Academic literature on the topic 'Matériaux composites magnétiques'

Ce travail porte sur l'etude des proprietes magnetiques des magnetiques heterogenes. On entend par milieu heterogene (composite) tout milieu obtenu par l'association de plusieurs substances de nature differente. La connaissance du milieu composite s'appuie, d'une part sur la caracterisation du materiau par la mesure de la susceptibilite magnetique complexe et d'autre part sur la modelisation de ce milieu a l'aide d'outils mathematiques. Pour la caracterisation en regime quasi-statique, nous developpons plusieurs techniques de mesure, faible et large bandes adaptees a des echantillons de forme et de nature differentes (batonnets, disques, anneaux; solide ou liquide), toutes basees sur la methode du transformateur. Ces dispositifs de mesure, tres sensibles (methodes de la transition ferromagnetique/paramagnetique et de la bobine plate) ou a usage industriel (methode du pot magnetique) ou a tres large bande (methode du transformateur coaxial: 10 hz: 200 mhz) nous offrent un large eventail de moyens de caracterisation des materiaux magnetiques heterogenes dans le domaine des frequences basses et moyennes. La caracterisation hyperfrequence qui s'etend de 300 khz a 5 ghz, est realisee par une extension de la methode du transformateur coaxial precedemment citee. La limite frequentielle de validite du dispositif de mesure est discutee en fonction des dimensions de la cellule et de la nature du materiau a etudier. Il est montre que les materiaux magnetiques composites sont le siege d'effets demagnetisants qui leur apportent des avantages indiscutables, par rapport aux materiaux massifs (ferrites), sur le plan de la stabilite thermique et celui du comportement dynamique. La meilleure connaissance du milieu magnetique heterogene necessite sa modelisation. Il existe dans la litterature scientifique pres de 40 modeles mathematiques. Nous presentons deux d'entre eux: le modele de maxwell-garnett et celui de bruggeman. Les resultats experimentaux sont nettement en faveur du second

Les interactions paramétriques dans des matériaux actifs magnétoacoustiques de compositions et structures variées sont étudiées expérimentalement.
L'influence de la composition des ferrites poly-cristallines à base de nickel sur les sensibilités des vitesses acoustiques aux champs magnétiques DC et RF sont considérées. Un couplage magnéto-élastique maximum de 59% et une sensibilité au champ magnétique de la vitesse des ondes transversales de 100%/kOe ont été trouvées pour la composition Fe2,026Ni0,95Co0,024О4. En utilisation comme milieu actif pour conjugaison de phase paramétrique, cette composition a démontré un incrément d'amplification extraordinaire de 4.5 μs-1.
Une méthode impulsionnelle amplitude-phase (IAP) originale a été élaborée et appliquée à l'étude de la sensibilité paramétrique de matériaux actifs intéressants pour les perspectives possédant une faible impédance acoustique (≈9 MRa): composites à base de Terfenol-D et ferrites poreuses de nickel. Les sensibilités de la vitesse acoustique au champ magnétique AC trouvées étaient de 4.39%/kOe et 3.39%/kOe dans le composite et la ferrite poreuse respectivement.
Un nouveau phénomène paramétrique acoustique d'excitation de trois phonons liésa été observé dans les cristaux antiferromagnétiques de type “plan-facile” α-Fe2O3 sous pompage magnétique transversal AC. Les modes sous-critiques et super-critiques de ces excitations à trios phonons ont été étudiés par la méthode IAP et décrits théoriquement. La particularité du mode super-critique est la formation d'une singularité pour une durée de pompage finie. Cette singularité est stabilisée par la nonlinéarité intrinsèque du système de phonon.

