Oblique Domänen von SiFe unter rotierender Magnetisierung mit Gleichfeldbeeinflussung

Abstract

Für die Untersuchung wichtiger Materialeigenschaften technischer Transformatoren, insbesondere Magnetostriktion (MS), hat die Kenntnis über das Verhalten magnetischer Domänen hohe Relevanz, vor allem wegen der weltweit steigenden Bedeutung der magnetostriktivbedingten Geräuschentwicklung. Ziel dieser Arbeit war es, die Beobachtung und die Interpretation magnetischer Domänen unter rotierender Magnetisierung (RM) unter Berücksichtigung von Gleichfeldbeeinflussung zu ermöglichen.<br />Zu diesem Zweck wurde ein modernes laserbehandeltes, hochkornorientiertes (HGO - highly grain oriented) Material untersucht, das hohe industrielle Relevanz besitzt.<br />Die Beobachtung der magnetischen Domänen wurde mithilfe des magnetooptischen Kerreffekts (MOKE) realisiert. Zur Sichtbarmachung der magnetischen Domänen war es nötig, die Probe chemisch zu polieren und zu bedampfen. Die Magnetisierung der Messproben wurde anhand des so genannten Rotational Single Sheet Testers (RSST) durchgeführt. Er ist eine Messeinrichtung, die ein genaues Flussdichtemuster simuliert, bei sehr guter Unterstützung der transversalen Richtung (TD - transverse direction) und besonders der harten Richtung (HD - hard direction) des Materials.<br />Im Gegensatz zu anderen Arbeiten wurde hier ein polykristallines Material verwendet, bei dem ein besonderer Wert auf die Auswirkung von Gleich¬feld-effekten auf die Domänenrekonfiguration gelegt wurde. Es wurden Messungen mit zusätzlicher Gleichfeldeinprägung sowohl in der leichten Richtung (RD - rolling direction) als auch in der normalen Richtung (ND - normal direction) durchgeführt. Aus anderen Arbeiten war a priori bekannt, dass Gleichfelder eine Steigerung der Verluste, der Vibrationen und der Geräusche erbringen.<br />Hier wurde nun ein Versuch unternommen, für nähere Interpretationen grundlegende Analysen der bei RM ohne bzw. mit Zusatzfeld auftretenden Domänenumstrukturierungen vorzunehmen. Die einzelnen Kristallite zeigten sehr unterschiedliches Verhalten. Deshalb erfolgte die Entwicklung einer statistischen Methode. Sie beruht auf den Flächenanteilen der so genannten Bar-Domänen (BDs) und jenen der obliquen Domänen (ODs), sowie des Sättigungsanteils (S). Dabei wurde über eine größere Anzahl von Kristalliten gemittelt. Als wesentliche Erkenntnis zeigte sich, dass trotz sinusförmiger Wechsel-magnetisierungskomponenten die Umformungen von BDs in ODs nach komplexen Zeitverläufen geschieht - insbesondere im Fall von zusätzlichem Gleichfeld. Als industriell relevantes Resultat sind verstärkte Harmonische der Magnetostriktion und die damit verbundenen Verstärkungen der physiologischen Geräuschempfindung zu erwarten.<br />

For the investigation of important properties of materials for technical transformer cores, such as magnetostriction (MS), knowledge of the behavior of magnetic domains have high relevance, especially due to the worldwide increased significance of audible noise. The aim of the present work was the observation and the interpretation of magnetic domains under rotational magnetization (RM) considering various parameters. For that purpose, a modern laser scribed highly grain oriented (HGO) material was studied, that exhibits a distinct relevance for the industry.<br />The observation of the magnetic domains was realized on the basis of the magneto-optical Kerr effect (MOKE). For the visualization of the magnetic domains, it was necessary to perform chemical polishing and evaporation of the sample. It was magnetized by means of the so called Rotational Single Sheet Tester (RSST). It is a device, which simulates magnetization patterns of the induction vector with very high accuracy and with very good support of the transverse direction (TD) and especially of the hard direction (HD) of the material. In contrast to other works a polycrystalline material was used and emphasis was put on the impact of DC-effects on the domain reconstructions. Measurements with additional DC-field in the rolling direction (RD) as well as in the normal direction (ND) were performed. As well known, if DC-Bias is superimposed, an increase of the losses, the vibrations and the audible noise can be observed. In the present work, attempts were made to study the corresponding basic mechanisms on the level of domain reconstructions. The focus was put on the explanation of the magnetostriction (MS), comparing the case of pure AC magnetization with that of additional DC-field under rotational magnetization. Individual crystallites showed very different behavior.<br />Thus a novel statistic method was developed. It is based on the computing of the instantaneous area ratios of bar domains (BDs), oblique domains (ODs) and saturation (S), for averaging over several crystallites. As a significant finding, the reconstruction of BDs into ODs exhibits complex course of time despite of sinusoidal AC magnetizing components - in particular in the case of additional DC-bias. As a relevant result for the industry, enhanced harmonics of MS are to be expected - and thus increased audible noise, considering the physiological characteristics of the human ear.<br />