一种复合磁性材料及其制备方法与用途
【专利摘要】本发明是一种复合磁性材料，该材料为层状复合材料，其表层与底层均为Fe38.9Co40Si9B9Nb2.6Cu0.5含硬磁相的纳米晶合金薄片，中间层为Fe38.2Co40Si9B9Nb2.6Cu1.2纳米晶合金薄片，层与层之间采用纳米磁粉粘结胶粘结而成；粘结时表层和底层的剩磁方向同向平行；所述的表层与底层是采用Fe38.9Co40Si9B9Nb2.6Cu0.5非晶合金薄片制得，所述的中间层是采用Fe38.2Co40Si9B9Nb2.6Cu1.2非晶合金薄片制得。本发明还提供了前述复合磁性材料的制备方法与用途。该复合材料对近0微弱磁场响应敏感，其方向识别能力强，能同时满足高工作频率、高工作温度以及节能降耗型的磁性传感器探头铁芯使用。
【专利说明】一种复合磁性材料及其制备方法与用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合磁性材料，特别是一种复合磁性材料，本发明还涉及该复合磁性材料的制备方法与用途。
【背景技术】
[0002]近年来，由于信息产业(尤其是计算机、工业自动化和航天工业)的高速发展，急切需要高灵敏、快响应、微型化、且具有良好温度稳定性等性能的磁性传感器。目前的微型磁传感器:半导体霍尔(Hall)元件，磁阻(MR)元件，磁通门(FGS)传感器，巨磁阻(GMR)传感器等都难以适应市场的需求；然而，近来巨磁阻抗(GMI)传感器的出现缓解了这一矛盾。GMI传感器的灵敏度在目前已有的磁性传感器中是最高的，是唯一一种能同时做成高灵敏、微尺寸、快响应、无磁滞、频带宽的传感器。
[0003]GMI传感器是利用Fe基、FeCo基非晶、纳米晶合金的GMI效应制成的。所谓GMI效应是指，当一个小的交变电流通过软磁性材料时，软磁性材料在外加直流磁场的作用下其交流复阻抗发生显著变化的现象。目前，FeNbCuSiB纳米晶软磁合金(Finemet)是用作GMI传感器较多的Fe基合金材料之一，主要原因是Finemet软磁合金的基体晶粒通过其基体晶粒间的非晶介质可以产生很强的耦合作用，这种耦合作用使Finemet软磁合金在低频工作条件下表现出优异的软磁性能。然而，随着工作频率的升高，Finemet合金的初始磁导率将快速下降，随同还表现出铁损的急剧上升；另外，当其工作环境温度大于300°C时，其磁导率快速衰减，不利于高温环境中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的复合磁性材料，该复合材料对近O微弱磁场响应敏感，方向识别能力强，能同时满足高工作频率、高工作温度以及节能降耗型的磁性传感器探头铁芯使用。
[0005]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种复合磁性材料，其特点是:该材料为层状复合材料，其表层与底层均为Fe38.9C04(lSi9B9Nb2.6Cua5含硬磁相的纳米晶合金薄片，中间层为Fe38.2Co4QSi9B9Nb2.6CUl.2纳米晶合金薄片，层与层之间采用纳米磁粉粘结胶粘结而成；粘结时表层和底层的剩磁方向同向平行；
所述的Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6CuQ.5含硬磁相的纳米晶合金薄片是采用Fe38.9Co40Si9B9Nb2.6Cu0.5非晶合金薄片在氩气保护下沿轴向加3000A/m磁场在565°C退火30分钟制得；
所述的Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2纳米晶合金薄片是采用Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2非晶合金薄片在氩气保护下在465°C退火30分钟制得；
所述的纳米磁粉粘结胶采用以下方法制得:将Fe3a2Co40Si9B9Nb2 SCu1 2非晶合金薄片经粉碎后用球磨机研磨成球状粉末，且40nm〈球状粉末粒径〈100 nm, 465°C退火30分钟，后与环氧树脂胶按1: (7-9)的质量比混合搅拌均匀制得。[0006]以上是本发明的技术方案一。
[0007]本发明所述的环氧树脂胶可以为现有技术中公开或者市售的任何一种环氧树脂胶，例为:产品名称为400度单组份高温结构胶，产品型号:HR-8777 ;或者产品名称1300度单组份高温胶，产品型号:HR-8787，生产厂家为东莞市汇瑞胶业有限公司，地址:东莞市长安镇上沙管理区。
[0008]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明还提供了一种复合磁性材料，其特点是:该复合磁性材料前述技术方案一所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过技术方案一所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片，在每层Fe38.2Co4(lSi9B9Nb2.J5Cu1^纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。[0009]以上的本发明的技术方案二。
