Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

ветствешш коэрцитивной силой по намагниченности H cj или' коэр­ цитивной силой по индукции Н сВ (см. рис. 4). Крутизна кривой пер­ воначального намагничивания J — f (.Н) (при намагничивании раз­ магниченного ферромагнетика) определяет магнитную вссприимчивость X-

Из рис. 2 видно, что магнитная восприимчивость зависит от вели­ чины напряженности намагничивающего поля. Различают начальную магнитную восприимчивость, которая определяется по начальному участку кривой намагничивания, и максимальную восприимчивость, которая определяется как тангенс угла наклона прямолинейного

териалы разделяют на две группы. Первую группу составляют так называемые магнитномягкие ферромагнетики. Они обладают малой коэрцитивной силой, большой магнитной восприимчивостью и боль­ шой магнитной проницаемостью. Ко второй группе относят магнит­ нотвердые ферромагнетики, характеризующиеся большой коэрци­ тивной силой и малой магнитной проницаемостью.

Магнитномягкие ферромагнетики применяют для изготовления магнитных головок, т. е. приборов, с помощью которых создаются записывающий, воспроизводящий или стирающий элементы, исполь­ зуемые при магнитной записи. Лучшие материалы этой группы имеют коэрцитивную силу 3—4 А/м и максимальную относительную магнитную проницаемость до ІО5.

Для изготовления рабочих слоев магнитных лент применяют магнитнотвердые ферромагнетики, имеющие широкую петлю

27

гистерезиса, т. е. коэрцитивную силу порядка 20 000—40 000 А/м и относительную магнитную проницаемость 2—4. Важными характе­ ристиками магнитнотвердых материалов являются также коэффи­ циент прямоугольное™ петли гистерезиса К п и коэффициент выпук­ лости у:

Рис. 5. Ферромагнитные сердечники различной формы.

Значение J'H' равно произведению координат точки М, соответ­ ствующей пересечению предельной петли гистерезиса с диагональю прямоугольника, построенного на сторонах J rs и H cj (см. рис. 3, а). Величины коэффициентов К п и у зависят от формы петли гистерезиса. Чем они больше, тем больше крутизна боковых ветвей предельной

петли гистерезиса. Саморазмагничивание.

Приведенные выше соотноше­ ния справедливы только в том случае, когда намагничива­ емое тело имеет форму замкну­ того кольца (тороида) или бес­ конечно длинного стержня, намагничиваемого вдоль его

Рис. 6. Схема, поясняющая явление само­ длинной оси. При намагничи­

размагничивания.

вании же тел произвольной формы намагниченность за­ висит от их формы и размеров. Так, если сердечники разной формы,

изготовленные из одного ферромагнитного материала, намагничивать в полях, которые создаются током, проходящим по катушкам, и об­ ладают одинаковой напряженностью, то их остаточная намагничен­ ность будет различной. Она максимальна в сердечнике а, несколько меньше в сердечнике б и еще меньше в сердечнике в (рис. 5). Это объясняется эффектом саморазмагничивания, который можно объ­ яснить так: когда образец из ферромагнитного материала под дей­ ствием внешнего поля с напряженностью Н намагничивается, на его концах возникают магнитные полюса, которые создают магнитное поле, частично замыкающееся вне образца, а частично внутри него (рис. 6). Внутри образца это поле имеет направление противополож­ ное внешнему полю, вследствие чего его называют размагничивающим. Оно ослабляет напряженность действующего на домены ферромагне­ тика внешнего поля, уменьшая намагниченность образца. При на-

28

магішчиваіши образца, имеющего форму тороида, магнитных полю­ сов, а следовательно, и размагничивающего поля не возникает. Поэтому при той же напряженности внешнего магнитного поля в этом случае намагниченность будет больше, чем в образце с выраженными полюсами.

Если намагничивается бесконечно длинное тело, то поле-размаг- ничивания будет слабым и приобретаемая таким образцом намагни­ ченность будет больше, чем в образце с малым расстоянием между полюсами при одной и той же напряженности внешнего намагничи­ вающего поля. Величина размагничивающего поля Н р определяется выражением:

Нр= —NJ

гдe N — коэффициент раз­ магничивания.

Поэтому истинная на­ пряженность поля Ht, на­ магничивающего образец, расположенный во внеш­ нем поле с напряжен­ ностью Н, будет:

Ні = Н —NJ

ния. Он остается постоянным только при условии равномерного намагничивания, которое может быть обеспечено воздействием рав­ номерного магнитного поля на ферромагнетик, имеющий форму эллипсоида вращения.

Тела любой другой формы в однородном внешнем поле намагни­ чиваются неравномерно за счет возникновения поля размагничива­ ния. В этом случае коэффициент размагничивания N является функ­ цией намагниченности и может быть найден лишь экспериментально. Однако всегда наблюдается указанная зависимость N от сечения тела и его длины.

