熔體抽拉Co基非晶絲的磁化及GMI效應(yīng)研究.pdf

1、軟磁材料的巨磁阻抗(GMI)效應(yīng)是指其阻抗隨外加直流磁場而敏感變化的現(xiàn)象，由于其具有靈敏度高、響應(yīng)快等特點，在磁傳感器、磁存儲中具有重要的應(yīng)用。迄今為止，非晶絲材是 GMI效應(yīng)最出色的軟磁功能材料，可直接應(yīng)用于磁傳感器等敏感元件的制備。本文以熔體抽拉 Co68Fe4.5Si15B12.5非晶絲為研究對象，測試了非晶絲的軟磁性能和磁化過程，主要研究了不同激勵電流下的磁化和GMI效應(yīng)、絲材長度和直徑對GMI效應(yīng)的影響、非晶絲之間的磁交互作用

2、、退火處理和機械拉應(yīng)力影響GMI效應(yīng)的基本機制和規(guī)律。
　　采用橫向Kerr效應(yīng)分析了不同交流激勵下非晶絲的磁化過程及其與GMI效應(yīng)的關(guān)系。研究表明頻率主要是通過渦流阻尼和趨膚效應(yīng)影響非晶絲的環(huán)向磁化過程和GMI效應(yīng)。低頻下，環(huán)向磁化以疇壁位移為主，頻率升高，渦流阻尼增強，磁矩轉(zhuǎn)動成為主要的磁化過程，而趨膚效應(yīng)有利于表層環(huán)向疇的環(huán)向磁化，因而 GMI效應(yīng)隨頻率升高而逐漸增強；但渦流阻尼的存在，矯頑力升高，等效各向異性場Hm逐漸升高

3、。激勵電流幅值則是通過其產(chǎn)生的環(huán)向磁場影響非晶絲在直流磁場作用下的環(huán)向磁化過程，進而影響 GMI效應(yīng)。低頻下激勵電流幅值增加，直流磁場下的環(huán)向磁化強度和GMI效應(yīng)減?。辉?.2MHz-1MHz范圍內(nèi)，存在最佳幅值Ip激勵時，直流磁場作用下的GMI效應(yīng)最強，且Ip隨著交流頻率升高而逐漸升高。頻率升高，趨膚效應(yīng)成為影響磁化過程的主要因素，電流幅值對GMI效應(yīng)的影響逐漸降低，頻率大于15MHz后，激勵電流幅值對GMI效應(yīng)的影響可以忽略。

4、>　　分析非晶絲長度對 GMI效應(yīng)的影響發(fā)現(xiàn)：低頻下，隨樣品長度減小退磁場增加，有效磁場降低，GMI效應(yīng)逐漸減小，1MHz時，隨樣品長度由20mm減小到4mm，其阻抗變化率ΔZ/Z由8.07％減小到1.03%。而中等頻率時，一方面，樣品長度減小，閉合疇的邊界效應(yīng)增強并成為影響磁化轉(zhuǎn)動過程的主要因素；另一方面，長度減小，電阻減小有利于GMI效應(yīng)，這兩方面作用使得存在一個最佳值時GMI效應(yīng)最強。直徑34μm的非晶絲、長度為7mm時，其 GM

5、I效應(yīng)最強，8MHz時ΔZ/Z達到86.1%。
　　利用高分辨透射電鏡觀察了不同直徑金屬絲的微觀結(jié)構(gòu)，并測試了其軟磁性能及其 GMI效應(yīng)。隨絲材直徑增加，凝固冷卻速率降低，非晶基體內(nèi)短程有序轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螤畹拈L程有序或納米晶，局域各向異性提高，軟磁性能降低，GMI效應(yīng)降低。而直徑較小的非晶絲，快的凝固冷卻速度導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力分布不均勻、絲材表面質(zhì)量下降，GMI效應(yīng)相對較低。直徑35μm左右的非晶絲既具有非晶態(tài)合金優(yōu)異的軟磁性能，又保證一定

6、的凝固時間，內(nèi)應(yīng)力分布均勻，GMI效應(yīng)較強。
　　對平行排列非晶絲的軟磁性能和GMI效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，兩絲距離小于8mm時，兩絲之間存在強的磁相互作用，導(dǎo)致兩絲磁化不同步，磁滯回線上存在兩個Barkhausen跳躍，GMI曲線出現(xiàn)雙峰。另外，由于非晶絲對電磁場有屏蔽作用，非晶絲數(shù)量增加，有效磁場降低；另一方面，磁交互作用下兩絲形成閉合磁路，有利于獲得大的環(huán)向磁導(dǎo)率。因而，兩絲距離增加，磁交互作用減弱，有效磁場提高，GMI效應(yīng)逐漸增強，

7、距離為8mm時，GMI效應(yīng)最強，10MHz時，單根絲ΔZ/Z為74.7%，并聯(lián)后達到172.4%。繼續(xù)增加樣品之間的距離到12mm，磁交互作用消失，兩絲磁化完全同步，GMI效應(yīng)相對降低。增加并聯(lián)樣品數(shù)量有利于進一步提高低頻GMI效應(yīng)，頻率升高，屏蔽效應(yīng)增強，兩絲并聯(lián)時GMI效應(yīng)更強。但三絲并聯(lián)，對稱磁交互作用使得 GMI多峰不明顯，因而提高了磁場響應(yīng)靈敏度，0.2MHz時達到0.81%/(A/m)。
　　對Co基非晶絲進行了不同工

8、藝的退火調(diào)制處理，發(fā)現(xiàn)通過磁場或者應(yīng)力場提高其環(huán)向疇體積，有利于獲得大的GMI效應(yīng)，而適當?shù)臋C械拉應(yīng)力(<100MPa)是提高GMI效應(yīng)及其磁場響應(yīng)靈敏度的有效方法。應(yīng)力場產(chǎn)生環(huán)向磁場作用下，磁疇重組，環(huán)向疇體積增加，因而其各向異性和GMI效應(yīng)大大提高。低頻時，84.5 MPa拉應(yīng)力可獲得最好的GMI效應(yīng)，如0.6MHz時，磁場響應(yīng)靈敏度達到4.2%/(A/m)。頻率升高，雖然ΔZ/Z逐漸升高，由于等效各向異性場Hm升高，小的拉應(yīng)力更適