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)材料中具有高磁導率、低矯頑力和近零的飽和磁致伸縮系數(shù)等優(yōu)點，目前已作為一種新型的磁敏材料被廣泛應用于磁感傳感器、電流傳感器、高頻開關電源和磁放大器等。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、測量范圍大、功耗低和信噪比高的優(yōu)點，在導航、通訊、地質勘測等領域受到人們的普遍關注。然而，鈷基非晶態(tài)軟磁合金軟磁性能與其組分、組織結構等因素密切相關。因此，開展有關組分、組織結構等因素與鈷基非晶態(tài)軟磁合

2、金軟磁性能之間關系研究，對優(yōu)化軟磁性能，推進鈷基非晶態(tài)軟磁合金在磁傳感器等方面的應用具有重要的理論意義和應用價值。
　　本論文以CoFeSiB合金體系為研究對象，采用感應熔煉爐和真空鑄造設備制備非晶微帶。研究了銅輥轉速、氬氣氣壓等制備工藝以及Mo元素含量與合金微帶組織結構和磁學性能之間的關系，并考察了磁場熱退火方式對非晶微帶磁學性能的影響。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，測試了敏感元件在不同驅動頻率下對外磁場的響應。
　　制備態(tài)的合金微帶物相結構和熱穩(wěn)定性分別利用XRD，TEM和DSC等手段進行分析表征;磁場熱退火后的合金微帶和MI磁敏感元件的磁學性能分別由VSM，直流B-H回線儀和阻抗分析儀測定。得到如下主要結論:
　　(1)采用單輥快淬法制備Co67Fe4Si14.5B14.5非晶微帶，其中制備工藝對非晶微帶的形貌和磁學特性影

4、響顯著。實驗發(fā)現(xiàn)，銅輥轉速越高越有利于形成非晶微帶。當銅輥轉速為35m/s、氬氣壓力為20kPa時，所制備的合金微帶表面光亮、無毛邊且韌性良好，經(jīng)XRD、TEM等表征為完全非晶態(tài)結構。該工藝下制備態(tài)的非晶微帶具有優(yōu)異的磁學特性，矯頑力為1.52A/m，飽和磁化強度為61.3emu/g，在1 kHz、1A/m條件下有效磁導率為14556。
　　(2)對于(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，玻璃轉化溫度(Tg)和過冷液相區(qū)(△Tx)均單調增加，這表明添加Mo元素可以提高合金的非晶形成能力。同時，Mo元素的添加亦對非晶微帶的軟磁性能影響顯著，飽和磁化強度隨Mo元素含量的增加單調降低，由x=0時的72.4emu/g降低為x=5時的28.6emu/g。當Mo含量為2％時，制備態(tài)非晶微帶表現(xiàn)出最為優(yōu)異的軟磁性能，此時矯頑力為1.24A/m，在1 kHz、1A/m條件下有效磁導率為7558。

6、r>　　(3)研究了熱退火方式對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，磁場熱退火對非晶合金微帶軟磁性能改善更加明顯。這是由于在磁場熱退火過程中，非晶合金微帶不僅釋放了制備過程中產(chǎn)生的應力，而且感生磁各向異性。特別是采用縱向磁場退火時，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)過縱向磁場退火

7、后，Co67Fe4Si14.5B14.5組分的非晶微帶，飽和磁化強度和有效磁導率分別為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％。而對于經(jīng)過縱向磁場退火的(Co0.942Fe0.058)69Si6.4B22.6Mo2非晶微帶軟磁性能亦顯著提高，飽和磁化強度和有效磁導率分別為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，通過設計的模具灌膠固定磁芯和繞制漆包線制成MI磁敏元件，并測試了MI敏感元件在不同驅動頻率下對外磁場的響應。隨著頻率增加，MI磁敏元件對外磁場響應的靈敏度先增加后降低。磁場退火明顯改善了MI磁敏元件的性能，其中以573K縱向磁場熱退火后的