К модели поцепочного намагничивания гранулированной среды: вариант магнитной диагностики цепочек шаров

Кроме информации о магнитных параметрах неоднородных, в частности гранулированных, магнетиков, обычно изучаемых в рамках модели квазисплошной среды, не меньший интерес представляет получение информации с позиций модели, когда объект изучения – характерные элементы неоднородного магнетика. Согласно хорошо зарекомендовавшей себя модели избирательного намагничивания гранулированной среды такими элементами, из которых состоит эта среда, являются цепочки гранул – прямые и извилистые, всегда проявляющие себя в направлении ее намагничивания. Они выполняют функцию про-водников-каналов генерируемого магнитного потока сквозь гранулированную среду, вследствие чего она представляет собой своеобразный разветвленный «жгут» проводников-каналов. Для любой же из цепочек гранул, например, гранул-шаров радиусом R концептуально значимыми являются магнитные параметры ее условных сердцевин радиусом r ≤ R. Эти параметры, прежде всего, магнитная проницаемость квазисплошных сердцевин и магнитная индукция в них, для разных (по r) сердцевин вариабельны, что требует соответствующей магнитной диагностики. Для выяснения магнитных параметров условных сердцевин цепочки гранул-шаров как физически самодостаточного элемента гранулированной среды (т.е. в соответствии с моделью поцепочного намагничивания такой среды), измерительные датчики магнитного потока в сердцевине практично выполнять в виде круговых датчиков, окружающих точку контакта гранул-шаров, но не традиционных петель из провода, а контуров на тонких печатных платах с посадочными отверстиями, помещаемых между смежными шарами. На основании полученных данных магнитного потока в разных по радиусу r сердцевинах (r/R = 0.2−0.9) цепочки шаров радиусом R = 20 мм определены значения магнитной индукции B в них, а также их магнитной проницаемости μ при намагничивании цепочки в соленоиде полем напряженностью от 4.8 до 54.5 кА/м. Показано, что при формальном утолщении сердцевин значения Bи μ снижаются ввиду уменьшения объема ферромагнетика в сердцевине, а для предельной сердцевины (r/R → 1), т.е. для цепочки в целом они ожидаемо соответствуют значениям B и μ для полишаровой среды-засыпки. 

1. Mishima F., Terada T., Akiyama Y., Izumi Y., Okazaki H., Nishijima S. Research and development of superconducting magnetic separation system for powdered products. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;18(2):824−827. https://doi.org/10.1109/TASC.2008.920830

2. Eskandarpour A., Iwai K., Asai S. Superconducting magnetic filter: Performance, recovery, and design. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;19(2):84−95. https://doi.org/10.1109/TASC.2009.2014567

3. Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., Wahl А., Carle F., Brown E. Effective magnetic susceptibility of suspensions of ferromagnetic particles. Journal of Applied Physics. 2018;124(12):123901. https://doi.org/10.1063/1.5041750

4. Birčáková Z., Kollár P., Weidenfeller B., Füzer J., Fáberová M., Bureš R. Reversible and irreversible DC magnetization processes in the frame of magnetic, thermal and electrical properties of Fe-based composite materials. Journal of Alloys and Compounds. 2015;645:283−289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.121

5. Kollár P., Birčáková Z., Vojtek V., Füzer J., Bureš R., Fáberová M. Dependence of demagnetizing fields in Fe-based composite materials on magnetic particle size and the resin content. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015;388:76−81. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.04.008

6. Strečková M., Füzer J., Kobera L., Brus J., Fáberová M., Bureš R., Kollár P., Lauda M., Medvecký L., Girman V., Hadraba H., Bat’kova M., Bat’ko I. A comprehensive study of soft magnetic materials based on FeSi spheres and polymeric resin modified by silica nanorods. Materials Chemistry and Physics. 2014;147(3):649−660. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.06.004

7. Kanhe N.S., Kumar A., Yusuf S.M., Nawale A.B., Gaikwad S.S., Raut S.A., Bhoraskar S.V., Wu S.Y., Das A.K., Mathe V.L. Investigation of structural and magnetic properties of thermal plasma-synthesized Fe1-хNiх alloy nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds. 2016;663:30−40. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.190

8. Pal S.K., Bahadur D. Shape controlled synthesis of iron–cobalt alloy magnetic nanoparticles using soft template method. Materials Letters. 2010;64(10):1127−1129. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.01.086

9. Moore R.L. Development and test of concentration scaled demagnetization in effective media theories of magnetic composites. Journal of Applied Physics. 2019;125(8):085101. https://doi.org/10.1063/1.5053791

10. Périgo E.A., Weidenfeller B., Kollár P., Füzer J. Past, present, and future of soft magnetic composites. Applied Physics Reviews. 2018;5(3):031301. https://doi.org/10.1063/1.5027045

11. Moore R.L. Development of a volume fraction scaling function for demagnetization factors in effective media theories of magnetic composites. AIP Advances. 2019;9(3):035107. https://doi.org/10.1063/1.5078736

12. Nakamura T., Tsutaoka T., Hatakeyama K. Frequency dispersion of permeability in ferrite composite materials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1994;138(3):319−328. https://doi.org/10.1016/0304-8853(94)90054-X

13. Сандуляк А.В. Магнитно-фильтрационная очист-ка жидкостей и газов. М.: Химия; 1988. 136 с. URL: https://dlib.rsl.ru/viewer/01001440011#?page=136

14. Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Ершова В.А. К вопро-су о модели поканального намагничивания гранулированной среды (с радиальным профилем проницаемости квазисплошного канала). Журнал технической физики. 2009;79(5):140−142.

15. Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Ершова В.А. Кривая намагничивания гранулированной среды с позиций модели поканального намагничивания (новый подход). Доклады Академии наук. 2007;413(4):469−471.

16. Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Ershova V.A., Sandulyak A.V. Ferrous Material Fill: Magnetization Channels, Layer-by-Layer and Average Permeability, Element-to-Element Field. In book: Analysis and Modelling of Advanced Structures and Smart Systems. 2017;81:191−210. https://doi.org/10.1007/978-981-10-6895-9_9

17. Сандуляк А.В., Горпиненко Ю.О., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А. Магнитный поток и индукция в сердцевинах намагничиваемых цепочек шаров. Международный научно-исследовательский журнал. 2020;96(6−1):96−110. https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.017

18. Горпиненко Ю.О., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А., Харин А.С. Устройство для измерения магнитного поля: Патент RU 2737024. Заявка No 2020116795. Дата публикации 24.11.2020.