一種電流應(yīng)力退火制備靈敏高和線性區(qū)寬磁敏材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁敏材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種電流應(yīng)力退火制備靈敏高和線性區(qū)寬磁敏材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靈敏度和線性區(qū)是磁敏材料的兩項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，許多應(yīng)用場(chǎng)合都希望磁敏材料同時(shí)具備靈敏度高和線性區(qū)寬兩項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但是，現(xiàn)有磁敏材料一般不能兩者兼顧，靈敏度高的材料往往線性區(qū)很窄，而響應(yīng)區(qū)寬的卻往往靈敏度很低，并且不能保證在較寬的區(qū)間對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行線性的響應(yīng)。非晶和納米晶磁敏材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，人們通常采用納米晶化的方法來(lái)提高材料的磁敏特性，如FeCuNbSiB非晶合金在氮?dú)獗Ｗo(hù)下經(jīng)540 °C保溫I小時(shí)制得的納米晶合金(FINEMET)的磁阻抗效應(yīng)具有很高的靈敏度，但其線性響應(yīng)區(qū)間很窄。鑄態(tài)FeCoNbSiB非晶合金對(duì)磁場(chǎng)有較寬的響應(yīng)區(qū)間，但靈敏度不高，并且不能保證進(jìn)行線性響應(yīng)。專利:201110026317.9和201110028111.X公開了一種具有高靈敏度和寬線性區(qū)的磁敏材料制備方法，這兩項(xiàng)專利公開的新技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備高靈敏度和寬線性區(qū)兩項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)的目標(biāo)，但是所采用的技術(shù)要求在氧氣和水并存的環(huán)境中進(jìn)行退火，要求對(duì)材料表層的氧化程度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制，因此工藝要求比較高，控制比較困難，不易保證批量產(chǎn)品及不同批次產(chǎn)品之間的一致性，即進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的難度比較大。另外，現(xiàn)有溫度退火技術(shù)需要通過(guò)調(diào)控退火爐腔的方法來(lái)控制材料的退火溫度，存在耗能大和能源利用率低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電流應(yīng)力退火制備靈敏高和線性區(qū)寬磁敏材料的方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不便于工藝控制、耗能高的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種電流應(yīng)力退火制備靈敏高和線性區(qū)寬磁敏材料的方法，所述的電流應(yīng)力退火制備靈敏高和線性區(qū)寬磁敏材料的方法，在應(yīng)力作用和低于晶化電流的條件下對(duì)非晶材料進(jìn)行電流退火。
[0005]進(jìn)一步，對(duì)非晶材料進(jìn)行熱處理過(guò)程中，給被處理材料施加縱向張應(yīng)力，所施加張應(yīng)力為小于斷裂強(qiáng)度的任何應(yīng)力。
[0006]進(jìn)一步，熱處理的退火電流低于晶化退火電流5%?50% ;熱處理的退火電流優(yōu)選為低于晶化退火電流1 %?40 %，最佳為低于晶化退火電流15 %?30 % ;熱處理的持續(xù)時(shí)間為5分鐘?600分鐘，優(yōu)選為10分鐘?180分鐘，最佳為20分鐘?40分鐘。
[0007]進(jìn)一步，被退火材料的形狀為便于在熱處理中施加縱向應(yīng)力的絲、帶、膜形狀。
[0008]進(jìn)一步，被退火材料的組分為能制備成非晶合金，并且能在退火過(guò)程中通過(guò)應(yīng)力作用感生出具有寬線性靈敏磁敏特性的金屬、合金、半導(dǎo)體材料。
[0009]進(jìn)一步，該方法包括如下步驟:
[0010]步驟一、采用快淬法制備非晶材料；
[0011]步驟二、在應(yīng)力作用下對(duì)步驟一制得的非晶材料進(jìn)行退火，其退火電流為10A/mm2?60A/mm2，優(yōu)選為20A/mm2?50A/mm2，最佳為30A/mm2?40A/mm2，退火持續(xù)時(shí)間為5分鐘?600分鐘，優(yōu)選為10分鐘?60分鐘，最佳為20分鐘?40分鐘。
