Fe基复合结构软磁合金薄带的GMI效应与交流磁化特性研究

发布时间：2017-08-20 20:06

  本文关键词：Fe基复合结构软磁合金薄带的GMI效应与交流磁化特性研究

  更多相关文章： 复合结构软磁合金薄带 GMI效应 化学沉积 磁控溅射 退火 磁导率

【摘要】：本文选取Fe67Co18Si11B4和Fe73.5CulNb3Si13.5B9两种铁基非晶软磁合金薄带为基底,采用磁控溅射Ni非晶磁性层和化学沉积NiP非晶磁性层两种不同工艺制备出3种复合结构软磁合金薄带,通过退火有效的改善了Fe73.5CulNb3Si13.5B9非晶软磁合金薄带和Fe73.5CulNb3Si13.5B9/NiP复合结构软磁薄带的磁学性能,系统考察了复合结构软磁合金薄带的结构变化对阻抗效应的影响以及其他方面动态交流磁化特性的影响。本文的主要研究内容如下:1.采用磁控溅射物理工艺在Fe67Co18Si11B4及Fe73.5CulNb3Si13.5B9非晶软磁合金薄带上溅射Ni非晶磁性层,制备复合结构薄带,用HP4294A阻抗分析仪测量样品阻抗值,分析溅射层厚度对薄带巨磁阻抗效应的影响;通过AFM表征设备观察薄带的微结构,分析薄带表面粗糙度对薄带GMI效应的影响。2.采用化学沉积方法在Fe73.5CulNb3Si13.5B9非晶软磁合金薄带上沉积NiP非晶磁性层,制备复合结构薄带。测量样品的阻抗效应、磁导率及薄带磁滞回线等动态磁性参数;分析沉积层厚度对薄带阻抗效应、磁导率、品质因数及磁滞回线的影响,通过AFM表征设备观察薄带的微结构变化。3.分别对Fe73.5CulNb3Si13.5B9非晶软磁合金淬态薄带及经化学沉积10分钟、沉积层厚度为1.5um的Fe73.5CulNb3Si13.5B9/NiP复合结构薄带进行退火,通过AFM样品形貌表征设备研究退火后样品的微结构的变化,分析应力变化对材料的阻抗效应和磁导率的影响。通过本文的研究,我们发现磁控溅射物理方法制备的Fe67Co18Si11B4/Ni复合结构软磁合金薄带,在溅射厚度为200nm,频率f=18.86MHz时取得最大阻抗值,为45.75%;相较于淬态合金阻抗值有一个数量级提升;特征频率fmax增大,提升到10MHz,提高了材料的应用频率。化学沉积NiP非晶磁性层的方法得到的Fe73.5CulNb3Si13.5B9/NiP复合结构软磁合金薄带,以化学沉积10分钟、沉积层厚度为1.5um的复合结构薄带阻抗值得到最大幅度的提升,在f=9.48MHz、Hex=-5.1Oe时获得12.9%的最大值;以化学沉积15分钟、沉积层厚度为2.25um的复合结构薄带,初始磁导率和品质因数提高幅度最大,最大值为μ(1kHz,0.05A/m)=2762,品质因数Q=36.8。退火工艺可以显著增强薄带的GMI效应,复合结构薄带GMI效应提高幅度更大,磁性能更加优异;最大阻抗值的频率也得到提高,为薄带在高频领域的应用提供了可能。论文通过物理和化学两种表面处理工艺,提高了非晶软磁材料的磁性能,对磁传感器的发展以及应用有一定的指导意义,有助于研制出具有更高阻抗比,优异交流磁化特性的复合结构材料来替代传统软磁材料,同时通过优化复合结构薄带制备工艺条件,为提供高阻抗、高磁导率、高品质因数磁性材料的研究打下基础。
【关键词】：复合结构软磁合金薄带 GMI效应 化学沉积 磁控溅射 退火 磁导率
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.271
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 铁基非晶软磁合金薄带概述9
• 1.2 巨磁阻抗效应概述9-10
• 1.3 GMI效应的影响因素10-14
• 1.3.1 趋肤效应对GMI效应的影响11
• 1.3.2 畴壁位移和磁畴转动对GMI效应的影响11-12
• 1.3.3 样品表面粗糙度对GMI效应的影响12
• 1.3.4 磁导率对GMI效应的影响12
• 1.3.5 驱动电流频率对GMI效应的影响12-13
• 1.3.6 外加直流磁场对GMI效应的影响13-14
• 1.3.7 几何尺寸对GMI效应的影响14
• 1.4 复合结构软磁合金薄带的发展及应用14-15
• 1.5 磁控溅射物理方法概述15-16
• 1.6 化学沉积技术概述16
• 1.7 本文研究的内容及其意义16-18
• 第二章 复合结构软磁合金薄膜制备方法及表征18-27
• 2.1 非晶软磁合金薄带的制备18-19
• 2.2 磁控溅射物理方法制备复合结构薄带工艺与设备19
• 2.3 化学沉积制备复合结构薄带工艺19-22
• 2.3.1 化学沉积技术原理20
• 2.3.2 化学沉积的工艺及配方20-22
• 2.4 真空退火22-23
• 2.5 磁性能测试装置23-25
• 2.5.1 HP4294A阻抗分析仪测量装置23-25
• 2.5.2 振动样品磁强计25
• 2.6 薄膜表征设备25-27
• 2.6.1 原子力显微镜26
• 2.6.2 X射线衍射分析仪26-27
• 第三章 基于磁控溅射的复合结构软磁合金薄带的磁性能研究27-36
• 3.1 Fe_(67)Co_(18)Si_(11)B_4/Ni复合结构薄带磁性能分析27-31
• 3.1.1 溅射层厚度对Fe_(67)Co_(18)Si_(11)B_4/Ni复合结构薄带阻抗效应的影响27-29
• 3.1.2 复合结构薄带Fe_(67)Co_(18)Si_(11)B_4/Ni的AFM表征29-31
• 3.2 Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/Ni复合结构薄带磁性能分析31-34
• 3.2.1 溅射层厚度对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/Ni复合结构薄带阻抗效应的影响31-33
• 3.2.2 复合结构薄带Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/Ni的AFM表征33-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第四章 基于化学沉积的复合结构软磁合金薄带磁性能研究36-49
• 4.1 化学沉积对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/NiP复合结构薄带磁性能的影响36-44
• 4.1.1 化学沉积对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/NiP薄带磁导率及品质因数的影响36-40
• 4.1.2 化学沉积对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/NiP薄带GMI效应的影响40-41
• 4.1.3 化学沉积对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/NiP复合结构薄带磁滞回线的影响41-43
• 4.1.4 化学沉积样品AFM表征43-44
• 4.2 退火对非晶软磁材料磁性能的影响44-48
• 4.2.1 退火对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶软磁薄带GMI效应的影响44-45
• 4.2.2 退火对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9/NiP复合结构薄带GMI效应的影响45
• 4.2.3 退火对非晶软磁合金及复合结构合金初始磁导率的影响45-47
• 4.2.4 退火样品AFM表征47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 总结49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-58
• 发表论文和科研情况说明58-59
• 致谢59-60

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1 记者 张Z，

本文编号：708590