Les interactions paramétriques dans des matériaux actifs magnétoacoustiques de compositions et structures variées sont étudiées expérimentalement. L’influence de la composition des ferrites poly-cristallines à base de nickel sur les sensibilités des vitesses acoustiques aux champs magnétiques DC et RF sont considérées. Un couplage magnéto-élastique maximum de 59% et une sensibilité au champ magnétique de la vitesse des ondes transversales de 100%/kOe ont été trouvées pour la composition Fe2,026Ni0,95Co0,024О4. En utilisation comme milieu actif pour conjugaison de phase paramétrique, cette composition a démontré un incrément d’amplification extraordinaire de 4. 5 μs-1. Une méthode impulsionnelle amplitude-phase (IAP) originale a été élaborée et appliquée à l’étude de la sensibilité paramétrique de matériaux actifs intéressants pour les perspectives possédant une faible impédance acoustique (≈9 MRa): composites à base de Terfenol-D et ferrites poreuses de nickel. Les sensibilités de la vitesse acoustique au champ magnétique AC trouvées étaient de 4. 39%/kOe et 3. 39%/kOe dans le composite et la ferrite poreuse respectivement. Un nouveau phénomène paramétrique acoustique d’excitation de trois phonons liés a été observé dans les cristaux antiferromagnétiques de type “plan-facile” α-Fe2O3 sous pompage magnétique transversal AC. Les modes sous-critiques et super-critiques de ces excitations à trois phonons ont été étudiés par la méthode IAP et décrits théoriquement. La particularité du mode super-critique est la formation d’une singularité pour une durée de pompage finie. Cette singularité est stabilisée par la nonlinéarité intrinsèque du système de phonon
Parametric interaction in active magnetoacoustic materials of various composition and structures is studied experimentally. Influence of composition of nickel-based polycrystalline ferrite on sensitivity of sound velocities to DC and RF magnetic field is considered. Maximum magnetoelastic coupling 59% and magnetic sensitivity of shear wave velocity 100%/kOe were found for composition Fe2,026Ni0,95Co0,024О4. In the testing as an active medium for parametric wave phase conjugation this composition demonstrated extraordinary gain increment 4. 5 μs-1. Original amplitude-phase pulse (APP) method was elaborated and applied for studies of parametric sensitivity of perspective active materials with low (≈9 MRa) acoustic impedance: Terfenol-D based composite and porous nickel ferrite. Sensitivity of sound velocity to AC magnetic field is found as 4. 39%/kOe and 3. 39%/kOe in the composite and porous ferrite respectively. The new parametric acoustic phenomenon of three-phonon bound excitation is observed in “easy plane” antiferromagnetic crystal α-Fe2O3 under transversal AC magnetic pumping. Sub-threshold and supercritical modes of the three-phonon excitations were studied by the APP method and described theoretically. The specific feature of the supercritical mode is forming of singularity in a finite pumping duration. Singularity is stabilized by intrinsic nonlinearity in the phonon system

Cette thèse définit des améliorations et propose de nouveaux concepts dans le domaine des matériaux magnétiques hyperfréquences en utilisant une approche plurielle de la perméabilité dynamique. Le développement de microfils ferromagnétiques gainés de verre nanocristallisés à base de fer a permis d'obtenir, pour la première fois, une réponse magnétique significative jusqu'à 4 GHz à 350°C. La conception et la mesure d'un nouveau matériau magnétique artificiel associant des motifs inductifs en cuivre et un matériau ferromagnétique ont montré la possibilité d'obtenir une réponse hyperfréquence significative sur une large bande jusqu'au GHz. Enfin, une approche mécanique de la perméabilité, a mis en évidence les possibilités offertes par des systèmes combinant matériaux magnétiques et éléments mécaniques. Ceci a conduit à la définition d'un concept d'inducteur vibrant sous champ magnétique dont les résultats en termes de gain par rapport aux inducteurs classiques sont très prometteurs
This thesis concerns the development of new concepts in the microwave's magnetic materials field. Based on a multiple approach of the dynamic permeability, several attempts have been carried out. On the one hand, the study of nanocrystallized ferromagnetic glass-coated microwires has led, for the first time, to significant permeability levels up to 4 GHz at 350°C. On the other hand, a new type of metamaterial made of ferromagnetic core combined with copper helices has exhibited a large band microwave permeability. Eventually, the analysis of the magnetic response of magnets as part of mechanical systems has evidenced the concept of vibrating inductor in a magnetic field. This new technology seems to offer great potential gains

