超磁致伸缩薄膜研究进展

综述了近几年国内外超磁致伸缩单层膜、多层膜的研究进展;介绍了超磁致伸缩薄膜的制备方法与性能表征;论述了TbDyFe单层薄膜的磁致伸缩和磁学性能以及其成分、应力、热处理、衬底温度等性能的影响因素;详述了超磁致伸缩多层膜组成和结构类型;讨论了热处理、磁场诱导和单层膜厚对多层膜在低场下磁致伸缩和磁学性能的影响,评述和展望了超磁致伸缩薄膜的国内外研发应用现状和发展趋势.     

TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备

采用双靶磁控溅射法制备了 TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜,考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:TbFe 磁致伸缩层与软磁 Fe层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;TbFe/Fe多层膜的磁致伸缩性能对热处理时间、Fe 层厚度、溅射功率、Ar 气分压等薄膜沉积参数十分敏感;与 TbFe 磁致伸缩薄膜相比TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜水平方向的矫顽力从 16kA/m降低到 9.6 kA/m。在外加磁场为8000 A/m条件下,TbFe/Fe磁致伸缩多层膜最大磁致伸缩系数可达1.58×10-4。     

TbDyFe-FeNi多层膜/光纤磁传感器特性研究

以TbDyFe-FeNi多层膜/光纤复合结构为研究对象,采用ANSYS软件对多层膜厚度及外加磁场对光纤中传输光波的磁致相位位移大小的影响规律进行了研究.ANSYS计算结果发现,磁致相位位移大小随着薄膜厚度增加而增大;由于TbDyFe-FeNi多层膜的磁致伸缩性能,磁致相位位移值随磁场强度变化关系出现良好的线性关系.搭建M-Z干涉仪,实验论证TbDyFe-FeNi多层膜/光纤复合结构的磁探测性能,进一步证实了ANSYS模拟计算结果.     

热处理温度对TbFe2/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的影响

采用直流磁控溅射在20mm×5mm×240μm抛光单晶硅片上制备了TbFe2/Fe磁致伸缩多层膜,主要研究了热处理温度对TbFe2/Fe磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数的影响.采用量热分析法(DSC)、XPS以及光杠杆测试法对TbFe2/Fe磁致伸缩多层膜的晶化曲线、成分随深度的变化以及磁致伸缩系数进行了分析与测试.结果表明TbFe2薄膜的起始晶化温度为327℃,晶化温度为372℃;TbFe2/Fe磁致伸缩多层膜的最佳热处理温度为327℃,在此热处理温度下热处理60min,外加磁场1.6×104A/m时,TbFe2/Fe磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数可达1.56×10-4.采用XPS分析了一个周期的TbFe2/Fe成分随薄膜深度的变化,未经热处理的薄膜Fe层和TbFe2层之间界面清晰,两层之间有少量的扩散.经327℃热处理60min的薄膜Fe层和TbFe2层界面发生了互扩散,原子数之比也发生了改变.     

夹心结构FeNi/Cu/FeNi多层膜巨磁阻抗效应研究

采用MEMS技术在玻璃基片上制备了夹心结构FeNi/Cu/FeNi多层膜,并在1～40MHz范围内研究了它的巨磁阻抗效应.纵向巨磁阻抗效应先随着外加磁场的增大而迅速增加,在某一磁场下达到最大值后随磁场的增加而逐渐减小.在频率为5MHz时,Hext为0.8kA/m时巨磁阻抗效应最大值达到32.06%.另外,夹心结构多层膜表现出较大的负巨磁阻抗效应,在频率5MHz,Hext=9.6kA/m时,负最大巨磁阻抗效应可达-24.50%.     

超磁致伸缩合金TbDyFe的晶体生长过程

用超高温度梯度真空悬浮区熔定向凝固法制备了TbDyFe超磁致伸缩合金,研究了TbDyFe合金的晶体生长方式、轴向择优取向和磁致伸缩性能.结果表明:用悬浮区熔法可制备出轴向择优取向为<110>方向和<113>方向的TbDyFe合金;在20MPa的预应力和5l7.5kA·m-1的磁场下,取向为<110>和<113>的合金样品的磁致伸缩系数分别为l.8×10-3和1.6×10-3.随着生长速度的增大,TbDyFe合金由小晶面生长方式向非小晶面生长方式转变;使用取向为<110>或<113>的晶粒作籽晶,能加快晶粒的择优竞争生长,有利于<110>方向或<113>方向的轴向择优取向的形成;高温退火能不同程度地提高合金的磁致伸缩性能.     

硬磁/软磁交换弹簧多层膜的研究进展

交换弹簧现象在近几年是国际、国内的研究热点,取得了很大的进展,其中硬磁/软磁交换弹簧多层膜是很有价值的磁性材料.详细叙述了硬磁/软磁交换弹簧多层膜的理论和实验进展,着重讨论了硬磁/软磁交换弹簧多层膜的构造和原理,以及硬磁/软磁交换弹簧多层膜的用途,如巨磁致伸缩、永磁体、磁电阻等.     