[0012]進(jìn)一步，步驟二中所述的保護(hù)氣體為退火過(guò)程能阻止被退火材料表面氧化的任何一種氣體，優(yōu)選為氮?dú)狻?br>[0013]進(jìn)一步，步驟二中所述的應(yīng)力作用的應(yīng)力值為10 MPa?900MPa，優(yōu)選為10MPa?700MPa，最佳為300MPa?500MPa，應(yīng)力作用時(shí)間為整個(gè)退火過(guò)程或其中一個(gè)退火階段。
[0014]進(jìn)一步，步驟二中退火環(huán)境溫度為(TC?40°C，優(yōu)選為10°C?30°C，最佳為15°C?20。。。
[0015]進(jìn)一步，步驟一具體包括:
[0016]步驟一、按目標(biāo)要求組分配置母料；
[0017]步驟二、按目標(biāo)要求制備不同形狀的非晶材料。
[0018]本發(fā)明與對(duì)比技術(shù)相比具有需控制參量少、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明只要求對(duì)退火電流和應(yīng)力兩個(gè)工藝參量進(jìn)行控制，對(duì)比技術(shù)要求在氧氣和水并存的環(huán)境中進(jìn)行退火，要求對(duì)材料表層的氧化程度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制，因此工藝要求比較高，控制比較困難，不易保證批量產(chǎn)品及不同批次產(chǎn)品之間的一致性。另外，由于本發(fā)明技術(shù)采用退火電流直接通過(guò)被處理材料，利用焦耳熱直接對(duì)材料進(jìn)行退火與對(duì)比技術(shù)相比，具有能源利用率高和處理時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)。對(duì)比技術(shù)是通過(guò)對(duì)退火腔體的溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)退火溫度的控制，這種技術(shù)，只有少部分能量被退火材料所吸收，為了維持退火腔體的溫度需要耗費(fèi)遠(yuǎn)大于被退火材料所吸收的能量，有90 %以上的能量被浪費(fèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的張應(yīng)力電流退火裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種張應(yīng)力電流退火裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2提供的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3提供的的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0024]圖6是本發(fā)明實(shí)施例4提供的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0025]圖7是用比較實(shí)施例1提供的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0026]圖8是用比較實(shí)施例2方法制得的樣品的巨磁阻抗曲線；
[0027]圖9是用比較實(shí)施例3方法制得的樣品的巨磁阻抗曲線；
[0028]圖10是用比較實(shí)施例4方法制得的樣品的巨磁阻抗曲線；
[0029]圖中:1、固定端底座;2、應(yīng)力傳感器;3、固定端下夾塊;4、固定端電極;5、固定端夾緊螺絲;6、固定端上夾塊;7、被退火材料;8、滑軌;9、滑動(dòng)端夾塊夾緊螺絲；10、滑動(dòng)端上夾快；U、滑動(dòng)端電極；12、滑動(dòng)端滑塊兼滑動(dòng)端下夾塊；13、應(yīng)力傳遞拉繩；14、滑輪；15、應(yīng)力垂;16、導(dǎo)線；17、電源;18、臺(tái)面;19、緩沖彈簧;20、緩沖滑塊;21、應(yīng)力發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0031]實(shí)施例1
[0032]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例1的磁敏材料:
[0033]1.母合金的選擇:母合金的組成按原子比包括73.5%原子比的Fe、l.0%原子比的Cu、3.0%原子比的Nb、13.5%原子比的Si和9.0%原子比的B。
[0034]2.利用包括以下子步驟的單輥快淬技術(shù)制備出本發(fā)明的非晶合金薄帶。
[0035](a)將按上述原子比組成的母合金放入軟化溫度高于1400°C的石英玻璃管中。
