磁感测瓷金材料的制作方法

本发明系关于一种磁感测瓷金材料，特别是一种能够于100～3000k之间能够做为磁性感测器使用之瓷金材料。

背景技术：

传统cementedcarbides为胶结碳化物，是一种由碳化物与金属组成的复合材料。碳化物硬度高，所以胶结碳化物硬度也高，利于工程使用。广泛应用在切削工具、矿产采掘、与军事武器的零件上。

传统胶结碳化物由两部份组成，一为强化相的碳化物，另一为胶结相的金属。强化相拥有高熔点、高韧性、以及良好抗磨耗等特性，金属胶结相拥有良好的导电、导热性之外，还有提供最重要的韧性，使复材不易脆裂。近年的研究，大多以wc与co系统硬质金属为基础，将强化相衍生出tic与tac等，胶结相衍生出mo，ni与fe等，并通称这些材料为「瓷金复材」(cermetcomposites)；传统hardmetals硬质金属以及瓷金复材，主要生产制程为烧结法，(即强化相维持固相，而胶结相可为固相或液相)，并且将胶结相进行「少量」的多元添加；然而，上述以传统烧结法制成的超硬合金需担心复材致密度问题，且制程相对较复杂，成本较高，复材的工作温度，因复材内含有铁钴镍成分的关系，所以也有其极限。

另外，由于传统的磁性理论中，越高温的环境下，其磁化率随温度上升而大量减小，故要将磁感测应用于高温的环境下，是非常困难的，然而，当本申请案以熔炼方式进行制备材料，所熔炼的材料的磁化率，在接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点之前，其磁化率与温度之间的关系会呈现线性变化，因此本申请案能够于高温环境下，做为磁性感测器使用，如此应为一最佳解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁感测瓷金材料，其制程简单，成本低廉，能于100～3000k之间能够做为磁性感测器，还能有效克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明公开了一种磁感测瓷金材料，该磁感测瓷金材料的组成为至少六种的碳化物材料与至少一种的耐火金属，其特征在于：所述碳化物选自于tic、vc、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该耐火金属为钨，且该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间，其磁精准度系为99.6～99.9％之间，故该磁感测瓷金材料适用于高温的磁性感测器使用。

其中，该磁感测瓷金材料的顺磁性到反磁性之间的转换点大于0。

其中，所述碳化物包含tic、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该磁感测瓷金材料工作超出2300k，该磁感测瓷金材料的顺磁性会转变为反磁性。

其中，所述碳化物包含tic、vc、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该磁感测瓷金材料工作超出2800k，该磁感测瓷金材料的顺磁性会转变为反磁性。

其中，该磁感测瓷金材料的磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点，其磁化率与温度之间的关系呈线性变化。

其中，该磁感测瓷金材料的顺磁居礼点大于铁磁居礼点。

由此，本发明能实现如下技术效果：

1.本发明以熔炼方式进行制备材料，所熔炼的材料的磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化，因此本申请案能够于高温环境下做为磁性感测器使用。

2.本发明有部分实施例于2000～3000k范围之间具有超导材料的特性，这是一般传统的亚铁磁材料所无法达成的。

3.本发明所熔炼的磁感测瓷金材料，其中顺磁居礼点系大于铁磁居礼点，而一般传统的亚铁磁材料的顺磁居礼点会小于铁磁居礼点，这也是明显跟传统的亚铁磁材料所不同之处。

4.本发明所熔炼的磁感测瓷金材料，其中c值为负的，而一般传统的亚铁磁材料的c值则是正的，这也是明显跟传统的亚铁磁材料所不同之处。

附图说明

图1：本发明磁感测瓷金材料的制备流程示意图。

图2a：本发明磁感测瓷金材料的第一实施的拟合比较结果示意图。

图2b：本发明磁感测瓷金材料的第二实施的拟合比较结果示意图。

图2c：本发明磁感测瓷金材料的第三实施的拟合比较结果示意图。

图2d：本发明磁感测瓷金材料的第四实施的拟合比较结果示意图。

图2e：本发明磁感测瓷金材料的第五实施的拟合比较结果示意图。

图2f：本发明磁感测瓷金材料的第六实施的拟合比较结果示意图。

图2g：本发明磁感测瓷金材料的第七实施的拟合比较结果示意图。

图2h：本发明磁感测瓷金材料的第八实施的拟合比较结果示意图。

图2i：本发明磁感测瓷金材料的第九实施的拟合比较结果示意图。

图3a：本发明磁感测瓷金材料的钨材料的磁化率与温度关系示意图。

图3b：本发明磁感测瓷金材料的第一实施的磁化率与温度关系示意图。

图3c：本发明磁感测瓷金材料的第五实施的磁化率与温度关系示意图。

具体实施方式

有关于本发明其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

请参阅图1，其制备方法如下：

(1)本发明是将碳化物粉末(tic、vc、zrc、hfc、wc、nbc、tac)充分混合后与钨金属块透过成份设计秤取所需重量，置于真空电弧熔炼炉的水冷铜模的凹槽中101；

(2)之后将真空电弧熔炼炉抽真空(将腔体压力抽至2.4×10^-2torr)后，通纯氩气(ar气体)使压力提升至8.0torr左右，并再度抽真空(抽至2.4×10^-2torr，此通ar气体再抽气的动作称为purge)，而上述动作反复数次后，最后通ar气体使腔体压力回到8.0torr并进行熔炼102；

