一种电流应力退火制备灵敏高和线性区宽磁敏材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁敏材料制备领域，尤其涉及一种电流应力退火制备灵敏高和线性区宽磁敏材料的方法。
【背景技术】
[0002]灵敏度和线性区是磁敏材料的两项重要技术指标，许多应用场合都希望磁敏材料同时具备灵敏度高和线性区宽两项优点，但是，现有磁敏材料一般不能两者兼顾，灵敏度高的材料往往线性区很窄，而响应区宽的却往往灵敏度很低，并且不能保证在较宽的区间对磁场进行线性的响应。非晶和纳米晶磁敏材料是当前的研究热点，人们通常采用纳米晶化的方法来提高材料的磁敏特性，如FeCuNbSiB非晶合金在氮气保护下经540 °C保温I小时制得的纳米晶合金(FINEMET)的磁阻抗效应具有很高的灵敏度，但其线性响应区间很窄。铸态FeCoNbSiB非晶合金对磁场有较宽的响应区间，但灵敏度不高，并且不能保证进行线性响应。专利:201110026317.9和201110028111.X公开了一种具有高灵敏度和宽线性区的磁敏材料制备方法，这两项专利公开的新技术虽然可以实现同时具备高灵敏度和宽线性区两项优点的目标，但是所采用的技术要求在氧气和水并存的环境中进行退火，要求对材料表层的氧化程度及内部结构进行有效控制，因此工艺要求比较高，控制比较困难，不易保证批量产品及不同批次产品之间的一致性，即进行产业化转化的难度比较大。另外，现有温度退火技术需要通过调控退火炉腔的方法来控制材料的退火温度，存在耗能大和能源利用率低的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种电流应力退火制备灵敏高和线性区宽磁敏材料的方法，旨在解决现有技术存在的不便于工艺控制、耗能高的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种电流应力退火制备灵敏高和线性区宽磁敏材料的方法，所述的电流应力退火制备灵敏高和线性区宽磁敏材料的方法，在应力作用和低于晶化电流的条件下对非晶材料进行电流退火。
[0005]进一步，对非晶材料进行热处理过程中，给被处理材料施加纵向张应力，所施加张应力为小于断裂强度的任何应力。
[0006]进一步，热处理的退火电流低于晶化退火电流5%?50% ;热处理的退火电流优选为低于晶化退火电流1 %?40 %，最佳为低于晶化退火电流15 %?30 % ;热处理的持续时间为5分钟?600分钟，优选为10分钟?180分钟，最佳为20分钟?40分钟。
[0007]进一步，被退火材料的形状为便于在热处理中施加纵向应力的丝、带、膜形状。
[0008]进一步，被退火材料的组分为能制备成非晶合金，并且能在退火过程中通过应力作用感生出具有宽线性灵敏磁敏特性的金属、合金、半导体材料。
[0009]进一步，该方法包括如下步骤:
[0010]步骤一、采用快淬法制备非晶材料；
[0011]步骤二、在应力作用下对步骤一制得的非晶材料进行退火，其退火电流为10A/mm2?60A/mm2，优选为20A/mm2?50A/mm2，最佳为30A/mm2?40A/mm2，退火持续时间为5分钟?600分钟，优选为10分钟?60分钟，最佳为20分钟?40分钟。
[0012]进一步，步骤二中所述的保护气体为退火过程能阻止被退火材料表面氧化的任何一种气体，优选为氮气。
[0013]进一步，步骤二中所述的应力作用的应力值为10 MPa?900MPa，优选为10MPa?700MPa，最佳为300MPa?500MPa，应力作用时间为整个退火过程或其中一个退火阶段。
[0014]进一步，步骤二中退火环境温度为(TC?40°C，优选为10°C?30°C，最佳为15°C?20。。。
[0015]进一步，步骤一具体包括:
[0016]步骤一、按目标要求组分配置母料；
[0017]步骤二、按目标要求制备不同形状的非晶材料。
[0018]本发明与对比技术相比具有需控制参量少、工艺简单的优势。本发明只要求对退火电流和应力两个工艺参量进行控制，对比技术要求在氧气和水并存的环境中进行退火，要求对材料表层的氧化程度及内部结构进行有效控制，因此工艺要求比较高，控制比较困难，不易保证批量产品及不同批次产品之间的一致性。另外，由于本发明技术采用退火电流直接通过被处理材料，利用焦耳热直接对材料进行退火与对比技术相比，具有能源利用率高和处理时间短的优势。对比技术是通过对退火腔体的温度控制来实现对退火温度的控制，这种技术，只有少部分能量被退火材料所吸收，为了维持退火腔体的温度需要耗费远大于被退火材料所吸收的能量，有90 %以上的能量被浪费。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例提供的张应力电流退火装置的结构示意图；
[0020]图2是本发明实施例提供的另一种张应力电流退火装置的结构示意图；
[0021]图3是本发明实施例1提供的阻抗变化率随磁场变化的曲线；