Les matériaux magnétiques composites doux sont utilisés pour réaliser des circuits magnétiques de machines électriques. Ils sont formés de particules de fer revêtues d'une mince couche de diélectrique et pressées à haute densité. La conception des machines électriques à l'aide de ces matériaux requiert la connaissance de méthodes de caractérisation de leurs propriétés électriques et magnétiques. L'optimisation des propriétés magnétiques des matériaux composites nécessite la compréhension des phénomènes se produisant à l'échelle microscopique et de leur influence sur la caractéristique d'aimantation à l'échelle macroscopique. Des méthodes de caractérisation adaptées aux matériaux magnétiques composites sont développées dans cette thèse : elles concernent la mesure de la caractéristique d'aimantation, de la résistivité et des pertes magnétiques. L'utilisation de ces méthodes démontre que l'inhomogénéité et l'anisotropie des propriétés des circuits magnétiques faits de matériaux magnétiques composites, considérées comme relativement négligeables dans les travaux publiés jusqu'à présent, sont suffisamment importantes pour influencer le développement du matériau, le dimensionnement des machines électriques et les tests de qualité en production. Un modèle permettant de relier la caractéristique d'aimantation à la structure des matériaux magnétiques composites et aux propriétés des constituants est proposé. Ce modèle est basé sur la simulation en calcul des champs de l'écoulement du flux magnétique à travers la structure microscopique du matériau et il permet de retrouver la caractéristique d'aimantation à l'échelle du circuit magnétique. Les relations obtenues démontrent un couplage significatif entre les propriétés globales, comme la perméabilité maximale, et certaines grandeurs à l'échelle microscopique, comme l'épaisseur du revêtement des particules de fer. Les modèles et les méthodes de caractérisation proposés peuvent ainsi être efficacement utilisés pour l'optimisation des dimensions des machines faites de matériaux magnétiques composites ainsi que pour l'optimisation des propriétés de ces matériaux en vue d'applications spécifiques.

Cette thèse porte sur l'élaboration de nanocomposites anisotropes à base de nanofils de cobalt/polymères pour la fabrication d'aimants permanents qui ne contiennent pas de terres rares et l'optimisation des propriétés magnétiques de ces matériaux composites. La préparation de nanofils de cobalt mono-domaines (R~6-10 nm et L~250-350 nm) a été réalisée par voie thermique conventionnelle et par voie micro-onde. Des films de composites Co/polymère alignés ont été élaborés avec de très bonnes propriétés magnétiques (μ0Hc=0.75T, Mr/Ms=0.92). Le (BH)max est de 160 kJ/m3 qui est dans la gamme des aimants SmCo (BHmax~ 120-200 kJ/m3). Les techniques de diffusion de neutrons et de rayons-X aux petits angles (DNPA et DXPA) ont été utilisées pour la caractérisation des dispersions et des systèmes anisotropes. Les fils dans le chloroforme sont mieux dispersés par rapport aux autres solvants et forment des agrégats moins gros. Pour les films de composites, l'agrégation des nanofils est relativement plus dense dans le polystyrène que dans le poly(vinyl pyrrolidone). La qualité de l'alignement est proportionnelle à l'amplitude du champ appliqué même pour des champs très élevés. Cependant, un meilleur alignement ne conduit pas automatiquement à une meilleure coercivité. Les interactions entre des nanofils ont été caractérisées par Henkel plots. Les valeurs de ΔM sont faibles (ΔM<-0.2). En outre, la DNPA polarisée a permis de suivre le renversement magnétique à l'échelle nanométrique. Le champ coercitif Hc est défini par le renversement global de gros paquets de fils. Au-delà de Hc, il n'y a plus que des processus de retournements de fils individuels. Afin d'optimiser le Hc, l'optimisation de la microstructure (organisation des fils) est plus importante que l'optimisation des propriétés des fils individuels.

Les procedes de depots en couche epaisses, que l'on retrouve dans la mise en uvre des systemes de communications et de detections, sont a l'origine de l'interet croissant pour les materiaux magnetiques composites. Ces materiaux sont obtenus par melange, en proportions variables, d'une ou plusieurs poudres magnetiques choisies en fonction de leurs proprietes originales et de poudres non magnetiques. Ce travail, qui est une etude fondamentale des proprietes magnetiques des materiaux composites, a pour but la modelisation de leur susceptibilite magnetique en champ faible. Le modele que nous proposons pour decrire les proprietes magnetiques de ces materiaux composites est issu, comme la majorite des lois de melanges, d'une theorie de champ moyen. L'interet de ce modele est de presenter une forme analytique compacte qui ne fait intervenir qu'un nombre restreint de parametres dont le sens physique a ete defini dans cette etude. Le premier parametre est la susceptibilite intrinseque x#i, liee aux proprietes magnetiques des constituants du melange. L'etude experimentale, menee sur les composites a base de poudre de ferrites, a permis de montrer le caractere principalement rotationnel de l'aimantation dans les materiaux composites. Le second parametre intervenant dans notre modele est le coefficient effectif de forme n, lie au caractere disperse de la matiere. Il tient compte de maniere globale de l'ensemble des interactions qui dependent a la fois de la forme des particules et de leurs arrangements sous forme d'agregats. Les resultats experimentaux, obtenus sur des poudres de natures differentes, ont permis de valider l'aptitude du modele a predire les comportements de la susceptibilite magnetique des materiaux composites, aussi bien dans le domaine statique que dans celui des hyperfrequences.

