一種制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁敏材料的制備方法，尤其涉及一種制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法。
【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)。最近，有兩項(xiàng)新專(zhuān)利:201110026317.9和201110028111.X公開(kāi)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(zhuān)利公開(kāi)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法。
[0004]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0005]本發(fā)明具體為:在應(yīng)力作用和低于晶化溫度的條件下對(duì)非晶材料進(jìn)行熱處理，所述對(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應(yīng)力，所加應(yīng)力小于斷裂強(qiáng)度的任何應(yīng)力，對(duì)于同一組分材料，應(yīng)力增大，線性區(qū)增大，但靈敏度下降;所述熱處理的溫度低于晶化溫度50?150°C或低于晶化溫度80?100°C，熱處理的保溫時(shí)間為5?600分鐘、30?180分鐘或40?60分鐘。
[0006]進(jìn)一步，所述非晶材料形狀為絲、帶、膜、棒的一種，在熱處理過(guò)程中便于施加縱向應(yīng)力即可。所述所述非晶材料的組分為能制備成非晶合金，并能在退火過(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材料。
[0007]本發(fā)明制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法，包括如下步驟:
[0008](I)采用快淬法制備非晶材料；
[0009](2)在氣體保護(hù)和應(yīng)力作用下對(duì)步驟(I)制得的非晶材料進(jìn)行退火，其退火溫度為200?600 °C，退火溫度保持時(shí)間5?600分鐘。
[0010]具體地，其中步驟(2)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Ｆ渲胁襟E(2)中所述的應(yīng)力作用，其值為100?900MPa，應(yīng)力作用時(shí)間為整個(gè)退火過(guò)程，步驟(2)中的所述退火溫度為低于晶化溫度和高于非晶多形相變臨界溫度的一個(gè)區(qū)間，具體為300?500°C。步驟(2)中的所述退火溫度保持時(shí)間為10?7200秒、300 ?4800秒或 600 ?3600秒。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]本發(fā)明是一種制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)本發(fā)明提供的一種寬線性區(qū)高靈敏磁敏材料制備新方法，不同于現(xiàn)有制備磁敏材料的一般技術(shù)，利用本發(fā)明技術(shù)能夠制備出同時(shí)具備寬線性區(qū)和高靈敏度兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)的磁敏材料，而現(xiàn)有一般的磁敏材料制備技術(shù)制備的磁敏材料只能制備寬線性區(qū)和高靈敏兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)，不能同時(shí)具備這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0014](2)本發(fā)明提供的一種寬線性區(qū)高靈敏磁敏材料制備新方法，具有工藝簡(jiǎn)單，便于控制的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)與對(duì)比技術(shù)相比，需要控制的工藝參量少，并且是工藝過(guò)程中非消耗的穩(wěn)定參量。
[0015](3)采用本發(fā)明提供的一種寬線性區(qū)高靈敏磁敏材料制備新方法，具有便于對(duì)材料性能進(jìn)行調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)與對(duì)比技術(shù)相比，具有便于調(diào)控材料性能的優(yōu)點(diǎn):對(duì)比技術(shù)是通過(guò)提高熱處理溫度或成倍地延長(zhǎng)熱處理時(shí)間的方法來(lái)增加線性區(qū)寬度，而本發(fā)明技術(shù)只要增加應(yīng)力即可。
[0016](4)采用本發(fā)明提供的一種寬線性區(qū)高靈敏磁敏材料制備新技術(shù)，與對(duì)比技術(shù)相比，具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明技術(shù)所要求的熱處理溫度要比對(duì)比技術(shù)所需的熱處理溫度低數(shù)十度；另外，對(duì)比技術(shù)是通過(guò)提高熱處理溫度或成倍地延長(zhǎng)熱處理時(shí)間的方法來(lái)增加線性區(qū)寬度，而本發(fā)明技術(shù)只要增加應(yīng)力即可，無(wú)需提高處理溫度或增加熱處理時(shí)間。因此，本發(fā)明具有顯著的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
[0017](5)采用本發(fā)明提供的一種寬線性區(qū)高靈敏磁敏材料制備新技術(shù)，由于工藝簡(jiǎn)單，便于控制，因此要求的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低，且易于保證批量產(chǎn)品的一致性。所以，具有易于推廣，便于產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為張應(yīng)力低溫退火裝置的示意圖；
