專利名稱:強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置及觀測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種運用磁力顯微鏡觀測強(qiáng)磁材料塊體動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)的觀測裝置及觀測方法。
背景技術(shù)：
目前，在高科技領(lǐng)域迫切需要運用高性能磁性材料來使得器件的設(shè)計更加簡單和快捷，同時也迫切需要了解作為其核心器件中所應(yīng)用的磁性材料在各種服役狀態(tài)下的微磁結(jié)構(gòu)，以有助于判斷材料的使用壽命和所適應(yīng)的環(huán)境條件。
磁力顯微鏡(MFM, Magnetic force microscopy)具有高的橫向分辨率和易操作性，其使用試樣制備較簡單，被廣泛用于表征磁性材料的微磁結(jié)構(gòu)。其主要原理是通過磁性針尖和試樣表面的雜散磁場發(fā)生相互作用，給出表面磁疇，精細(xì)疇結(jié)構(gòu)，疇壁及其微結(jié)構(gòu)的信息。磁力顯微鏡表征過程中的一個至關(guān)重要的問題是微磁結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確測量。在進(jìn)行測量時，磁探針不應(yīng)該干擾或改變試樣表面的微磁結(jié)構(gòu)，同樣地，試樣表面的雜散磁場也不應(yīng)該使磁探針的狀態(tài)如磁化方向和微磁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
對于強(qiáng)磁材料塊體，如釹鐵硼,釤鈷等材料來說,熱退磁態(tài)試樣表面的雜散磁場很大，極易改變磁探針的磁化狀態(tài)，進(jìn)而無法得到真正的試樣微磁結(jié)構(gòu)。研究中發(fā)現(xiàn)，對于強(qiáng)磁材料，可以用高矯頑力的磁探針來表征熱退磁態(tài)試樣的靜態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。可是作為磁路磁源的強(qiáng)磁材料塊體均是帶磁的，即材料具有很強(qiáng)的表面退磁場。這時僅采用高矯頑力磁探針并不能觀測到試樣的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。一旦塊體試樣充磁后處于剩磁態(tài)或部分退磁態(tài)時，由于退磁場的存在，必將在試樣四周形成磁閉合回路。而磁力顯微鏡探測的是試樣表面的磁場，因而形成閉合回路的磁場也必將被探測到，且這種強(qiáng)的磁場會改變磁探針的狀態(tài)，因此無法得到試樣的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種運用磁力顯微鏡觀測強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)的觀測裝置及觀測方法，解決了觀測強(qiáng)磁材料動態(tài)的剩磁態(tài)或退磁態(tài)的技術(shù)難題。在本發(fā)明提出以前，還沒有文獻(xiàn)公開能夠運用磁力顯微鏡直接觀測強(qiáng)磁性材料的剩磁態(tài)微磁結(jié)構(gòu)的裝置或方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)其目的，本發(fā)明的一方面是提供一種強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置，包括磁力顯微鏡，其特點在于所述觀測裝置是由軟磁材料構(gòu)成的長方體組成，在長方體上設(shè)置有凹形槽，強(qiáng)磁材料試樣設(shè)置在凹形槽中。本發(fā)明的另一方面是提供一種強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測方法，其特點在于，首先制作強(qiáng)磁材料試樣，將強(qiáng)磁材料試樣的表面進(jìn)行磨拋處理，將試樣進(jìn)行飽和充磁或者經(jīng)過部分退磁處理，然后將試樣放置于強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置凹形槽中，強(qiáng)磁材料試樣尺寸與凹形槽尺寸相匹配，使試樣的上表面與觀測裝置凹形槽的上表面處于同一水平面上，采用磁力顯微鏡對試樣的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測。
本發(fā)明所述的強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置是由高飽和磁化強(qiáng)度及高導(dǎo)磁率的軟磁材料構(gòu)成；本發(fā)明所述的強(qiáng)磁材料為釹鐵硼，釤鈷，鐵氧體，鋁鎳鈷，鐵鉻鈷中的一種或幾種。
本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明通過采用軟磁材料所構(gòu)成的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置，成功地運用磁力顯微鏡觀測到強(qiáng)磁材料塊體的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。在運用磁力顯微鏡觀測強(qiáng)磁性材料塊體時，不僅可以觀測熱退磁態(tài)的動態(tài)情形，而且還可以觀測剩磁態(tài)以及部分退磁態(tài)的微磁結(jié)構(gòu)演變狀態(tài)。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方法簡便可行，觀測到的結(jié)果真實，有助于研究人員分析判斷材料的使用壽命和所適應(yīng)的環(huán)境條件。