[0010]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明还提供了另一种复合磁性材料，其特点是:该复合磁性材料以技术方案二所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过技术方案一所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片，在每层Fe38.2Co4(lSi9B9Nb2.J5Cu1^纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
[0011]以上是本发明的技术方案三。
[0012]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明还提供了另一种复合磁性材料，其特点是:该复合磁性材料以技术方案三所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过技术方案一所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片，在每层Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
[0013]以上是本发明的技术方案四。
[0014]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明还公开了一种如技术方案一所述的复合磁性材料的制备方法，其特点是，其步骤是:在表层下表面、底层上表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，在中间层的上、下表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，三者同时自然干燥15-35分钟，将中间层的下表面对准底层抹胶的上表面平行均匀粘置于底层上，再将表层抹胶的下表面且使表层、底层的剩磁方向同向平行后对准中间层上表面再平行均匀粘置于中间层上，加温到90-120°C并保持2个小时后，自然冷却至室温，即得。
[0015]本发明的技术方案二、三和四所术的复合磁性材料的制备方法可以参照上述技术方案一复合磁性材料的制备方法进行制备。
[0016]本发明所述的复合磁性材料或者如本发明所述方法制得的复合磁性材料可以用来制备磁性传感器探头铁芯。也可以用于制作变压器、互感器的铁芯。
[0017]本发明所述的复合磁性材料的主材料可以为三层(技术方案一)，也可以为7层(技术方案二)、11层(技术方案三)、15层(技术方案四)。技术方案一的复合磁性材料在用作传感器铁芯时，与平行放置它的螺线管共同构成一个等效阻抗元件，底层和表层的剩磁场作用在中间层的软磁性薄带上，结果使等效元件的线性区域中心平移到O磁场处，这一结果将使等效元件的阻抗变化率曲线与外加磁场的关系呈现出线性变化。所以，当使用7层、11层、15层构成相应的等效元件，其中含硬磁相Fe38.9Co4QSi9B9Nb2.6Cua5的作用与三明治结构铁芯中的相同，实验结果显示，具有相同的效果。
[0018]与现有技术相比，本发明复合材料对近O微弱磁场响应敏感，其方向识别能力强，能同时满足高工作频率、高工作温度以及节能降耗型的磁性传感器探头铁芯使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明技术方案一复合磁性材料的一种结构示意图；
图2是使用本发明技术方案一复合磁性材料的传感器探头测得的巨磁阻抗曲线图；
图3是本发明技术方案一复合磁性材料的传感器的输出电压与外加磁场的关系曲线
图；
图4为由1层材料单独制成的磁性传感器探头的磁阻抗曲线图；
图5为由2层材料单独制成的磁性传感器探头的磁阻抗曲线图。
【具体实施方式】
[0020]以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
[0021 ] 实施例1, 一种复合磁性材料，该材料为层状复合材料，其表层与底层均为Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6CuQ.5含硬磁相的纳米晶合金薄片，中间层为Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片，层与层之间采用纳米磁粉粘结胶粘结而成；粘结时表层和底层的剩磁方向同向平行；
所述的Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6CuQ.5含硬磁相的纳米晶合金薄片是采用Fe38.9Co40Si9B9Nb2.6Cu0.5非晶合金薄片在氩气保护下沿轴向加3000A/m磁场在565°C退火30分钟制得；
所述的Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2纳米晶合金薄片是采用Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2非晶合金薄片在氩气保护下在465°C退火30分钟制得；
