта обменная связь в зависимости от толщины Ru-слоя может быть как ферромагнитной, так и антиферромагнитной. В последнем случае, который и используют на практике, намагниченности ферромагнитных слоев ориентированы противоположно.
...
Главный источник ГМР-эффекта — так называемое спин-зависимое рассеяние. Как известно, причина существования электрического сопротивления металлов — рассеяние электронов проводимости. При протекании электрического тока электроны проводимости рассеиваются по-разному в зависимости от ориентации их спина по отношению к намагниченности слоя. Об этом явлении и говорят как о спин-зависимом рассеянии. Природу его можно объяснить следующим образом. В ферромагнитных й?-металлах из-за наличия ферромагнитного обменного взаимодействия энергия электронов с разной ориентацией спинов различна ~ энергия электронов со спином «вверх» (ориентированным вдоль намагниченности ферромагнетика) более низкая, чем у электронов со спином «вниз». В результате плотность состояний вблизи уровня Ферми для электронов с разными направлениями спинов также различается. Но плотность состояний вблизи энергии Ферми определяет вероятность рассеяния. Поэтому средняя длина свободного пробега у электро-
...
В спиновом клапане с антиферромагнитно-связанными слоями ферромагнетиков намагниченности этих слоев в отсутствие внешнего магнитного поля антипараллельны. Толщина немагнитного слоя (Ru) очень мала, меньше длины свободного пробега электрона, поэтому в рутении электроны практически не рассеиваются. Следовательно, электрон проводимости при протекании тока переходит из одного слоя в другой, с противоположным направлением намагниченности, и вероятность рассеяния электрона должна измениться. В этом случае спиновый клапан обладает повышенным сопротивлением. Если же к многослойному образцу приложить достаточно большое внешнее магнитное поле, то намагниченности ферромагнитных слоев установятся параллельно и сопротивление понизится. Рис. 8.11 показывает относительное изменение электрического сопротивления спинового клапана с приложением магнитного поля.
...
Для того чтобы спин-зависимое рассеяние определяло значительную часть сопротивления, слои должны быть тоньше, чем длина свободного пробега электрона в массивном материале (~ 10 нм для большинства ферромагнетиков).
...
Дополнительные данные о материалах металлических наноструктур, размерах слоев и последовательности их расположения приведены в табл. 8.14.
...
Создание высокочувствительных ГМР-головок чтения позволило избавиться от ограничения, налагаемого на плотность записи малым раз-
...
Таблица 8.14. Многослойные наноструктуры для датчиков и магнитных головок, использующих гигантский магниторезистивный эффект (ГМР)
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы