专利名称：磁材料及制造方法及磁材料在传感和数据存储中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁材料及制造方法以及该磁材料在传感和高密度数据存储中的
应用，特别涉及一种复合永磁薄膜材料及制造方法以及该复合永磁薄膜材料在传感和高密 度数据存储中的应用。
背景技术：
随着信息和智能技术的发展，人们对信息检测能力和低成本、高性能的信息存储 系统的要求越来越高。 作为信息检测或感测方面的结果，众多以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器 被开发出来，例如富士公司申请的02116113. 5号中国专利公开的一种磁性传感器使由导 电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层接触、通过改变硬层的电阻率 而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流，但这类传感器不能产生一个以上的信号。
另一方面，磁存储系统特别是硬盘产品的存储密度越来越高。提高存储密度的传 统方法是减少存储介质的尺寸，结果导致介质材料的颗粒尺寸越来越小，出现了 "写"磁头 产生的过大的磁场对要写的存储单元的相邻单元产生干扰、过小的磁场不能对具有大的各 向异性场的存储单元有效地写信息、以及磁的热噪声引起的信噪比(SNR)下降的问题。人 们进行了各种努力来寻找解决上述问题的方法。 因此，探索研究具有期望磁性能的材料成分范围以及纳米复合结构的构筑方法是 十分必要的。本发明的申请人公开了具有新型的微结构的磁材料和该材料可用的材料成分 范围，该磁材料能够防止存储单元受到来自外部磁场的干扰、克服存储介质的热不稳定问 题、在一定程度上增强信噪比。同其他同类材料相比，本发明的磁材料生产成本低，在传感 和高密度数据存储中有良好的应用前景。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够防止外部磁场的干扰的、具有高信噪比的、低 生产成本的、可用于传感和高密度数据存储的磁性材料。本发明的另一个目的是提供该磁 材料在传感和高密度数据存储中的应用。本发明的另一个目的是提供该磁材料的制造方 法。 根据本发明的一个方面，可以使用具有特别的微结构的磁材料实现上述以及其它 目的。所述磁材料包括强磁材料区和间强磁材料区，其中，所述强磁材料区中的磁性微粒相 对集中，所述磁性微粒的存在与分布使得所述强磁材料区总体上具有满足磁应用所需要的 磁参数，所述间强磁材料区将一个或多个所述强磁材料区包围或分离开来。
在根据本发明的磁材料中，所述强磁材料区和/或所述间强磁材料区的大小和分 布是由实际应用和/或生产工艺来确定的，以最大程度上提高性能和降低生产成本。
在根据本发明的磁材料中，所述磁性微粒的存在与分布是非同一和非均匀的。这 在一定程度上减少了对加工工艺的要求。所述磁性微粒可以包括钕铁硼{6304和/或钴合
3金。所述磁性微粒还可以包括稀土 _钴合金、稀土 _铁合金、稀土 _铁碳合金和/或稀土 _铁 氮合金。所述磁材料还可以是纳米复合材料。 在根据本发明的磁材料中，所述间强磁材料区不含或很少含磁性微粒。这样，能更
好地屏蔽外部磁场并减少在强磁材料区的磁性微粒的相互作用。 根据本发明的一个方面，公开了一种使用了所述磁材料的传感器，具体地说，所述
间强磁材料区不含或很少含导电磁性微粒从而整体上是电绝缘的、而所述强磁材料区中的 导电硬磁性材料是导电和/或半导电的并且具有不同的电阻率，这样，能够通过改变导电 硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层的电阻率而产生一个以上的信号。 根据本发明的一个方面，公开了一种使用了所述磁材料的磁存储介质，具体地说， 该磁存储介质具有衬底、软磁底层、磁存储层和保护层，所述磁存储层为采用了上面的实施 例所述的磁材料。所述间强磁材料区不含或很少含磁性微粒以屏蔽外部磁场并减少在位于 不同的强磁材料区中的磁性微粒的相互作用，在强磁材料区中相对集中的磁性微粒之间的 交换耦合相互作用有利于减少热噪声和外部磁场干扰以及提高信噪比。这样的磁存储介质 能够更容易低成本地在产业上实现。 根据本发明的一个方面，公开了本发明的磁材料的一种制造方法。本发明的磁材 料的制造方法包括如下步骤(l)生长纳米碳阵列；(2)将初加工的磁材料采用熔体快淬法 进行加工；(3)将上述非晶带进行晶化处理；(4)将上述晶化处理的磁体粉碎，可选地，加入 具有高饱和磁场强度的金属材料和稀土和类金属；(5)在磁场强度大于16k0e(千奥)压力 大于3T/cm2(顿/平方厘米)条件下拌上粘结剂取向压制固化，得到粘结磁体；(6)将上述 粘结磁体包套后置入放电等离子烧结装置中进行烧结及热压变形；(7)将烧结后的磁材料 填充入生成的纳米碳阵列中。
通过下文中对本发明的实施例的介绍并结合附图，可以更清楚地理解本发明的上 述和其它目的、特征和其它优点，在附图中
图1是示出了磁材料及其应用的示意图； 图2是示出了根据本发明的实施例的磁材料的局部结构的示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。 图1是示出了磁材料及其应用的示意图。图1中箭头所指的小方块为磁微粒构成 的存储单元(位元)，带有线圈的"写"磁头的线圈与信道电子部分相连接，当信道接收到写 数据的指令时，就产生对应的电流，使"写"磁头产生磁场，使介质磁化来存储信息。希捷公 司新推出的产品Barracuda 7200. 10的存储密度为128. 2Gb/in2(位/平方英寸)，位密度 为926kBPI(bit per inch,每英寸位数)，位密度这个参数确定了材料的强磁材料区与间强 磁材料区的之和的大小，即大约为30nm(纳米)。强磁材料区和间强磁材料区的各自大小需 考虑到实际应用和/或生产工艺来确定，以便在达到期望磁参数的同时降低生产成本。
(实施例一) 图2是示出了根据本发明的实施例的磁材料的局部结构的示意图，其中以深色格部分表示间强磁材料区，以无色格部分表示强磁材料区。 间强磁材料区中包括硅等非磁材料，强磁材料区充满具有高饱和磁化强度和高矫 顽力的磁纳米线材料。 在本实施例中，纳米线材料的饱和磁化强度Ms为800emu/cc(电磁系单位/立方厘 米)，矫顽力HK为16kOe，平均粒子直径D为7. 5nm。强磁材料区和间强磁材料区各由2个 纳米线组成，高度为15nm。这样的设计实现了上面所列的Barracuda 7200. 10的位密度的 要求。研究显示，这样的设计的存储介质的IO年后的位衰率(bit decay rate)小于3%， 比10%左右的工业要求好很多。
(实施例二 ) 本实施例与实施例一的微结构设计相同，不同处在于，纳米线材料的饱和磁化强 度Ms为800emu/cc，矫顽力HK为16kOe，平均粒子直径D为5nm，强磁材料区由2个纳米线 组成，间强磁材料区由l个纳米线组成，高度为15nm。这样的设计的位密度是上面所列的 Barracuda 7200. 10的2倍，因为位密度直接影响硬盘的数据传输率，高的位密度能够实现 高的数据传输率。研究显示，这样的设计的存储介质的10年后的位衰率(bit decay rate) 小于6%。(实施例三) 本实施例与实施例一的微结构设计相同，不同处在于，纳米线材料的饱和磁化强 度Ms为800emu/cc，矫顽力HK为16kOe，平均粒子直径D为5nm，强磁材料区由1个纳米线 组成，间强磁材料区由l个纳米线组成，高度为10nm。这样的设计的位密度是上面所列的 Barracuda 7200. 10的3倍，磁材料层厚度减少了 50% 。高的位密度能够实现高的数据传 输率，较薄的磁材料层能够节约生产成本。研究显示，热噪声引起的10年后的位衰率(bit decay rate)小于8%，符合工业要求。 应说明的是，在上面的实施例中，在满足磁参数要求的情况下，所述磁性微粒可以 是多种类的，可以包括钕铁硼、F^(V钴合金、稀土 -钴合金、稀土 _铁合金、稀土 _铁碳合 金、稀土-铁氮合金、纳米复合材料等；也可以是非均匀分布的，这在一定程度上减少了对 加工工艺的要求。另外，在高密度存储应用中，间强磁材料区可以包围强磁材料区，优选是 所述间强磁材料区不含或很少含磁性微粒，这样，能更好地屏蔽外部磁场并减少在不同的 强磁材料区中的磁性微粒的相互作用。 可见，采用本发明的磁材料作为存储介质，能够提高位密度，实现高的数据传输 率，还能够减少外磁场和热噪声的影响；另外，还能够优化设计，减少单位产品上的磁材料 消费，同时，对材料的构成没有严格的要求，能够降低生产成本。
(实施例四) —种使用了磁材料的传感器，其中，所述磁材料与实施例一的微结构设计相同，不 同处在于，在不同的强磁材料区填充不同量的具有内禀铁磁性的Co和ZnO，使各个强磁材 料区的电阻率不同。所述间强磁材料区不含或很少含导电磁性微粒从而整体上是电绝缘 的、而所述强磁材料区中的导电硬磁性材料是导电和/或半导电的并且具有不同的电阻 率，这样，在例如富士公司的02116113. 5号中国专利这类的基于改变电阻率的传感器应用 中，能够通过改变导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层的电阻率而产生一个以上 的信号。