Степень уменьшения остаточной намагниченности за счет саморазмагничивания, кроме формы и размеров намагничиваемого тела, зависит также от характеристик ферромагнетика. На рис. 7 пока­ заны участки предельных петель гистерезиса для ферромагнетиков, имеющих различные коэрцитивные силы и разные коэффициенты выпуклости. В тороидальном сердечнике под действием внешнего магнитного поля с Н ^ H s возникает остаточная намагниченность J rs, а в телах с коэффициентом размагничивания N остаточная на­ магниченность будет меньше; она определяется точкой пересечения прямой, проведенной под углом а (tg а = N) к оси / , с петлей ги­ стерезиса. Остаточная намагниченность при данном значении N

29

(зависящем от формы и размеров тела) будет больше для ферромагне­ тика с большей коэрцитивной силой и с большим значением коэффи­ циента выпуклости петли гистерезиса (см. рис. 7).

В ферромагнетиках, состоящих из отдельных частиц, распреде­ ленных в немагнитном веществе, характерно явление внутреннего саморазмагничивания. Поле размагничивания создается каждой частицей и уменьшает ее намагниченность. Типичный пример ука­ занной системы — рабочий слой магнитной ленты, состоящий из мелких частиц ферромагнитного материала, равномерно распреде­ ленных в полимере. Явление внутреннего саморазмагничивания, зависящее от формы и размеров частиц, от их объемного содержания

врабочем слое и равномерности распределения в нем, заметно влияет на характеристики магнитных лент.

2.1.2.Намагничивание порошковых ферромагнетиков

Вкачестве ферромагнитного материала для изготовления рабочих слоев магнитных лент широко применяют так называемые порошковые ферромагнетики, или магнитодиэлектрики. Процесс намагничивания таких материалов и их магнитные свойства зависят от формы и размеров частиц ферромагнитного порошка. Если ча­ стицы порошка достаточно велики, то в каждой из них самопроиз­ вольно возникает несколько доменов и магнитный поток замыкается внутри частицы. Намагничивание такой частицы под действием внеш­ него магнитного поля подобно процессу намагничивания многодо­ менного ферромагнетика. Этот процесс включает стадии смещения доменных стенок и последующий поворот вектора намагниченности

внаправлении внешнего поля. Если же размеры частиц порошка меньше некоторого критического значения, то их разделение на до­ мены оказывается энергетически невыгодным и каждая отдельная частица намагничивается однородно. Критические размеры частиц, при которых их внутренняя энергия оказывается минимальной при однодоменной структуре, различны в зависимости от формы частиц.

Например, для порошка гамма-окиси железа, наиболее распростра­ ненного в технологии магнитных лент, критические размеры частиц

dKp = 30 ч- 70 (dKр — длина большей оси частицы).

Направление спонтанной намагниченности каждой однодоменной частицы совпадает с направлением одной из ее осей легкого намагни­ чивания [11], что является одним из условий минимальной внутрен­ ней энергии. Для частиц кубической и сферической формы оси легкого намагничивания определяются кристаллографической анизо­ тропией. Для частиц же с выраженной анизотропией формы, напри­ мер игольчатых, которые в основном применяют в современной тех­ нологии магнитных лент, ось легкого намагничивания совпадает с длинной осью частицы. Это соответствует минимальной энергии поля размагничивания.

Изменение намагниченности однодоменной частицы при воздей­ ствии внешнего магнитного поля может происходить только за счет

30

поворота вектора намагниченности, что всегда требует больших напряженностей внешних полей, чем при смещении доменных сте­ нок. Поворот вектора намагниченности однодоменной частицы осу­ ществляется только в том случае, когда на нее действует внешнее поле достаточно большой напряженности для преодоления энерге­ тического барьера, обусловленного тем, что вектор при повороте должен пройти направление трудного намагничивания.

Энергетический барьер определяет коэрцитивную силу однодо­ менных частиц, которая всегда больше, чем для многодоменных ча­ стиц из того же материала. На рис. 8 показана экспериментальная зависимость коэрцитивной силы от размера частиц порошка железа. Однодоменной структуре (область II) соответствует максимальная

коэрцитивная сила [23]. При чрезмерно малых размерах частиц в них отсутствует спонтанная намагниченность. Для однодоменных частиц игольчатой формы коэрцитивная сила возрастает с увеличе­ нием анизотропии формы.

Изменение магнитного состояния однодоменной игольчатой ча­ стицы под воздействием внешнего магнитного поля зависит от угла между вектором напряженности поля и длинной осью частицы. Если направление поля совпадает с направлением спонтанной намагни­ ченности частицы, то ее намагниченность остается неизменной, а кри­ вая намагничивания J = f (Н) имеет вид прямой линии, параллель­ ной оси Н. Если направление вектора напряженности внешнего поля совпадает с осью легкого намагничивания, но противоположно направлению вектора спонтанной намагниченности частицы, то при условии, что напряженность внешнего поля достаточно велика, частица перемагнитится.

На рис. 9, а показана петля гистерезиса, характеризующая из­ менение намагниченности однодоменной частицы при воздействии циклически изменяющегося поля [27]. Исходное магнитное состоя­ ние характеризует точка 1. Пока напряженность внешнего поля,

31