[0036](b)在氬氣保護(hù)下，用高頻感應(yīng)法加熱母合金，直至恪化，并繼續(xù)加熱至過(guò)熱。
[0037](C)通氣加壓使熔融合金從石英玻璃管底部噴嘴噴向高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥光滑表面，使熔融合金液冷卻成寬為I.1mm，厚為25μπι的非晶薄帶。
[0038]3.截取按步驟2制得的非晶薄帶，如圖1所示，用夾頭6、10分別夾住非晶薄帶7的兩頭。用導(dǎo)線16分別將電源17的正負(fù)輸出端與退火電極4和11聯(lián)接。通過(guò)懸掛應(yīng)力垂(砝碼)15由應(yīng)力傳感器2監(jiān)測(cè)給薄帶施加軸向應(yīng)力670MPa。調(diào)節(jié)電源17的電流調(diào)節(jié)旋鈕，使退火電流為1.2A持續(xù)10分鐘制得樣品。
[0039]圖3所示曲線為用上述方法制得樣品(截取20mm)在400kHz，1mA幅值交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)下獲得的縱向驅(qū)動(dòng)巨磁阻抗曲線。
[0040]測(cè)試結(jié)果，最大巨磁阻抗比為646%，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998的線性區(qū)間為10?800A/m，線性區(qū)間寬度為790A/m，靈敏度為61 % /Oe。
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例2的磁敏材料:
[0043]將實(shí)施例1中的應(yīng)力改變?yōu)?83MPa，其它操作同實(shí)施例1制得實(shí)施例2的磁敏材料。
[0044]圖4為實(shí)施例2樣品的縱向驅(qū)動(dòng)巨磁阻抗曲線。
[0045]測(cè)試結(jié)果，最大巨磁阻抗比為909%，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998的線性區(qū)間為70A/m?700A/m，線性區(qū)間寬度為630A/m，靈敏度為163 % /Oe。
[0046]實(shí)施例3
[0047]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例3的磁敏材料:
[0048]1.母合金的選擇:母合金的組成按原子比包括76%原子比的Fe、l.9%原子比的C、
5%原子比的P、7.6 %原子比的Si和9.5 %原子比的B。
[0049]2.利用包括以下子步驟的單輥快淬技術(shù)制備出本發(fā)明的非晶合金薄帶。
[0050](a)將按上述原子比組成的母合金放入軟化溫度高于1400°C的石英玻璃管中。
[0051](b)在氬氣保護(hù)下，用高頻感應(yīng)法加熱母合金，直至恪化，并繼續(xù)加熱至過(guò)熱。
[0052](C)通氣加壓使熔融合金從石英玻璃管底部噴嘴噴向高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥光滑表面，使熔融合金液冷卻成寬為0.33mm，厚為28μπι的非晶薄帶。
[0053]3.截取按步驟2制得的非晶薄帶，如圖2所示，用夾塊6和10分別夾住非晶薄帶7的兩頭，由應(yīng)力發(fā)生器(如步進(jìn)電機(jī))21通過(guò)應(yīng)力拉繩13及緩沖滑塊20和緩沖彈簧19將應(yīng)力作用與滑塊12，再由滑塊12與夾塊10組成的夾頭將應(yīng)力傳遞給被退火的非晶薄帶，形成施加在被退火的非晶薄帶的軸向應(yīng)力，應(yīng)力發(fā)生器21接收應(yīng)力傳感器2的信號(hào)將應(yīng)力維持在216MPa。用導(dǎo)線16分別將電源17的正負(fù)輸出端與退火電極4和11聯(lián)接，調(diào)節(jié)電源17的電流調(diào)節(jié)旋鈕，使退火電流為0.25A持續(xù)1分鐘制得樣品。
[0054]圖5所示曲線為用上述方法制得樣品(截取20mm)在300kHz，1mA幅值交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)下獲得的縱向驅(qū)動(dòng)巨磁阻抗曲線。
[0055]測(cè)試結(jié)果，最大巨磁阻抗比為935%，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998的線性區(qū)間為10A/m?680A/m，線性區(qū)間寬度為670A/m，靈敏度為102.6 % /Oe。
[0056]實(shí)施例4
[0057]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例4的磁敏材料:
[0058]將實(shí)施例3中的應(yīng)力改變?yōu)?07MPa其它操作同實(shí)施例3制得實(shí)施例4的磁敏材料。
[0059]圖6為實(shí)