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(实施例五) —种磁存储介质，具有衬底、软磁底层、磁存储层和保护层，所述衬底为陶瓷玻璃、 玻璃或硅，所述软磁底层为FeCo合金，所述磁存储层为采用了上面的实施例所述的磁材 料，所述保护层为碳。 下面说明本发明的磁材料的制备方法。
本发明的磁材料的制备包括如下步骤
(1)生长纳米碳阵列； (2)将初加工的磁材料采用熔体快淬法进行加工；
(3)将上述非晶带进行晶化处理； (4)将上述晶化处理的磁体粉碎，可选地，加入具有高饱和磁场强度的金属材料和 稀土和类金属； (5)在磁场强度大于16k0e (千奥)压力大于3T/cm2 (顿/平方厘米)条件下拌上 粘结剂取向压制固化，得到粘结磁体； (6)将上述粘结磁体包套后置入放电等离子烧结装置中进行烧结及热压变形；
(7)将烧结后的磁材料填充入生成的纳米碳阵列中。 这里说明的是，提高具有高饱和磁场强度的铁的含量有利于合金的饱和磁场强度
的提高，而稀土和类金属的加入有利合金矫顽力的提高。另外，放电等离子烧结(SPS)技术
制备的磁材料有比传统材料更细小均匀的晶粒组织，从而有更好的磁特性。 尽管上面已经示出和说明了本发明的优选实施例，但它们只是说明性的而不是限
制性的，显然，本领域的技术人员能够对它们进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
一种磁材料，其特征在于，包括强磁材料区，该强磁材料区中的磁性微粒相对集中，所述磁性微粒的存在与分布使得所述强磁材料区总体上具有满足磁应用所需要的磁参数；和间强磁材料区，该间强磁材料区将所述强磁材料区包围或分离开来。
2. 根据权利要求1所述的磁材料，其特征在于，所述强磁材料区和/或所述间强磁材料 区的大小和分布是由实际应用和/或生产工艺来确定的。
3. 根据权利要求1至2中之一所述的磁材料，其特征在于，所述磁性微粒的存在与分布 是非同一和非均匀的。
4. 根据权利要求1至3中之一所述的磁材料，其特征在于，所述磁性微粒包括钕铁硼、 Fe304和/或钴合金。
5. 根据权利要求1至4中之一所述的磁材料，其特征在于，所述磁性微粒包括稀土-钴 合金、稀土 _铁合金、稀土 _铁碳合金和/或稀土 _铁氮合金。
6. 根据权利要求1至5中之一所述的磁材料，其特征在于，所述磁材料是纳米复合材料。
7. 根据权利要求1至6中之一所述的磁材料，其特征在于，所述间强磁材料区不含或很 少含磁性微粒。
8. —种传感器，其特征在于，该传感器使用了根据权利要求1至7中之一所述的磁材料。
9. 一种磁存储介质，其特征在于，该磁存储介质使用了根据权利要求1至7中之一所述 的磁材料。
10. —种磁材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 生长纳米碳阵列；(2) 将初加工的磁材料采用熔体快淬法进行加工；(3) 进行晶化处理；(4) 将上述晶化处理的磁体粉碎，可选地，加入具有高饱和磁场强度的金属材料以及稀 土和类金属；(5) 在磁场强度大于16k0e(千奥)、压力大于3T/cm2(顿/平方厘米)条件下拌上粘 结剂取向压制固化，得到粘结磁体；(6) 将上述粘结磁体包套，放于放电等离子烧结装置中进行烧结及热压变形；(7) 将烧结后的磁材料填充入生成的纳米碳阵列中。
全文摘要
本发明公开了一种具有新型结构的磁材料及制造方法及该磁材料在传感和数据存储方面的应用。本发明所公开的磁材料包括磁性微粒相对集中的强磁材料区，该强磁材料区中的磁性微粒的存在与分布使得所述强磁材料区总体上具有满足磁应用所需要的磁参数；和间强磁材料区，该间强磁材料区将所述强磁材料区包围或分离开来。在高密度数据存储应用中，所述强磁材料区含有高饱和磁化强度的纳米磁性微粒。使用本发明的磁材料的传感器，能够产生一个以上的信号。使用本发明的磁材料的存储介质，能够提高存储性能并降低成本。
文档编号B22F9/02GK101752052SQ200910215879
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者袁恩洪 申请人:蕾美(北京)科技文化有限公司