(3)而熔炼完成后待试片冷却，将其翻面后再度熔炼，并反复此动作数次，以确保试片的均匀度，最后等待试片冷却后，使腔体压力回到1大气压，并取出所形成的磁感测瓷金材料试片103。

而本发明的实施例，其磁化率对温度的关系式为：

χ^-1＝tc^-1+χ0^-1-b(t-θp)^-1，其中χ系代表磁化率(magneticsusceptibility)，而c系代表「curie反磁系数」，而χ0系代表「pauli顺磁常数」，而b系代表「晶格反磁系数」，而t系代表「绝对温标」，而θp系代表「顺磁的居礼点」。

而本发明透过超导量子干涉元件(superconductingquantuminterferencedevice，简称squid)，于外加磁度强度为10000e的环境下进行量测磁场变化，并将实测结果与磁化率对温度的关系式进行拟合作业，而本发明中提出八种实施样态，并将磁化率对温度的关系式求解与软体模拟结果进行拟合，说明如下：

(1)第一实施(简称c7m1)：

成份为[(tic)(zrc)(hfc)(vc)(nbc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2a所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.975％。

(2)第二实施(tic)：

成份为[(zrc)(hfc)(vc)(nbc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含vc、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2b所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.975％。

(3)第三实施(-zrc)：

成份为[(tic)(hfc)(vc)(nbc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、hfc、wc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2c所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.98％。

(4)第四实施(-hfc)：

成份为[(tic)(zrc)(vc)(nbc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、zrc、wc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2d所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.854％。

(5)第五实施(-vc)：

成份为[(tic)(zrc)(hfc)(nbc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、zrc、hfc、wc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2e所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.692％。

(6)第六实施(-nbc)：

成份为[(tic)(zrc)(hfc)(vc)(tac)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、zrc、hfc、wc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2f所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.978％。

(7)第七实施(-tac)：

成份为[(tic)(zrc)(hfc)(vc)(nbc)(wc)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、zrc、hfc、wc、nbc，而该耐火金属系为钨，如图2g所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.95％。

(8)第八实施(-wc)：

成份为[(tic)(zrc)(hfc)(vc)(nbc)(tac)]0.6w0.4，其中该碳化物系包含tic、vc、zrc、hfc、nbc、tac，而该耐火金属系为钨，如图2h所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.95.％。

(9)第九实施(w)：

单纯使用钨成份于外加磁度强度为10000e的环境下进行量测磁场变化，如图2i所示，所取得的磁化率数据与拟合曲线关系的精准度为99.7.％。

由于前述的磁精准度皆是99％以上，因此能够将磁化率对温度的关系式，先令χ^-1等于零时解出，以得铁磁居礼点θf，再将此关系式微分，求得极值，之后再将关系式将温度范围放大至10000k，以预测复材高温的磁化趋势，而本发明更针对顺磁性到反磁性之间进行研究(转换点为-c/χ0)，说明如下：

(1)第一实施(c7m1)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，所取得的磁精准度为99.975％，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(2735k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(2)第二实施(-tic)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(10443k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(3)第三实施(-zrc)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(4521k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(4)第四实施(-hfc)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(4351k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(5)第五实施(-vc)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(2242k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(6)第六实施(-nbc)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(5860k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(7)第七实施(-tac)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(6180k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(8)第八实施(-wc)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(4201k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

(9)第九实施(w)：

于该磁感测瓷金材料工作于100～3000k之间时，当磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点(8609k)，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化。

而进一步将该磁感测瓷金材料的磁化率与温度的参数列如下表：

表1磁化率与温度的参数表

由表1中可知，磁感测瓷金材料的顺磁性到反磁性之间的转换点(-c/χ0)系大于0，而这一点由图3a中亦能够明显有发现到如此特征，但若是单纯的钨材料，其转换点(-c/χ0)将高达8609k，会超出钨材料的熔点，因此本发明特别将第一实施(c7m1)及第五实施(vc)挑选出来，由图3b可知，当该磁感测瓷金材料(c7m1)工作超出2735k，该磁感测瓷金材料的顺磁性会转变为反磁性，而由图3c可知，当该磁感测瓷金材料(-vc)工作超出2300k，该磁感测瓷金材料的顺磁性会转变为反磁性，因此当2000～3000k范围之间，第一实施(c7m1)及第五实施(-vc)将能够转变为反磁性，故有可能成为超导材料，而于2000～3000k范围之间具有超导材料的特性，这是一般传统的亚铁磁材料所无法达成的。

本发明所提供的磁感测瓷金材料，与其他习用技术相互比较时，其优点如下：

1.本发明以熔炼方式进行制备材料，所熔炼的材料的磁化率越接近于该顺磁性到反磁性之间的转换点，其磁化率与温度之间的关系会呈线性变化，因此本申请案能够于高温环境下做为磁性感测器使用。

2.本发明有部分实施例于2000～3000k范围之间具有超导材料的特性，这是一般传统的亚铁磁材料所无法达成的。

3.本发明所熔炼的磁感测瓷金材料，其中顺磁居礼点系大于铁磁居礼点，而一般传统的亚铁磁材料的顺磁居礼点会小于铁磁居礼点，这也是明显跟传统的亚铁磁材料所不同之处。

4.本发明所熔炼的磁感测瓷金材料，其中c值为负的，而一般传统的亚铁磁材料的c值则是正的，这也是明显跟传统的亚铁磁材料所不同之处。

本发明已透过上述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此一技术领域具有通常知识者，在了解本发明前述的技术特征及实施例，并在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求所界定者为准。