基于鈷基非晶微帶MI磁敏元件的制作.pdf

1、鈷基非晶態(tài)軟磁合金在所有的非晶態(tài)材料中具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力和近零的飽和磁致伸縮系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，目前已作為一種新型的磁敏材料被廣泛應(yīng)用于磁感傳感器、電流傳感器、高頻開(kāi)關(guān)電源和磁放大器等。尤其是基于鈷基非晶態(tài)軟磁合金的磁感傳感器，具有靈敏度高、測(cè)量范圍大、功耗低和信噪比高的優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)航、通訊、地質(zhì)勘測(cè)等領(lǐng)域受到人們的普遍關(guān)注。然而，鈷基非晶態(tài)軟磁合金軟磁性能與其組分、組織結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。因此，開(kāi)展有關(guān)組分、組織結(jié)構(gòu)等因素與鈷基非晶態(tài)軟磁合

2、金軟磁性能之間關(guān)系研究，對(duì)優(yōu)化軟磁性能，推進(jìn)鈷基非晶態(tài)軟磁合金在磁傳感器等方面的應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文以CoFeSiB合金體系為研究對(duì)象，采用感應(yīng)熔煉爐和真空鑄造設(shè)備制備非晶微帶。研究了銅輥轉(zhuǎn)速、氬氣氣壓等制備工藝以及Mo元素含量與合金微帶組織結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性能之間的關(guān)系，并考察了磁場(chǎng)熱退火方式對(duì)非晶微帶磁學(xué)性能的影響。此外，本論文以Co67Fe4Si14.5B14.5和(Co0.942Fe0.058)69Si

3、6.4B22.6Mo2非晶合金微帶為磁芯，試制MI磁敏感元件，測(cè)試了敏感元件在不同驅(qū)動(dòng)頻率下對(duì)外磁場(chǎng)的響應(yīng)。
　　制備態(tài)的合金微帶物相結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性分別利用XRD，TEM和DSC等手段進(jìn)行分析表征;磁場(chǎng)熱退火后的合金微帶和MI磁敏感元件的磁學(xué)性能分別由VSM，直流B-H回線儀和阻抗分析儀測(cè)定。得到如下主要結(jié)論:
　　(1)采用單輥快淬法制備Co67Fe4Si14.5B14.5非晶微帶，其中制備工藝對(duì)非晶微帶的形貌和磁學(xué)特性影

4、響顯著。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銅輥轉(zhuǎn)速越高越有利于形成非晶微帶。當(dāng)銅輥轉(zhuǎn)速為35m/s、氬氣壓力為20kPa時(shí)，所制備的合金微帶表面光亮、無(wú)毛邊且韌性良好，經(jīng)XRD、TEM等表征為完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。該工藝下制備態(tài)的非晶微帶具有優(yōu)異的磁學(xué)特性，矯頑力為1.52A/m，飽和磁化強(qiáng)度為61.3emu/g，在1 kHz、1A/m條件下有效磁導(dǎo)率為14556。
　　(2)對(duì)于(Co0.942Fe0.058)71-xSi6.4B22.6Mox(x=0～5)

5、體系非晶微帶，隨著Mo元素含量的增加，玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和過(guò)冷液相區(qū)(△Tx)均單調(diào)增加，這表明添加Mo元素可以提高合金的非晶形成能力。同時(shí)，Mo元素的添加亦對(duì)非晶微帶的軟磁性能影響顯著，飽和磁化強(qiáng)度隨Mo元素含量的增加單調(diào)降低，由x=0時(shí)的72.4emu/g降低為x=5時(shí)的28.6emu/g。當(dāng)Mo含量為2％時(shí)，制備態(tài)非晶微帶表現(xiàn)出最為優(yōu)異的軟磁性能，此時(shí)矯頑力為1.24A/m，在1 kHz、1A/m條件下有效磁導(dǎo)率為7558。

6、r>　　(3)研究了熱退火方式對(duì)Co67Fe4Si14.5B14.5和(Co0.942Fe0.058)69Si6.4B22.6Mo2非晶合金微帶軟磁性能的影響。與常規(guī)熱退火相比，磁場(chǎng)熱退火對(duì)非晶合金微帶軟磁性能改善更加明顯。這是由于在磁場(chǎng)熱退火過(guò)程中，非晶合金微帶不僅釋放了制備過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，而且感生磁各向異性。特別是采用縱向磁場(chǎng)退火時(shí)，軟磁非晶微帶中感生磁各向異性軸與微帶形狀各向異性軸一致，更有利磁化。與制備態(tài)相比，經(jīng)過(guò)縱向磁場(chǎng)退火

7、后，Co67Fe4Si14.5B14.5組分的非晶微帶，飽和磁化強(qiáng)度和有效磁導(dǎo)率分別為65.917emu/g和15892，分別提高7.7％和9.2％，而矯頑力為0.86A/m，降低43.4％。而對(duì)于經(jīng)過(guò)縱向磁場(chǎng)退火的(Co0.942Fe0.058)69Si6.4B22.6Mo2非晶微帶軟磁性能亦顯著提高，飽和磁化強(qiáng)度和有效磁導(dǎo)率分別為80.99 emu/g和12510，與制備態(tài)相比，分別增加40.15％和65.52％;而矯頑力為0.64

8、 A/m，減小48.39％。
　　(4)分別以制備態(tài)和不同方向磁場(chǎng)熱退火后的Co67Fe4Si14.5B14.5和(Co0.942Fe0.058)69Si6.4B22.6Mo2非晶合金微帶為磁芯，通過(guò)設(shè)計(jì)的模具灌膠固定磁芯和繞制漆包線制成MI磁敏元件，并測(cè)試了MI敏感元件在不同驅(qū)動(dòng)頻率下對(duì)外磁場(chǎng)的響應(yīng)。隨著頻率增加，MI磁敏元件對(duì)外磁場(chǎng)響應(yīng)的靈敏度先增加后降低。磁場(chǎng)退火明顯改善了MI磁敏元件的性能，其中以573K縱向磁場(chǎng)熱退火后的