Estudo do desenvolvimento de materiais nanocristalinos : magnetismo e estrutura

Neste trabalho são realizados estudos de diversas propriedades magnéticas e estruturais no processo de desenvolvimento da microestrutura nanocristalina formada a partir de uma liga amorfa de composição Fe73.5CU1Nb3Si13.5B9.Após tratamentos térmicos específicos, formam-se cristais nanométricos imersos em uma matriz amorfa, que são os responsáveis pelas excelentes propriedades magnéticas que esses materiais apresentam. O processo de cristalização é analisado utilizando as seguintes técnicas: Espectroscopía Mõssbauer, difração de raios-x, relaxação da permeabilidade magnética, magnetostrição, curvas de histerese, permeabilidade inicial, campo de pinning e temperatura de Curie. É verificado que a formação dos cristais nanométricos influencia drasticamente os graus de liberdade dos defeitos presentes na estrutura amorfa, ocorrendo um quase completo desaparecimento do fenômeno de relaxação magnética nesses materiais. Tal fato pode ser verificado separando a contribuição das duas componentes estruturais, utilizando os resultados obtidos através de Espectroscopía Mõssbauer. A análise dos espectros Mõssbauer fornece ainda a evolução composicional e a estrutura dos cristais formados. Tais resultados, em conjunto com os dados obtidos das linhas de difração de raios-x, fornecem uma visão completa da microestrutura desses novos materiais. Através das medidas magnéticas macroscópicas comprovam-se as excelentes propriedades magnéticas dos materiais nanocristalinos. Dessas investigações é verificado que o estado nanocristalino final é dependente do grau de desordem topológica da fita amorfa inicial. Para um estudo mais sistemático desse efeito, são desenvolvidas técnicas indiretas para a caracterização da estrutura amorfa. Como resultado final, é verificado que a permeabilidade do material nanocristalino depende fortemente da taxa de resfriamento na qual a amostra amorfa foi produzidaIn this work, several magnetic and structural investigations have been performed during the development of a nanocrystalline state from an amorphous ribbon of nominal composition Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9. After specific thermal treatments, the material consist on nanometer sized crystallites embedded in an amorphous matrix, which are responsible for the excellent magnetic properties achieved. The crystallization process is analyzed using the following techniques: Mõssbauer spectroscopy, x-ray diffraction, magnetic aftereffect, hysteresis loops, initial permeability , pinning field, magnetostriction, Curie temperature. It is observed that the formation of the nanocrystals influences drastically the degree of freedom of the defects present in the amorphous phase, occurring an almost complete suppression of relaxation effects in these materials. This fact can be verified separating the contribution of the two structural phases using the results obtained from Mossbauer spectroscopy. The analysis of Mõssbauer spectra gives also information about compositional evolution and structure of the crystal1ine grains. This results, in addition with data extracted from x-ray diffraction, offer a complete view of the microstructure of these new materials. From macroscopic magnetic measurements the excellent soft magnetic properties are verified. It is observed that the final nanocrystal1ine state is dependent on the degree of topological disorder of the initial amorphous ribbons. In order to perform a systematic study concerning this point, several methods to characterize the amorphous structure are developed. As a final result it is observed that the magnetic permeability is highly dependent on the quenching rate at which the amorphous ribbons are produce