L'effet magnétoélectrique (ME) est la modification de la polarisation électrique par l'application d'un champ magnétique (effet ME direct), ou bien la modification de l'aimantation magnétique par l'action d'un champ électrique (effet ME inverse).L'utilisation de matériaux composites permet de reproduire de manière extrinsèque cet effet. Le couplage mécanique entre des matériaux magnétostrictifs et piézoélectriques fournit un effet ME extrinsèque plus important à température ambiante que celui fournit intrinsèquement. Nous avons dégagé (théoriquement et expérimentalement) différentes caractéristiques de matériaux nécessaires à l'obtention d'un effet ME important et justifé l'utilisation de ferrite et de PZT dans les composites ME. Nous expliquons dans cette thèse, les méthodes de fabrications des différentes géométries de composites étudiées (empilement de couches ou bien inclusions d'une phase dans l'autre). En particulier, l'utilisation du frittage non conventionnel par Spark Plasma Sintering, pour améliorer le couplage mécanique y est abordée. En nous focalisant sur la géométrie en multicouche, nous avons montré l'importance de facteurs tels que le champ démagnétisant ou encore la symétrie de la structure. Nous présentons un prototype de capteur de courant utilisable en génie électrique. Nous en avons montré sa bonne linéarité et sensibilité, mais aussi ses défauts en terme de bande passante
The magnetoelctric (ME) response consists in the modification of the electric polarization by an applied magnetic field (direct effect) or the modification of the magnetic polarization by an applied electric field (inverse effect). Intrinsic multiferroics are rather uncommon and the effect is often weak at room temperature. An alternative route to achieve ME effect, consists in using magnetostrictive and piezoelectric materials and coupling the two phases by mechanical stress. We draw (theoretically and experimentally) some material characteristics to achieve an importantME effect, which justify the use of ferrite and PZT. We describe the production process of the two studied connectivity schemes (stack of layers or inclusion of a phase in another). We focus on the sintering by Spark Plasma Sintering as a potential improvement of the mecanical bonding. We devoted a part of our work on multilayer composite and showed the importance of some factors such as the demagnetizing effect or the symmetry of the structure. We introduce a current sensor prototype suitable for electrical engineering application. We showed its good linearity and sensitivity but also some effects of its bandwidth

On présente différentes avancées sur l'élaboration, la compréhension et l'ingénierie des propriétés magnétiques statiques et dynamiques de fils ferromagnétiques amorphes gainés de verre. Une étude paramétrique approfondie du procédé d'élaboration a été réalisée. Cela a conduit à la maîtrise des caractéristiques géométriques des fils. Cette connaissance du procédé a permis de proposer les évolutions nécessaires à la mise en place d'une installation de production en continu. L'anisotropie magnétique de ces fils est principalement due à des effets magnéto-élastiques. Cela a été mis en évidence à travers le rôle de la composition et de l'état de contrainte du cœur ferromagnétique sur les propriétés magnétiques statiques des fils. Grâce à la compréhension de leurs propriétés magnétiques statiques, des voies d'ingénierie des propriétés magnétiques dynamiques des fils ont été proposées. Leurs spectres de perméabilité ont été décrits par un modèle de gyromagnétisme associé à de l'effet de peau
Advances in the elaboration, understanding and engineering of the static and dynamic magnetic properties of amorphous glass-coated ferromagnetic microwires are presented. The control of the geometric characteristics of the microwires has been obtained through a careful parametric elaboration process study. That led to propose innovative modifications of the production apparatus to reach a continuous process. The magnetic anisotropy of these wires is mainly due to a magneto-elastic behavior. This has been evidenced through the experimental demonstration of the effects of the alloy composition and of the stress state of the ferromagnetic core on the static magnetic properties. Microwave properties of the ferromagnetic microwires were studied through their permeability spectra. They were described using a gyromagnetic model taking into account skin effect. The understanding of their static magnetic properties led to the engineering of the dynamic properties of the ferromagnetic microwires