所述的纳米磁粉粘结胶采用以下方法制得:将Fe3a2Co40Si9B9Nb2 SCu1 2非晶合金薄片经粉碎后用球磨机研磨成球状粉末，且40nm〈球状粉末粒径〈100 nm, 465°C退火30分钟，后与环氧树脂胶剂按1: 9的质量比混合搅拌均匀制得。
[0022]实施例2，一种复合磁性材料，在制备纳米磁粉粘结胶采用以下方法:将Fe38.2Co40Si9B9Nb2.6CuL2非晶合金薄片经粉碎后用球磨机研磨成球状粉末，且40nm〈球状粉末粒径〈100 nm，465°C退火30分钟，后与环氧树脂胶剂按1: 7的质量比混合搅拌均匀制得。其余与实施例1相同。
[0023]实施例3，一种如实施例1或2所述的复合磁性材料的制备方法，其步骤是:在表层下表面、底层上表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，在中间层的上、下表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，三者同时自然干燥15分钟，将中间层的下表面对准底层抹胶的上表面平行均匀粘置于底层上，再将表层抹胶的下表面且使表层、底层的剩磁方向同向平行后对准中间层上表面再平行均匀粘置于中间层上，加温到90°C并保持2个小时后，自然冷却至室温，即得。
[0024]实施例4，一种如实施例1或2所述的复合磁性材料的制备方法，其步骤是:在表层下表面、底层上表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，在中间层的上、下表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，三者同时自然干燥35分钟，将中间层的下表面对准底层抹胶的上表面平行均匀粘置于底层上，再将表层抹胶的下表面且使表层、底层的剩磁方向同向平行后对准中间层上表面再平行均匀粘置于中间层上，加温到120°C并保持2个小时后，自然冷却至室温，即得。
[0025]实施例5，一种如实施例1或2所述的复合磁性材料的制备方法，其步骤是:在表层下表面、底层上表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，在中间层的上、下表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，三者同时自然干燥25分钟，将中间层的下表面对准底层抹胶的上表面平行均匀粘置于底层上，再将表层抹胶的下表面且使表层、底层的剩磁方向同向平行后对准中间层上表面再平行均匀粘置于中间层上，加温到105°C并保持2个小时后，自然冷却至室温，即得。
[0026]实施例6，用实施例1所述的复合磁性材料制作磁性传感器探头铁芯。将铁芯平行放置于螺线管内即可制得磁性传感器的探头。测量时磁性传感器的探头与其螺线管构成一个等效元件。图2是磁性传感器探头的磁阻抗曲线图。测量时由驱动极1输入频率5MHz、幅值10 mA的交变驱动电流，由测量极2提取测量电流得到磁阻抗曲线。图3是磁性传感器的输出电压与外加磁场的关系曲线图。从图3可见,在-400A/m到300A/m外加磁场变化范围内，传感器的输出电压与外加磁场呈现出线性关系，灵敏度为7.96Mv/A/m，线性最大误差仅为0.75%,当外加磁场方向与底层、表层的剩磁方向同向时输出电压为正值,反向时输出电压为负值，表明传感器的输出电压对外加磁场的方向具备良好的选择性。具有十分明显的优势。
[0027]由图2与图4、图5分别比较明显可见，用I层材料或2层材料单独制成的铁芯分别由于灵敏度太低而不具备实际应用价值。图4为由I层材料单独制成的磁性传感器探头测得的磁阻抗曲线。测量结果表明:在-1600A/m到1600A/m外加磁场变化范围内，虽然样品探头磁阻抗随外加磁场变化而变化，但灵敏度只有0.003%/A/m,显然没有实用价值。图5为由2层材料单独制成的磁性传感器探头测得的磁阻抗曲线。采用相同的测量方法，结果表明:在-1600A/m到1600A/m外加磁场变化范围内，样品探头磁阻抗随外加磁场变化呈现关于O磁场对称变化，且不同区段灵敏度有很大差异，并在近O磁场附近区域有盲点，即在750-1460A/m磁场幅值内阻抗随外加磁场变化虽呈线性变化，但灵敏度在0.003%/A/m到
0.83%/A/m之间；在40-750A/m磁场幅值内灵敏度在0.83%/A/m ;在-40_40A/m磁场区间灵敏度接近于O。因此，也不具备实用价值。
[0028]实施例7，一种复合磁性材料，该复合磁性材料以实施例1所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过实施例1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片，在每层Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