[0019]圖2為實(shí)施例1的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0020]圖3為實(shí)施例2的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0021 ]圖4為實(shí)施例3的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0022]圖5為實(shí)施例4的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0023]圖6為比較實(shí)施例1的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0024]圖7為比較實(shí)施例2的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0025]圖8為比較實(shí)施例3的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0026]圖9為比較實(shí)施例4的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0027]圖1中:1_保護(hù)氣體入口、2-第一絕熱密封圓盤(pán)、3-第一夾頭、4-支架、5-滑槽、6-第二夾頭、7-應(yīng)力絲、8-第二絕熱密封圓盤(pán)、9-應(yīng)力線及保護(hù)氣體引出孔、10-支架伸縮口、11-滑輪、12-砝碼、13-石英管、14-非晶材料、15-測(cè)溫?zé)犭娕肌?6-加熱絲。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0029]本發(fā)明具體為:在應(yīng)力作用和低于晶化溫度的條件下對(duì)非晶材料進(jìn)行熱處理，所述對(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應(yīng)力，所加應(yīng)力小于斷裂強(qiáng)度的任何應(yīng)力，對(duì)于同一組分材料，應(yīng)力增大，線性區(qū)增大，但靈敏度下降;所述熱處理的溫度低于晶化溫度50?150°C，優(yōu)選為低于晶化溫度80?100°C，熱處理的保溫時(shí)間為5?600分鐘，優(yōu)選為30?180分鐘，最佳為40?60分鐘。
[0030]進(jìn)一步，所述非晶材料形狀為絲、帶、膜、棒的一種，在熱處理過(guò)程中便于施加縱向應(yīng)力即可。所述所述非晶材料的組分為能制備成非晶合金，并能在退火過(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材料。
[0031 ]本發(fā)明制備靈敏度高和線性區(qū)寬磁敏材料的新方法，包括如下步驟:
[0032](I)采用快淬法制備非晶材料；
[0033](2)在氣體保護(hù)和應(yīng)力作用下對(duì)步驟(I)制得的非晶材料進(jìn)行退火，其退火溫度為200?600 °C，退火溫度保持時(shí)間5?600分鐘。
[0034]具體地，其中步驟(2)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)?。其中步驟(2)中所述的應(yīng)力作用，其值為100?900MPa，應(yīng)力作用時(shí)間為整個(gè)退火過(guò)程，步驟(2)中的所述退火溫度為低于晶化溫度和高于非晶多形相變臨界溫度的一個(gè)區(qū)間，具體為300?500°C。步驟(2)中的所述退火溫度保持時(shí)間為10?7200秒、300 ?4800秒或 600 ?3600秒。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例1的磁敏材料:
[0037]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、1.0%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。
[0038]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。
[0039](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。
[0040](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。
[0041](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。
[0042]3.截取按步驟(2)制得的非晶薄帶，如圖1所示，用夾頭3、6分別夾住非晶薄帶14的兩頭，通過(guò)砝碼12給薄帶施加軸向應(yīng)力670MPa，由氣嘴I通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，于450°C保溫I小時(shí)，然后隨爐降溫到室溫，制得樣品。
[0043]圖2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。
[0044]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。
[0045]實(shí)施例2
[0046]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例2的磁敏材料:
[0047]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。
[0048]圖3為實(shí)施例2樣品的縱向驅(qū)動(dòng)巨磁阻抗曲線。
[0049]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70?700A/m，線性區(qū)間寬度為630A/m，靈敏度為163 % /Oe。
[0050]實(shí)施例3
[0051 ]按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例3的磁敏材料:
[0052]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。