[0022]图4是本发明实施例2提供的阻抗变化率随磁场变化的曲线；
[0023]图5是本发明实施例3提供的的阻抗变化率随磁场变化的曲线；
[0024]图6是本发明实施例4提供的阻抗变化率随磁场变化的曲线；
[0025]图7是用比较实施例1提供的阻抗变化率随磁场变化的曲线；
[0026]图8是用比较实施例2方法制得的样品的巨磁阻抗曲线；
[0027]图9是用比较实施例3方法制得的样品的巨磁阻抗曲线；
[0028]图10是用比较实施例4方法制得的样品的巨磁阻抗曲线；
[0029]图中:1、固定端底座;2、应力传感器;3、固定端下夹块;4、固定端电极;5、固定端夹紧螺丝;6、固定端上夹块;7、被退火材料;8、滑轨;9、滑动端夹块夹紧螺丝；10、滑动端上夹快；U、滑动端电极；12、滑动端滑块兼滑动端下夹块；13、应力传递拉绳；14、滑轮；15、应力垂;16、导线；17、电源;18、台面;19、缓冲弹簧;20、缓冲滑块;21、应力发生器。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本发明做进一步描述:
[0031]实施例1
[0032]按如下方法制备本发明实施例1的磁敏材料:
[0033]1.母合金的选择:母合金的组成按原子比包括73.5%原子比的Fe、l.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。
[0034]2.利用包括以下子步骤的单辊快淬技术制备出本发明的非晶合金薄带。
[0035](a)将按上述原子比组成的母合金放入软化温度高于1400°C的石英玻璃管中。
[0036](b)在氩气保护下，用高频感应法加热母合金，直至恪化，并继续加热至过热。
[0037](C)通气加压使熔融合金从石英玻璃管底部喷嘴喷向高速旋转的冷却辊光滑表面，使熔融合金液冷却成宽为I.1mm，厚为25μπι的非晶薄带。
[0038]3.截取按步骤2制得的非晶薄带，如图1所示，用夹头6、10分别夹住非晶薄带7的两头。用导线16分别将电源17的正负输出端与退火电极4和11联接。通过悬挂应力垂(砝码)15由应力传感器2监测给薄带施加轴向应力670MPa。调节电源17的电流调节旋钮，使退火电流为1.2A持续10分钟制得样品。
[0039]图3所示曲线为用上述方法制得样品(截取20mm)在400kHz，1mA幅值交流信号驱动下获得的纵向驱动巨磁阻抗曲线。
[0040]测试结果，最大巨磁阻抗比为646%，线性相关系数达到0.998的线性区间为10?800A/m，线性区间宽度为790A/m，灵敏度为61 % /Oe。
[0041 ] 实施例2
[0042]按如下方法制备本发明实施例2的磁敏材料:
[0043]将实施例1中的应力改变为183MPa，其它操作同实施例1制得实施例2的磁敏材料。
[0044]图4为实施例2样品的纵向驱动巨磁阻抗曲线。
[0045]测试结果，最大巨磁阻抗比为909%，线性相关系数达到0.998的线性区间为70A/m?700A/m，线性区间宽度为630A/m，灵敏度为163 % /Oe。
[0046]实施例3
[0047]按如下方法制备本发明实施例3的磁敏材料:
[0048]1.母合金的选择:母合金的组成按原子比包括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。
[0049]2.利用包括以下子步骤的单辊快淬技术制备出本发明的非晶合金薄带。
[0050](a)将按上述原子比组成的母合金放入软化温度高于1400°C的石英玻璃管中。
[0051](b)在氩气保护下，用高频感应法加热母合金，直至恪化，并继续加热至过热。
[0052](C)通气加压使熔融合金从石英玻璃管底部喷嘴喷向高速旋转的冷却辊光滑表面，使熔融合金液冷却成宽为0.33mm，厚为28μπι的非晶薄带。
[0053]3.截取按步骤2制得的非晶薄带，如图2所示，用夹块6和10分别夹住非晶薄带7的两头，由应力发生器(如步进电机)21通过应力拉绳13及缓冲滑块20和缓冲弹簧19将应力作用与滑块12，再由滑块12与夹块10组成的夹头将应力传递给被退火的非晶薄带，形成施加在被退火的非晶薄带的轴向应力，应力发生器21接收应力传感器2的信号将应力维持在216MPa。用导线16分别将电源17的正负输出端与退火电极4和11联接，调节电源17的电流调节旋钮，使退火电流为0.25A持续1分钟制得样品。
[0054]图5所示曲线为用上述方法制得样品(截取20mm)在300kHz，1mA幅值交流信号驱动下获得的纵向驱动巨磁阻抗曲线。
[0055]测试结果，最大巨磁阻抗比为935%，线性相关系数达到0.998的线性区间为10A/m?680A/m，线性区间宽度为670A/m，灵敏度为102.6 % /Oe。
[0056]实施例4
[0057]按如下方法制备本发明实施例4的磁敏材料:
[0058]将实施例3中的应力改变为107MPa其它操作同实施例3制得实施例4的磁敏材料。
[0059]图6为实