DEZVOLTARI RECENTE ÎN DOMENIUL MATERIALELOR MAGNETICE DIRECŢII DE PERSPECTIVĂ Dezvoltarea materialelor magnetice - posibilitatea de a dezvolta un spectru larg de microstructuri, de la microstructuri amorfe, nanocristaline şi mezoscopice până la domeniul micrometric şi al monocristalelor. S-au obţinut materiale cu proprietăţi magnetice deosebite: materiale nanocristaline de permeabilitate înaltă (μ > 10 5 ), magneţi cu energie specifică mare ((BH) max > 500 kj/m 3, remanenţă înaltă BBr >1,5 T, materiale cu magnetostricţiune gigant (λ > 1000 ppm) materiale cu magnetorezistenţă gigant (ΔR/R > 50%). Materiale magnetice Cooperarea interdisciplinară: (fizica solidului, chimia solidului, ingineria materialelor, are loc după trei direcţii: sinteza materialelor şi aliajelor; caracterizarea microstructurală a aliajelor; proprietăţi magnetice şi relaţii microstructurale. Dezvoltarea actuală a materialelor feromagnetice a fost impulsionată de două direcţii suplimentare: a) aliajele şi compuşii intermatalici ai metalelor tranziţionale cu metale pamânturi rare au deschis un spectru larg de proprietăţi magnetice variabile; b) tehnicile de preparare cum ar fi sinterizarea cu fază lichidă, rotirea topiturii, alierea mecanică, răcirea rapidă, pulverizarea multistrat, epitaxia cu fascicul molecular, etc. au permis dezvoltarea unor noi tipuri de microstructuri.
Dezvoltări recente direcţii de perspectivă ASTĂZI MATERIALELE MAGNETICE - un amestec de ioni/atomi magnetici şi ioni/atomi nemagnetici. Ionii/atomii magnetici - responsabili pentru proprietăţile magnetice intrinseci Elementele nemagnetice - utilizate pentru a modifica microstructura materialului, În materialele magnetice moderne se utilizează următoarele categorii de elemente chimice : a. metale tranziţionale: Fe, Co, Ni, Mn, Cr; b. metale pamânturi rare: Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy; c. metale nemagnetice: Ti, V, Cu, Ga, Al, Pd, Pt; d. metale refractare: Zr, Nb, Mo; e. metaloizi: B, C, Si, Ge, N, P Principalele orientări: metalele tranziţionale Fe şi Co sunt elemente de bază pentru materiale cu permeabilitate înaltă, cu temperatură Curie mare şi cu magnetizare remanentă mare; compuşii intermetalici PR-MT reprezintă baza pentru supermagneţi, pentru materiale cu densitate de înregistrare mare şi pentru materiale cu magnetostricţiune gigant; metalele adiţionale (Ga, Al, Pd, Pt, etc.) şi metalele refractare sunt ingredienţi necesari pentru producerea unor microstructuri corespunzătoare (particule unidomeniale izolate magnetic, filme subţiri multistrat); metaloizii (C, N, P, B) sunt utilizaţi pentru stabilizarea microstructurilor amorfe până la câteva sute de C şi în compuşii interstitiali (cum ar fi Sm 2 Fe 17 N 3 ) şi pentru creşterea temperaturii Curie şi a magnetizării spontane (C, N).
MATERIALE CU PERMEABILITATE ÎNALTĂ (μ > 100.000) Trebuie respectate pe cât posibil 3 condiţii: a) energia anizotropiei cristaline redusă şi remanenţă înaltă; b) magnetostricţiune redusă pentru a reduce tensiunile interne; c) conductivitate electrică redusă şi lărgimi mici ale domeniului pentru a reduce pierderile energetice. IMPOSIBIL în unul şi acelaşi material!!! se caută combinarea proprietăţilor corespunzatoare magnetice şi microstructurale în scopul apropierii de cazul ideal al satisfacerii simultane a celor 3 condiţii. Tabloul general (χ 0,, H C ) pentru materialele magnetice moi. Domeniile cu haşură finăreprezintă perspectivele pentru materialele nanocristaline.