圖1為本發(fā)明觀測裝置的使用結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為采用本發(fā)明的方法觀測到的其中一種強(qiáng)磁材料的微磁結(jié)構(gòu)；
圖3為采用本發(fā)明的方法觀測到的另一種強(qiáng)磁材料的微磁結(jié)構(gòu)；
圖4為采用本發(fā)明的方法觀測到的又一種強(qiáng)磁材料的微磁結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖以及示例性實施例，進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的設(shè)計思想以及形成機(jī)理，以使本發(fā)明的技術(shù)解決方案更加清楚。
強(qiáng)磁性材料塊體作為磁場源為磁路提供磁能,具有一定磁性的試樣表面的雜散磁場很大，極易改變磁探針的磁化狀態(tài)，進(jìn)而無法得到真正的試樣微磁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是根據(jù)磁力線總是優(yōu)先沿著導(dǎo)磁率高的路徑閉合的物理原理，將觀測試樣放置于觀測強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)裝置中進(jìn)行觀測。由于觀測裝置所采用的軟磁材料導(dǎo)磁率大約是空氣的幾千倍甚至上萬倍，所以觀測試樣四周的磁力線會沿著觀測裝置的側(cè)面和底部進(jìn)行閉合，而觀測試樣上表面即觀測面的閉合磁場小到可以忽略不計。此時，運用磁力顯微鏡即可觀測到強(qiáng)磁材料塊體真實的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。尤其對于具有各向異性大塊強(qiáng)磁材料試樣的觀測，其動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)具有研究分析的重要意義。本發(fā)明將充磁磁化或部分退磁后的強(qiáng)磁材料待測試樣I放置于觀測裝置2中，使得待測試樣的磁力線通過觀測裝置進(jìn)行閉合，試樣觀測面上方的閉合磁場很小，再運用磁力顯微鏡觀測其微磁結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置是由軟磁材料為高飽和磁化強(qiáng)度及高導(dǎo)磁率軟磁材料所構(gòu)成。觀測裝置的結(jié)構(gòu)為長方體，在長方體上設(shè)置有凹形槽，試樣設(shè)置在觀測裝置的凹形槽中。
本發(fā)明的強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測方法首先是制作強(qiáng)磁材料塊體試樣，將強(qiáng)磁材料塊體試樣的表面進(jìn)行磨拋處理至鏡面，將所述強(qiáng)磁材料塊體試樣進(jìn)行飽和充磁或者經(jīng)過部分退磁處理，然后將所述強(qiáng)磁材料塊體試樣放置在所述動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置中的凹形槽中，使強(qiáng)磁材料塊體試樣的上表面與凹形槽上表面在同一水平面上，最后采用磁力顯微鏡觀測強(qiáng)磁材料塊體的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所采用的軟磁材料包括純鐵，鐵鎳合金，鐵鈷合金，非晶軟磁中的一種或幾種；待觀測的強(qiáng)磁材料為釹鐵硼，釤鈷，鐵氧體，鋁鎳鈷，鐵鉻鈷等其它強(qiáng)磁材料。本發(fā)明的觀測裝置并不限于長方體，還可以為桶形或其它形狀。[0019]實施例1
參照圖1，制作強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置。采用純鐵或鐵鎳合金或鐵鈷合金或非晶軟磁中的一種或幾種作為軟磁材料，制作觀測裝置的長方體1，在長方體I中設(shè)置有可放置強(qiáng)磁材料試樣的凹形槽，所制作的強(qiáng)磁材料試樣2的尺寸與凹形槽的尺寸相匹配，強(qiáng)磁材料試樣I的上表面與觀測裝置凹形槽的上表面在同一水平面上，然后采用磁力顯微鏡觀測強(qiáng)磁材料的微磁結(jié)構(gòu)。
實施例2本實施例通過實驗室條件下的試樣制備而成。
本實施例以高性能各向異性釹鐵硼燒結(jié)磁體為觀測對象，先切割出一個與觀測裝置凹形槽相符合的長方體作為測試試樣，長方體的寬為取向方向，依次采用400 # — 1200#砂紙逐級打磨長方體的上表面，再拋光處理試樣觀測面至鏡面；將所述試樣進(jìn)行飽和充磁處理，然后將上述經(jīng)處理的長方體試樣放置在觀測裝置中，使強(qiáng)磁材料試樣的上表面與觀測裝置凹形槽的上表面在同一水平面上，最后運用磁力顯微鏡成功觀測到了各向異性釹鐵硼剩磁態(tài)試樣的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。如圖2所示。為研究人員分析判斷材料的使用壽命提供了理論基礎(chǔ)。
實施例3
選擇強(qiáng)磁材料為衫鈷永磁,在衫鈷永磁強(qiáng)磁材料中切割出一個長方體作為待測試樣，觀測面為長方體的上表面；采用400 #實施例4
為了得到部分退磁的釹鐵硼試樣，將實施例2的剩磁態(tài)試樣再次經(jīng)過270° CX4h的溫度退磁處理，由于釹鐵硼材料的居里溫度在320° C以上，所以經(jīng)過270° C退磁的試樣還具有較強(qiáng)的磁性。同樣采用上述觀測方法，依然清晰真實地揭示出它的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)，如圖4所示。使研究人員在研究強(qiáng)磁材料所適應(yīng)的環(huán)境條件時有了進(jìn)一步的理論根據(jù)。
