Ferrites à cycle d'hystérésis modifié par traitement thermique dans un champ magnétique faible

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Submitted on 1 Jan 1959

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Ferrites à cycle d’hystérésis modifié par traitement thermique dans un champ magnétique faible

A. de Kienlin, M. Kornetzki, H. Rabl

To cite this version:

A. de Kienlin, M. Kornetzki, H. Rabl. Ferrites à cycle d’hystérésis modifié par traitement thermique dans un champ magnétique faible. J. Phys. Radium, 1959, 20 (2-3), pp.247-250.

�10.1051/jphysrad:01959002002-3024700�. �jpa-00236027�

FERRITES A CYCLE D’HYSTÉRÉSIS MODIFIÉ PAR TRAITEMENT THERMIQUE

DANS UN CHAMP MAGNÉTIQUE ^FAIBLE

Par A. DE KIENLIN, ^{M. KORNETZKI et H.} RABL,

Siemens und Halske A. G., Muenchen, Allemagne.

Wernerwerk fuer Bauelemente.

Résumé.

Traités thermiquement ^{dans un} champ magnétique faible, les substances magné- tiques ^du type ^Perminvar présentent ^des cycles d’hystérésis ^anormaux. La forme de ces cycles qui ^est asymétrique, si le traitement thermique ^{a lieu dans un} champ statique, s’explique par la stabilisation des parois de Bloch dans la position que celles-ci occupent ^sous l’action du champ appliqué pendant le traitement thermique.

Abstract.

Magnetic materials of the Perminvar type display ^anomalous hysteresis loops ^if they have been annealed in a weak magnetic ^{field. The form of the} loops ^is asymmetric ^{if anneal-} ing ^{is carried out in a} static field. All loop forms found can be explained by assuming ^{that the}

domain walls are stabilized in the position ^which they occupy during annealing under the influence of the applied magnetic ^field.

PHYSIQUE 20, 1959,

On connaît depuis longtemps des substances

magnétiques pour lesquelles ^un traitement ther-

mique, ^{effectué à des} températures plus ^basses que le point ^de Curie, ^{conduit à un} cycle d’hystérésis

anormal [1]. Ces substances dites du type ^Permin-

var présentent

après ^un refroidissement lent en

l’absence d’un champ magnétique

^un cycle d’hystérésis ^« étranglé » (fig. 1a). ^{Si le traitement}

Fm. 1.

Cycles d’hystérésis d’un ferrite du type Perminvar, ^{traité à}

chaud de différentes manières : (a) refroidissement lent sans champ ; (b) traitement thermique ^{dans un} champ longitudinal puissant ; (c) ^trai-

tement thermique ^{dans un} champ transversal puissant.

thermique ^{a lieu dans un} champ magnétique puis- sant, ^{on observe un} cycle d’hystérésis rectangulaire (fig. lb) ^{ou incliné} (fig. 1c), ^{selon la} direction du

champ appliqué.

En supplément ^des cycles d’hystérésis étranglés

et rectangulaires, ^{étudiés surtout} jusqu’à ^l’heure actuelle, ^{nous nous} proposons ^{de montrer des}

cycles d’hystérésis intermédiaires _par rapport ^aux cycles mentionnés ci-dessus, obtenus par ^traite- ment thermique ^{dans un} champ magnétique ^faiblie.

Types ^de cycles après ^un traitement thermique

dans un champ statique.

^{On a examiné un fer-}

rite du type ^Perminvar [2] ^{de la} composition ^sui-

vante : Coo.02, Mno.os, Nio,72, Fe2,2O4. ^Le point ^de

Curie est égal ^{à 600 °C.} Un traitement thermique

dans un champ magnétique ^est efficace au-delà de

300 °C environ. Cinq ^tores ( I, I I, III, ^{IV et} V ; ^dia-

mètre extérieur 27 _{mm ;} diamètre intérieur 18 mm) furent d’abord refroidis lentement de plus

de 600 °C jusqu’à ^la température ambiante, puis

traités thermiquement ^{à 350 °C} pendant ^{5 heures.}

Le tore I fut traité thermiquement ^sans champ magnétique, ^{et les autres dans un} champ statique longitudinal ^{HT *} (1). Après ^leur traitement ther-

mique, ^{les tores} furent refroidis à la température ambiante, puis désaimantés dans un champ ^alter-

natif décroissant (2).

(1) Toutes les grandeurs ^se rapportant ^{à T}

^350°C

seront repérées ^{dans ce} qui suit par ^un astérisque. Les autres

grandeurs ^se rapportent ^{à la} température ^ambiante.

(2) L’expression

désaimantation

est toujours ^utilisée

dans ce qui suit, ^{même si les tores} présentent ^{une aiman-}

tation résiduelle Jd après l’application ^du champ ^alternatif

décroissant.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01959002002-3024700

248

Les cycles ^{observés à la} température ^ambiante après désaimantation sont représentés ^{sous forme} d’oscillogrammes ^{sur la,} figure ^{2. La} position ^des

croix axiales (origine ^H

0 ; ^J

Jd) marquées

ultérieurement fut déterminée par ^{des mesures}

balistiques.