Dezvoltări recente direcţii de perspectivă MATERIALE PENTRU ÎNREGISTRARI MAGNETICE DE DENSITATE MARE Materialele utilizate: aliaje PR-MT (TbGd-Co, Tb-Fe, Tb-Co, MnAlGe, MnBi) filme multistratificate (Pd/Co, Pt/Co). Densităţi de înregistrare: stadiu industrial - 10-20 Gbit/inch 2 cercetări de laborator - > 60 Gbit/inch 2 Estimari - 100 500 Gbit/inch 2, utilizând filme multistrat duale (hard/soft) şi schimbarea tehnologiei de la înregistrarea longitudinală la înregistrarea perpendiculară faţă de planul filmului - peste 1Tbit/inch 2 - dezvoltarea prin sinteză chimică a unor reţele autoorganizate de nanoparticule FePt ALIAJE CU MAGNETOSTRICŢIUNE GIGANT Cerinta: obtinerea de materiale cu constante mari de magnetostricţiune, cu temperatură Curie ridicată, la care efectul magnetostrictiv să se manifeste în câmpuri magnetice joase. Sistemul de aliaje Tb 1-x Dy x Fe 2 (Terfenol) - constantă de magnetostricţiune de -3 λ S = 2,5.10, de 100 ori mai mare decât în materialele feromagnetice convenţionale Fe şi Ni. Evoluţia acestor aliaje este în direcţia obţinerii filmelor amorfe prin tehnica pulverizarii DC şi a obţinerii aliajelor nanocristaline Aplicatii: Aliajele cu magnetostricţiune înaltă pot fi utilizate pentru aplicaţii micromecanice, cât şi pentru transformarea semnalelor electrice în mişcări mecanice.
Compuşi intermetalici şi interstiţiali pentru magneţi permanenţi Cele mai mari câmpuri coercitive sunt realizate pentru magneţi sinterizaţi din compuşi intermetalici pământ rar - metal tranziţional. Proprietăţile magnetice deosebite obţinute pe astfel de compuşi sunt: temperatura Curie T C = 1180 K pentru Co 17 Sm 2 ; câmp coercitiv de 9,5T pentru SmCo 5 obţinut prin aliere mecanică; produsul de energie maxim (BH) max = 510 KJ/m 3 pentru Nd 2 Fe 14 B cu aditivi (Ga, Nb), iar pentru magneţii industriali (BH) max = 450 kj/m 3. Progresul şi direcţiile de perspectivă în domeniul magneţilor permanenţi Deoarece nitridul Sm2Fe 17 N 3-x se descompune la temperaturi mai mari de 600 C în α- Fe şi SmN, nu pot fi produşi magneţi sinterizaţi, în schimb trebuie aplicată tehnica alierii mecanice. Cercetările actuale se focalizează pe reproductibilitatea tehnică a magnetului cu 500KJ/m 3 şi pe dezvoltarea unei nitruri SmFe cu coercivitate înaltă, cât şi pe producerea de materiale magnetice cu faze metastabile prin tehnici de răcire rapidă, aliere mecanică, sputtering, etc. O direcţie nouă de cercetare pentru viitor o reprezintă producerea magneţilor permanenti pe bază de Fe65Co 35 + X cu o structură în care să fie introduşi centrii planari de blogare a domeniilor magnetice.
Dezvoltări recente direcţii de perspectivă MATERIALE CU MAGNETOREZISTENŢA GIGANT ŞI MATERIALE CU MAGNETOREZISTENŢĂ COLOSALĂ Magnetorezistenţă gigant (ΔR/R > 50 %) Materiale - filme subţiri multistrat CoFe/Cu sau Fe/Cr (au si permeabilitate ridicată) Aplicatii : capete de citire magnetorezistive, memoriilor cu acces aleator nevolatile Magnetorezitenţă colosală (ΔR/R > 100 %) Materiale - în prezent dezvoltate sunt filme subţiri de LaSr- şi LaCa-manganiţi, cu permeabilitate ridicată.