實施例5
本發(fā)明還對釹鐵硼和釤鈷，鐵氧體和鋁鎳鈷，或者鐵鉻鈷強(qiáng)磁材料進(jìn)行了試驗，從上述材料中切割出與觀測裝置凹形槽相符合的長方體作為測試試樣，采用400 # — 1200#砂紙逐級分別打磨各長方體的上表面，再對其進(jìn)行拋光處理至鏡面；同樣對所述各試樣進(jìn)行飽和充磁或者經(jīng)過部分退磁處理；然后將上述處理過的各長方體待測試樣依次鑲嵌在實施例1的強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置中，使強(qiáng)磁材料試樣的上表面與觀測裝置凹形槽的上表面在同一水平面上，如附圖1所示；最后運用磁力顯微鏡依次觀測長方體試樣的微磁結(jié)構(gòu)。均可觀測到各強(qiáng)磁材料的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的觀測裝置和觀測方法，解決了本發(fā)明之前無法觀測到強(qiáng)磁材料的動態(tài)剩磁態(tài)或退磁態(tài)的真實動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)的技術(shù)難題。為科研人員分析判斷強(qiáng)磁材料的使用壽命和所適應(yīng)的環(huán)境條件提供了理論依據(jù)。
盡管本發(fā)明已對其優(yōu)選實施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明的上述實施例僅為示例性實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計原理采取其它實施方式，在不脫離本發(fā)明設(shè)計思想的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形和修改，這些變化均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置，包括磁力顯微鏡，其特征在于，所述觀測裝置是由軟磁材料構(gòu)成的長方體組成，所述長方體上設(shè)置有凹形槽，所述強(qiáng)磁材料試樣設(shè)置在所述凹形槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述觀測裝置，其特征在于，所述軟磁材料為高飽和磁化強(qiáng)度及高導(dǎo)磁率軟磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述觀測裝置，其特征在于，所述軟磁材料為純鐵，鐵鎳合金，鐵鈷合金，非晶軟磁中的一種或幾種。
4.一種強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測方法，采用磁力顯微鏡，其特征在于，制作強(qiáng)磁材料試樣，將所述試樣的表面進(jìn)行磨拋處理，將所述試樣進(jìn)行飽和充磁或者經(jīng)過部分退磁處理，然后將所述試樣放置于強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置凹形槽中，對所述試樣的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述觀測方法，其特征在于，所述強(qiáng)磁材料試樣尺寸與凹形槽尺寸相匹配，且所述試樣的上表面與凹形槽的上表面處于同一水平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述觀測方法，其特征在于所述強(qiáng)磁材料為釹鐵硼，釤鈷，鐵氧體，鋁鎳鈷，鐵鉻鈷中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述觀測方法，其特征在于所述磨拋處理指用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，再進(jìn)行拋光處理至鏡面。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置及觀測方法，本發(fā)明運用磁力顯微鏡，根據(jù)磁力線總是優(yōu)先沿著導(dǎo)磁率高的路徑閉合的物理原理，將充磁或部分退磁后的待測試樣放置于強(qiáng)磁材料動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)觀測裝置中，使待測試樣的磁力線通過裝置進(jìn)行閉合，再運用磁力顯微鏡觀測其微磁結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的觀測裝置由高飽和磁化強(qiáng)度及高導(dǎo)磁率軟磁材料構(gòu)成，觀測裝置中設(shè)置有凹形槽，所述試樣設(shè)置在觀測裝置的凹形槽中，通過磁力顯微鏡可觀測強(qiáng)磁材料試樣真實的動態(tài)微磁結(jié)構(gòu)；本發(fā)明簡便、切實可行，可檢測磁性材料在各種服役狀態(tài)后的微磁結(jié)構(gòu)，有助于判斷材料的使用壽命和所適應(yīng)的環(huán)境條件。
文檔編號G01Q60/50GKCN103091513SQ201310022669
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月21日
發(fā)明者方以坤, 李衛(wèi), 孫威, 朱明剛, 郭朝暉, 潘偉 申請人:鋼鐵研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan