低頻脈沖磁場致Fe基非晶納米晶化的巨磁阻抗效應(yīng).pdf

1、巨磁阻抗（簡稱GMI）效應(yīng)器件，因在室溫、低外磁場下具有大的、高靈敏度交流阻抗改變等特點，使其在傳感技術(shù)領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用前景。非晶納米晶材料在較低交變驅(qū)動電流頻率下可獲得顯著巨磁阻抗效應(yīng)，因而倍受關(guān)注。
　　本論文采用低頻脈沖磁場處理工藝，制備了Fe78Si9B13、Co68.15Fe4.35Si12.5B15和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶納米晶雙相合金。采用穆斯堡爾譜(M(o)ssbauer)、透射電子顯微鏡

2、(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等手段對低頻脈沖磁場處理前后樣品Fe78Si9B13的微結(jié)構(gòu)進行分析;利用自制巨磁阻抗測量儀測量低頻脈沖磁場處理前后Fe78Si9B13、Co68.15Fe4.35Si12.5B15和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9樣品的巨磁阻抗，分析探索低頻脈沖磁場處理參數(shù)、直流外磁場及交變驅(qū)動電流頻率對非晶合金樣品巨磁阻抗效應(yīng)的影響規(guī)律;利用交變梯度磁強計測量低頻脈沖磁場處理前后Fe73.5Cu1Nb3Si

3、13.5B9非晶納米晶樣品的磁滯回線和磁化曲線，并由此計算樣品的矯頑力Hc、飽和磁化強度Ms和起始磁導(dǎo)率μi;采用改進的楊氏模量儀對低頻脈沖磁場處理前后Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶納米晶樣品的飽和磁致伸縮系數(shù)λs進行測量，研究低頻脈沖磁場處理工藝對樣品軟磁性的優(yōu)化;以相變熱力學(xué)和相變動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，探討了低頻脈沖磁場致非晶合金納米晶化的機理;在經(jīng)典電磁理論框架下，解釋材料巨磁阻抗效應(yīng)的產(chǎn)生機制，并利用微分算子消元法求解

4、Maxwell微分方程組，得到非晶納米晶薄帶橫向磁導(dǎo)率通式。論文主要結(jié)論歸納如下:
　　低頻脈沖磁場處理可致非晶Fe78Si9B13合金發(fā)生低溫初始納米晶化，處理過程樣品溫升△T＜7℃，作用時間不超過5分鐘。低頻脈沖磁場制備非晶納米晶方法，克服了傳統(tǒng)等溫退火處理和電脈沖處理等方法存在的工藝周期長、處理過程樣品溫升大的弊端，提出了一種低溫下非晶合金納米晶化的新工藝。
　　低頻脈沖磁場處理Fe78Si9B13非晶合金，在合金內(nèi)產(chǎn)

5、生的磁致伸縮效應(yīng)，為非晶合金相轉(zhuǎn)變提供了激活動力，降低了形核勢壘，最終在非晶Fe78Si9B13基體上析出8nm左右的α-Fe(Si)晶粒。析出納米晶的晶化相體積分數(shù)與脈沖磁場處理參數(shù)有關(guān)，當(dāng)脈沖磁場強度Hp為250Oe，脈沖頻率f為30Hz，脈沖作用時間t為4min參數(shù)下，樣品晶化相體積分數(shù)最大。
　　非晶納米晶樣品的矯頑力總體較其制備態(tài)非晶合金樣品有所降低，飽和磁化強度Ms有提高趨勢，非晶納米晶樣品的飽和磁致伸縮系數(shù)λs低于制

6、備態(tài)非晶合金，這表明低頻脈沖磁場處理優(yōu)化了非晶合金的綜合軟磁性能。
　　低頻脈沖磁場處理后Co68.15Fe4.35Si12.5B15非晶納米晶樣品的磁阻抗發(fā)生明顯變化，脈沖磁場參數(shù)不同，制備所得樣品的GMI效應(yīng)大小不同。實驗表明，在脈沖強度Hp為350kAm-1、脈沖頻率f為25Hz、脈沖作用時間t為4分鐘條件下制備的Co68.15Fe4.35Si12.5B15非晶納米晶樣品GMI效應(yīng)最為顯著，GMI效應(yīng)值高達263.5％。低頻

7、脈沖磁場處理給出了一種全新的、獲得較高GMI效應(yīng)的材料處理工藝。
　　低頻脈沖磁場處理致非晶合金納米晶化時，在樣品內(nèi)產(chǎn)生感生各向異性。感生各向異性提高了樣品的GMI效應(yīng)及其靈敏度。實驗顯示，當(dāng)直流外磁場Hex等于樣品內(nèi)橫向磁各向異性場Hk時，非晶納米晶樣品的GMI出現(xiàn)峰值。
　　GMI效應(yīng)與樣品的元素組分有關(guān)，Co68.15Fe4.35Si12.5B15樣品的GMI效應(yīng)及其靈敏度大于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，

8、而其GMI的效應(yīng)特征頻率ωm卻低于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9; GMI效應(yīng)存在尺寸效應(yīng)，在磁脈沖參數(shù)相同條件下，相同材料厚度不同、寬度不同，樣品的GMI效應(yīng)不同，厚度大、寬度窄的樣品GMI效應(yīng)較大。
　　GMI效應(yīng)是交變驅(qū)動電流頻率ω的函數(shù)，非晶納米晶樣品存在一特征頻率ωm，當(dāng)交變驅(qū)動電流頻率ω=ωm時，樣品的GMI效應(yīng)出現(xiàn)峰值。樣品的特征頻率與非晶納米晶的制備歷史有關(guān)，非晶納米晶樣品的特征頻率ωm總體低于制備態(tài)非晶