FIG. 2.

Cycles d’hystérésis symétriques ^et asymétriques

obtenus par traitement thermique ^{dans des} champs statiques différents.

Interprétation ^des cycles d’hystérésis ^observés.

-

Pour les substances du type Perminvar, ^l’effet

du traitement thermique ^{est dû, comme on le} sait,

à des phénomènes ^{de diffusion de} différente nature,

lesquels ^ont pour caractère ^{commun de} provoquer

l’apparition ^d’une anisotropie magnétique ^uni-

axiale [3]. ^{La direction de} facile aimantation donnée

par ^cette anisotropie ^est identique ^{ou du moins}

proche ^{de la direction que} présente l’aimantation spontanée pendant ^le traitement thermique. ^Les

différents types de cycles d’hystérésis ^observés s’expliquent par la stabilisation de différentes répar-

titions de direction, réalisées selon l’histoire magné- tique ^{et le} champ appliqué.

Pour le tore 1 ( fig. 2) l’état désaimanté (Jd

0)

est stabilisé. Les parois ^{de Bloch à} qui ^{nous voulons}

surtout attribuer les processus irréversibles, quit-

tent leur état stable seulement ^en présence ^d’un champ magnétique critique ^H

+ Hp ^{= 16 Oe} (symétrie ^{référée à} l’origine ^H

^{0 des coor-} données ; ^voir fig. 1a). Lors de la désaimantation les parois ^{de Bloch} retournent dans leur position

initiale et l’état stabilisé, globalement ^non magné- tique, ^{se rétablit.}

Pour le tore II, ^{HT * est} inférieur à Hp ^* (Hp ^* champ magnétique critique ^{observé au commen-}

cement du traitement thermique). ^{Au cours du}

traitement thermique ^{a lieu}

^{avec une} adapta-

tion simultanée de la stabilisation

^un passage continu des parois ^{de Bloch entre l’état de}

celles-ci après ^le refroidissement lent et le nouvel état d’équilibre déterminé par HT ^{*. Dans la} posi-

tion d’équilibre, ^{le volume Va} des domaines élémen- taires avec une composante d’aimantation dans la direction du champ magnétique ^est supérieur ^à

50 % ^du volume total Vt. Du fait que, ^comme pour le tore I, ^{l’état stable se rétablit} après la désaiman- tation pour le ^tore II, ^une aimantation résiduelle Jd - (2 Va

Vt)

HT ^{* est observée.} L’asy-

métrie des cycles ^II (fig. 2) ^{est due au} fait que,

après ^la déconnexion du champ + HT *, ^les parois

de Bloch subissent à 350 °C une prétension

HT ^*

et à la température ^{ambiante une} prétension ^cor- respondante ^{- HT.} En raison de la prétension

-

HT, ^les parois ^{de Bloch} quittent ^leur position

stable seulement pour H >_ Hp ^{+ HT et} pour

H -H,+HT (tore ^{II :} Hp * = 5 Oe ; Hp ^{= 13} Oe ; ^{HT *} = 1,8 Oe ; HT

⁵ Oe).

Le cycle ^{du tore III} présente ^une forme intermé- diaire entre les cycles ^{des tores II et IV} (fig. 2). ^Le

tore IV est caractérisé par le fait qu’une ^aimanta-

tion résiduelle Jd égale à l’aimantation rémanente Jr apparaît toujours après ^la désaimantation. Ce phé-

nomène peut ^être expliqué ^{si l’on} suppose que - par suite du champ appliqué ^{HT *} > Hp * ~ ^{He *-}

seuls des petits germes de parois ^{de Bloch sub-}

sistent après le traitement thermique (Hc * champ

coercitif de l’état non stabilisé ; H, ^{* = 5} Oe ; HT ^*

⁹ Oe). ^Ces germes qui limitent des petits

noyaux aimantés ^{en sens} opposé ^{à HT} *, ^{ont une}

telle stabilité _que lors de la désaimantation, ^la répartition ^de l’aimantation spontanée ^existant pendant le traitement thermique ^{est de nouveau}

obtenue.

Si l’on applique ^{lors du} traitement thermique

un champ ^assez puissant pour que les noyaux rési-

duels disparaissent tous, ^une désaimantation

complète (Jd

0) ^est possible ^{à la} température

ambiante. Un cycle d’hystérésis rectangulaire symétrique ^{est alors observé} (fig. 2, ^tore V).

Inversion de l’asymétrie ^du cycle par application

d’un champ magnétique puissant.