[0029]实施例8，一种复合磁性材料，该复合磁性材料以实施例7所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过实施例1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片，在每层Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
[0030]实施例9，一种复合磁性材料，该复合磁性材料以实施例8所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过实施例1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 6Cu! 2纳米晶合金薄片，在每层Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还`设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
【权利要求】
1.一种复合磁性材料，其特征在于:该材料为层状复合材料，其表层与底层均为Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6CuQ.5含硬磁相的纳米晶合金薄片，中间层为Fei2Co4ciSi9B9Nt^6Cuh2纳米晶合金薄片，层与层之间采用纳米磁粉粘结胶粘结而成；粘结时表层和底层的剩磁方向同向平行； 所述的Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2.6CuQ.5含硬磁相的纳米晶合金薄片是采用Fe38.9Co40Si9B9Nb2.6Cu0.5非晶合金薄片在氩气保护下沿轴向加3000A/m磁场在565°C退火30分钟制得； 所述的Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2纳米晶合金薄片是采用Fe38.2Co40Si9B9Nb2 6CuL 2非晶合金薄片在氩气保护下在465°C退火30分钟制得； 所述的纳米磁粉粘结胶采用以下方法制得:将Fe3a2Co40Si9B9Nb2 SCu1 2非晶合金薄片经粉碎后用球磨机研磨成球状粉末，且40nm〈球状粉末粒径〈100 nm, 465°C退火30分钟，后与环氧树脂胶剂按1: (7-9)的质量比混合搅拌均匀制得。
2.一种复合磁性材料，其特征在于:该复合磁性材料以权利要求1所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过权利要求1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片,在每层Fe38^Co40Si9B9Nb2 6Cu12纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2 6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
3.一种复合磁性材料，其特征在于:该复合磁性材料以权利要求2所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过权利要求1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片,在每层Fe38^Co40Si9B9Nb2 6Cu12纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2 6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
4.一种复合磁性材料，其特征在于:该复合磁性材料以权利要求3所述的复合磁性材料为中心层材料，在中心层材料上下表面各通过权利要求1所述的纳米磁粉粘结胶粘结设有一层Fe38^Co40Si9B9Nb2 SCu1 2纳米晶合金薄片,在每层Fe38^Co40Si9B9Nb2 6Cu12纳米晶合金薄片上通过纳米磁粉粘结胶粘结还设有一层Fe38.9Co4(lSi9B9Nb2 6Cua 5含硬磁相的纳米晶合金薄片。
5.一种如权利要求1所述的复合磁性材料的制备方法，其特征在于，其步骤是:在表层下表面、底层上表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，在中间层的上、下表面均匀涂抹一层纳米磁粉粘结胶，三者同时自然干燥15-35分钟，将中间层的下表面对准底层抹胶的上表面平行均匀粘置于底层上，再将表层抹胶的下表面且使表层、底层的剩磁方向同向平行后对准中间层上表面再平行均匀粘置于中间层上，加温到90-120°C并保持2个小时后，自然冷却至室温，即得。
6.如权利要求1-4任何一项所述的复合磁性材料或者如权利要求5所述方法制得的复合磁性材料在制备磁性传感器探头铁芯、变压器铁芯、互感器铁芯中的用途。
【文档编号】B32B5/16GK103692705SQ201310686108
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】杨全民, 杨燚, 姚荣斌, 孙成祥, 邓睿, 刘丽丽 申请人:杨全民