專利名稱：巨磁阻抗材料的復(fù)合式焦耳處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料的制造方法領(lǐng)域，特別適用于制備具有磁場(chǎng)敏感特性的巨磁阻抗材料的復(fù)合式焦耳處理方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，巨磁阻抗材料是近年來發(fā)展起來的一種新型磁場(chǎng)敏感材料，其原理是利用材料的巨磁阻抗(GMI)效應(yīng)，即在導(dǎo)體中通以交流電流，導(dǎo)體的阻抗隨外磁場(chǎng)的變化發(fā)生敏感的變化，利用GMI效應(yīng)可以制成高靈敏度的磁敏材料，其磁場(chǎng)靈敏度可達(dá)到10-4奧斯特以上，并且響應(yīng)速度明顯高于MR材料、AMR材料和GMR材料(參見K.Mohri，T.Uchiyama，L P. Shen，Sensitive Micro Magnetic Sensor Family UtilizingMagneto-impedance and Stress-impedance Effects for IntelligentMeasurements and Controls. Sensors and Actuators A，2001，9185-90.)，因此成為目前的一個(gè)應(yīng)用研究熱點(diǎn)。衡量GMI材料性能的主要參數(shù)有最大阻抗變化率和磁場(chǎng)靈敏度。為了提高阻抗的變化率和磁場(chǎng)靈敏度，人們?cè)诓牧系某煞煮w系研究和后處理方法及工藝方面做了大量的工作，并進(jìn)行了深入的理論研究，結(jié)果表明(參見P.Ripka，L.Kraus，MagneticSensors and Magnetometer. MAArtech House，2001.350)，GMI材料應(yīng)同時(shí)具有高磁導(dǎo)率和橫向各向異性。對(duì)于非晶態(tài)合金，Co基非晶和特定成分Fe基非晶合金在納米晶化以后都具有很高磁導(dǎo)率，是理想的GMI候選材料。但是，由于非晶態(tài)合金在快速凝固過程中內(nèi)部殘留很大的內(nèi)應(yīng)力，并且內(nèi)應(yīng)力的分布是不均勻的，這種不均勻的內(nèi)應(yīng)力與磁致伸縮相互作用，導(dǎo)致材料的各項(xiàng)異性也是不均勻的，即各個(gè)不同的內(nèi)應(yīng)力區(qū)的各項(xiàng)異性方向是不同的。盡管非晶態(tài)合金在制備態(tài)具有不均勻的內(nèi)應(yīng)力分布，但材料的內(nèi)應(yīng)力是可以通過對(duì)材料的后處理來改變。等溫?zé)崽幚矸椒ㄊ浅Ｓ玫姆椒ㄖ?，非晶態(tài)合金經(jīng)過等溫退火后，消除了應(yīng)力的不均勻性，但同時(shí)也減小了材料的各項(xiàng)異性，不利于產(chǎn)生GMI效應(yīng)。直流電流焦耳處理是改變材料各項(xiàng)異性分布的另一種有效的方法，為了獲得較強(qiáng)的橫向各項(xiàng)異性，需要對(duì)材料進(jìn)行大電流密度的焦耳處理，這種處理方法的缺點(diǎn)是處理后的材料變脆，不利于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有提高巨磁阻抗性能，同時(shí)還保持材料原有韌性，并降低生產(chǎn)成本的巨磁阻抗材料的復(fù)合式焦耳處理方法。
根據(jù)上述目的，我們提出的技術(shù)方案的特征是將非晶態(tài)材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理后，再進(jìn)行短時(shí)間大電流密度焦耳處理，具體步驟是(1)長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理時(shí)，電流的上升時(shí)間為1-10秒；最大電流密度為5-23A/mm2，電流保持時(shí)間為8-120秒；電流從最大電流密度降為0的時(shí)間為0.01-1秒；(2)短時(shí)間大電流密度焦耳處理時(shí)，電流的上升時(shí)間為0.01-1秒；最大電流密度為26-45A/mm2，電流保持時(shí)間為1-60秒；電流從最大電流密度降為0的時(shí)間為0.001-0.1秒；(3)長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理和短時(shí)間大電流密度焦耳處理的時(shí)間間隔≥120秒。
本發(fā)明方法的其它特征還有是上述所指的巨磁阻抗材料是非晶態(tài)金屬薄帶，還可以是非晶金屬細(xì)絲。
我們采用的技術(shù)方案的工作原理是首先對(duì)材料施加長(zhǎng)時(shí)間的小電流密度焦耳處理，目的是通過結(jié)構(gòu)弛豫消除材料內(nèi)部不均勻的內(nèi)應(yīng)力，并感生出較小的橫向各項(xiàng)異性；然后對(duì)材料施加短時(shí)間的大電流密度焦耳處理，目的是使磁疇在縱向大電流產(chǎn)生的橫向磁場(chǎng)下一致轉(zhuǎn)向橫向，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的橫向各項(xiàng)異性，同時(shí)由于短時(shí)間焦耳處理的快速升溫和快速降溫效應(yīng)，在材料內(nèi)部感生的橫向各項(xiàng)異性由于快速降溫而被“凍結(jié)”。因此，經(jīng)第二段焦耳處理后的材料具有很強(qiáng)的橫向各項(xiàng)異性。