^L’aimanta-

tion + Jd qui ^se produit toujours après ^{la désai-}

mantation dans les tores à cycle asymétrique, ^{a la}

même direction _{que le} champ ⁺ HT ^* appliqué

lors du traitement thermique. ^{Si l’on} applique cependant brièvement un champ puissant

^{H de}

100 Oe environ, ^une aimantation

Jd a ^tou- jours ^lieu après ^la désaimantation. Comparé ^au cycle ^existant auparavant, ^le cycle ^{alors observé}

est renversé de 1800. Ce réaultat peut ^être expliqué

pour le ^tore IV de la façon suivante : Après ^le

traitement thermique, ^{la direction de} Jd ^{est déter-}

minée par la direction de l’aimantation spontanée

des noyaux stabilisés qui possèdent toujours ^une composante d’aimantation opposée ^{à Jd. Pour}

autant que les champs appliqués ^{à la} température

ambiante soient si faibles _{que les} parois ^{de Bloch}

limitant les _noyaux subsistent (3), ^{la direction}

d’aimantation des noyaux ^et l’indice de Jd ^{ne se}

modifient _pas. Appliquons maintenant un champ

-

H assez puissant, pour que dans ^tout le tore, l’aimantation soit orientée uniformément dans la direction du champ ^et qu’aucune paroi ^{de Bloch ne}

subsiste. Après ^la déconnexion du champ - H, ^une

désaimantation conduit en premier ^{lieu à un renver-}

sement de direction de l’aimantation spontanée

dans le faible volume occupé initialement _{par les} noyaux. De ce fait, ^la répartition ^{favorable donnée}

par le traitement thermique ^{est obtenue de nou-}

veau dans tout le volume du tore. Cependant ^la

direction de l’aimantation spontanée ^{est alors} antiparallèle ^{à la} direction de l’aimantation lors du traitement thermique. L’aimantation

Jd

a lieu par conséquent lors de la désaiman- tation.

Une explication correspondante peut ^{être don-}

née aux cycles ^{II et} III. Les noyaux du ^tore IV

sont alors remplacés par des domaines plus ^éten- dus, aimantés dans le sens opposé ^{à HT *.}

A la température ambiante, ^{il est} impossible ^de

transformer un type ^de cycle ^{en un autre} type par

l’application ^d’un champ magnétique puissant.

Types ^de cycles après ^un traitement thermique

dans un champ alternatif.

Si après ^{la même} préparation, ^les tores sont soumis à un traitement

thermique ^{dans un} champ alternatif H ^*

Hm ^*

sin wt, ^le cycle d’hystérésis étranglé ^{initial ne se}

modifie _pas avec Hm ^* Hp ^{*. L’état initial stable} subsiste, ^{car les} parois ^{de Bloch ne sont} que légè-

rement (reversiblement) déplacées ^{lors du traite-}

(3) ^La position ^{de la} paroi ^de Bloch pour H > ^{0 ne}

doit pas être nécessairement identique ^{à la} position pour

H = 0.

250

ment thermique ^et la direction de l’aimantation

spontanée ^{reste la même} dans les domaines élémen- taires

à l’exception ^de légères ^rotations.

Une paroi qui ^modifie périodiquement ^sa posi-

tion dans le matériel ^ne peut pas être stabilisée et

ne peut ^par conséquent pas contribuer à un cycle d’hystérésis étranglé. ^{Le cas se} présente pour Hm ^* > Hp ^*

^{5 Oe. Si H,n * est} compris ^entre Hp ^{* et} 1,5 Hp ^{* on observe des} cycles symétriques qui représentent ^la superposition ^d’un cycle ^étran-

FIG. 3.

Cycles d’hystérésis obtenus par traitement thermique ^{dans un} champ alternatif Hm* ^{sin cot.}

En cas d’accroissement de Hm la contribution rectangulaire augmente ^aux dépens de la contribution étranglée.

glé ^{avec un} cycle rectangulaire (fig. 3). ^{Pour ces} cycles, ^la dispersion ^{de Hm * et de} Hp ^{* dans le tore} joue ^{un rôle} essentiel. Au delà de Hm ^*

² Hp ^* environ, ^{on observe des} cycles rectangulaires.

BIBLIOGRAPHIE

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[3] ^BOZORTH (R. M.), Conference on Magnetism ^and Magnetic Materials, Boston, 1956, p. 69, publ. :

American Inst. Electr. Engrs, 1957.

DISCUSSION

M. Kornetzki répond ^{au Dr Artman. - Nous}

n’avons pas mesuré la magnétostriction ^{de ces}

matériaux.

M. Brissonneau.

Je voudrais rappeler ^l’ana- logie ^{existant entre ces} phénomènes ^{et le} traînage magnétique de diffusion. En particulier, l’interpré-

tation des cycles étranglés permet d’expliquer

d’une façon ^très satisfaisante l’asymétrie ^des cycles

observés.

M. Kornetzki.

C’est tout à fait mon avis.