Влияние атомов внедрения на магнитные свойства интерметаллидов 4f-3d-переходный металл

Впервые внедрение атомов водорода в интерметаллиды R-T было обнаружено в 60-е годы, когда интенсивно изучались соединения RCo5 и возможность их применения в качестве постоянных магнитов. Выяснилось, что при помоле слитка для изготовления магнита, коэрцитивная сила порошка снижалась с временем помола. Причиной ее снижения выступают напряжения и дефекты, возникающие на поверхности частиц при механическом измельчении. Для решения этой проблемы верхний слой частиц стравили в кислоте. Результаты рентгенографических исследований такого порошка показали, что параметры решетки несколько увеличены. Это связано с внедрением водорода, выделяющегося при реакции травления, внутрь кристаллической решетки частиц обрабатываемого интерметаллида. Увеличение объема элементарной ячейки может достигать 1÷2%.

Были проведены исследования, направленные на изучение таких соединений, как потенциальных аккумуляторов водорода. Наилучшим материалом для этого применения оказался LaNi5. Одна формульная единица соединения может связать до шести атомов водорода. При максимальной «загрузке» такого объекта водородом, расстояние между атомами последнего в два раза меньше, чем в сжиженном состоянии.

Внедрение атомов водорода и азота сильно сказывается на магнитных свойствах интерметаллидов, в частности, на температуре Кюри. На рисунке 75 представлены температуры Кюри соединений R2Fe17, R2Fe17H3 и R2Fe17N2.

102

103

104

Рисунок 75 - Температуры Кюри соединений R2Fe17,

R2Fe17H3 и R2Fe17N2

Температура Кюри интерметаллида с внедренными атомами водорода превосходит таковую чистого соединения примерно на 100 К. Если в решетку внедрены атомы азота, то температура Кюри возрастает в два раза. Внедрение атомов азота является более технологически сложным и длительным процессом.

На рисунке 76 представлены кривые намагничивания интерметаллида Tb2Fe17 и его гидрида.

105

Рисунок 76 - Полевые зависимости намагниченности, измеренные вдоль главных кристаллографических направлений для соединения Tb2Fe17 и его гидрида Tb2Fe17H3 при разных температурах

Видно, что тип анизотропии этого соединения — легкая плоскость. [120] — ось b — является осью наилегчайшего намагничивания чистого интерметаллида, ось c — ось трудного намагничивания в интервале температур от 4,2 К до 200 К. При намагничивании образца вдоль оси c наблюдаются фазовые переходы, проявляющиеся скачками на кривой намагничивания, то есть переход легкой оси скачком в конус легких осей. Внедрение атомов водорода приводит к существенным изменениям свойств материала. Ось c становится осью

106

легкого намагничивания, а ось b становится осью трудного намагничивания. Таким образом, водород радикальным образом изменяет тип анизотропии в этом материале в указанном интервале температур.

На рисунке 77 представлены фазовые диаграммы интерметаллидов системы R2Fe17, а также их нитридов и гидридов. Видно, что во всех соединениях R2Fe17 тип анизотропии легкая плоскость за исключением Tm2Fe17, у которого при температурах ниже 70 K наблюдается тип анизотропии легкая ось. Введение водорода в кристаллы большинства соединений не отразилось на типе анизотропии, за исключением Tb2Fe17 и Dy2Fe17.

Рисунок 77 - Магнитные фазовые диаграммы

соединений R2Fe17, R2Fe17H3 и R2Fe17N2

Не смотря на то, что надежных экспериментальных результатов по нитридам таких интерметаллидов нет в силу сложности получения однофазных объектов, необходимо отметить тот факт, что внедрение азота в интерметаллид Sm2Fe17 приводит к смене анизотропии типа легкая плоскость на тип легкая ось, при этом температура Кюри возросла в два раза. Таким образом, получается неплохой материал для постоянных магнитов. При проверке стабильности этих материалов в ОМТТ НИИ ФПМ УрГУ, выяснилось, что при нагреве до температуры Кюри, происходит необратимый распад материала на отдельные фазы. Этот факт послужил причиной остановки исследований таких материалов для практического применения. Это обстоятельство нас охладило. Мы решили, что вряд ли такие

107