采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)為其優(yōu)化巨磁阻抗性能提高2倍以上，同時(shí)還保持材料原有韌性，在樣品處理過程中性能易于控制，而且處理時(shí)間較短，使產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用即使用成本降低30-50％，對(duì)穩(wěn)定批量的生產(chǎn)巨磁阻抗材料產(chǎn)品其效果更好。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例是針對(duì)非晶態(tài)合金薄帶進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，所用材料成分為Co71.8Fe4.9Nb0.8Si7.5B15，采用急冷方法噴制成非晶態(tài)薄帶，非晶薄帶的具體規(guī)格尺寸和處理方法的參數(shù)可見實(shí)施例的表1。與現(xiàn)有技術(shù)的性能對(duì)比見表2。在表2中編號(hào)為1-16為本發(fā)明方法所制備的樣品，編號(hào)為17-19為現(xiàn)有技術(shù)方法制備的樣品。在下述對(duì)比表中編號(hào)為17、18、19為對(duì)比材料，成分均為Co71.8Fe4.9Nb0.8Si7.5B15，其中編號(hào)為17樣品采用等溫退火方法制備，退火溫度為450℃，退火時(shí)間為30分鐘，在氬氣氛保護(hù)下進(jìn)行，退火后的樣品變得很脆，所以該樣品的使用條件較苛刻，使用范圍受到限制。編號(hào)為18的樣品是經(jīng)過電流密度為52A/mm2大電流密度焦耳處理后的樣品，盡管韌性比等溫退火樣品有所改善，但該樣品的最大阻抗變化率不到本發(fā)明方法處理樣品的最大阻抗變化率的1/2。再有編號(hào)為19的樣品是在80MPa應(yīng)力下經(jīng)過電流密度為45A/mm2焦耳處理后的樣品，該樣品的最大阻抗變化率僅為本發(fā)明方法處理樣品的最大阻抗變化率的1/3左右，韌性為本發(fā)明方法處理樣品的韌性的1/2左右。
表1本發(fā)明實(shí)施例非晶合金薄帶巨磁阻抗材料規(guī)格及處理工藝參數(shù)表

表2本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的樣品性能對(duì)比表

權(quán)利要求
1.一種巨磁阻抗材料的復(fù)合式焦耳處理方法，其特征是將非晶態(tài)材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理后，再進(jìn)行短時(shí)間大電流密度焦耳處理，其具體的步驟是(1)長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理時(shí)，電流的上升時(shí)間為1-10秒，最大電流密度為5-23A/mm2，電流保持時(shí)間為8-120秒，電流從最大電流密度降為0的時(shí)間為0.01-1秒；(2)短時(shí)間大電流密度焦耳處理時(shí)，電流的上升時(shí)間為0.01-1秒，最大電流密度為26-45A/mm2，電流保持時(shí)間為1-60秒，電流從最大電流密度降為0的時(shí)間為0.001-0.1秒；(3)長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理和短時(shí)間大電流密度焦耳處理的時(shí)間間隔≥120秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征是復(fù)合式焦耳處理的巨磁阻抗材料是非晶態(tài)金屬薄帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征是復(fù)合式焦耳處理的巨磁阻抗材料是非晶態(tài)金屬細(xì)絲。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能材料的制造方法領(lǐng)域，特別適用于制備巨磁阻抗材料的復(fù)合式焦耳處理方法。該方法第一步對(duì)巨磁阻抗材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間小電流密度焦耳處理，電流的上升時(shí)間為1－10秒，最大電流密度為5－23A/mm
文檔編號(hào)H01L43/10GK1553525SQ200310118469
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者周少雄, 李德仁, 盧志超, 陳孝文, 劉輝, 韓偉 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司, 鋼鐵研究總院