真空热处理对TbDyFe薄膜结构和磁学性能的影响

采用磁控溅射制备TbDyFe非晶薄膜,系统研究了不同温度和时间真空热处理对薄膜结构与磁学性能的影响.当热处理温度高于450℃时,薄膜中有磁致伸缩的RFe2结晶相形成.热处理使Tb0.28Dy0.72Fe2薄膜的易磁化方向从垂直于膜面向平行于膜面转变,并显著提高膜面内饱和磁化强度.450℃真空热处理60min后Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜饱和磁化强度较高、矫顽力低,更容易在低场下磁化,适于低场下作为磁致伸缩薄膜应用.     

三明治结构FeNi/Cu/FeNi多层膜巨磁阻抗效应研究

采用MEMS技术在玻璃基片上制备了三明治结构FeNi/Cu/FeNi多层膜,在1～40 MHz范围内研究了FeNi/Cu/FeNi多层膜中的巨磁阻抗效应特性.当磁场Ha施加在薄膜的长方向时,巨磁阻抗效应随磁场的增加而增加,在某一磁场下达到最大值,然后随磁场的增加而下降到负的巨磁阻抗效应.在频率为5MHz时,巨磁阻抗效应在磁场Ha=800 A/m时达到最大值26.6%.巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及发散有关.另外,当磁场施加在薄膜的短方向时,薄膜表现出负的巨磁阻抗效应,在频率5 MHz、磁场Ha=9600 A/m时,巨磁阻抗效应可达-15.6%.     

磁弹性型磁致伸缩多层膜的研究与开发

本文介绍了近年来对磁弹性型磁致伸缩多层膜的研究与开发，论述了研究过程中所探索出的一些多层膜的制备理论；探讨了包括多层膜的靶材选择、单层膜厚、层数、组织结构和真空热处理对其性能的影响。     

TbDyFe磁致伸缩薄膜悬臂梁弯曲性能的研究

以TbDyFe磁致伸缩薄膜悬臂梁为研究对象,采用有限元分析方法(FEM)对薄膜厚度及薄膜与衬底材料的弹性模量比对悬臂梁最大挠度值的影响规律进行了研究.通过FEM计算发现:当薄膜厚度小于衬底厚度的十分之一时,最大挠度值随薄膜厚度线性增加,计算结果与文献的理论计算结果吻合很好;当薄膜厚度为衬底厚度的一半时,悬臂梁的自由端挠度值达到最大.磁性薄膜与衬底材料有效弹性膜量比值的增加可以显著地提高悬臂梁的挠度值,同时挠度最大值向薄膜/衬底厚度比减少的方向移动.     

稀土超磁致伸缩材料的磁场热处理研究

超磁致伸缩材料是一种先进的能量转换材料,在高新技术和国防军工领域具有重要的应用价值。在概述TbDyFe超磁致伸缩材料的特点及发展现状基础上,重点介绍了<110>取向材料的磁场热处理研究。在实验方面,采用区熔定向凝固技术制备了<110>取向TbDyFe多晶材料,在略高于居里点温度退火时施加磁场,不改变晶体学择优取向和凝固组织,但能调控初始磁畴分布状态,改变服役时的磁矩运动过程,从而改善材料磁致伸缩和力学性能。在模拟研究方面,建立了基于能量最低原理的磁畴旋转模型,模拟了磁热感生各向异性诱导的初始磁矩再取向过程,得到了形成单轴各向异性的临界值;模拟了感生各向异性强弱对磁致伸缩"Jump"效应的影响规律,探讨了磁场热处理对<110>取向晶体磁致伸缩的作用机理。     

磁控溅射制备Cu/FeNi复合丝的巨磁阻抗效应

采用磁控溅射法制备了Cu/FeNi复合结构丝,并对其结构及巨磁阻抗(GMI)效应进行了研究.结果表明,Cu/FeNi复合结构丝具有良好的GMI效应,在较低频率下观察到的最大磁阻抗变化可达247.4%,同时发现FeNi铁磁层厚度对复合结构丝的软磁性能有重要影响,找到了复合结构丝铁磁层最佳厚度的范围,当厚度达到一定值时铁磁层内磁矩方向由环向分布转向复合丝长轴方向,表现出不同的GMI行为.     

Magnetostrictive phenomena in metallic materials and some of their device applications

The phenomenon of magnetostriction, or the change in a body's dimensions during the magnetization process, was first reported by Joule. Since then, the interaction between strain and the magnetization process has been studied extensively, particularly in the magnetic metals and alloys that have been found to be of technological importance. The purpose of this paper is to review magnetostrictive phenomena in metallic materials and to discuss a number of devices making use of magnetostriction. After presenting some fundamentals of magnetostriction, a review is given of magnetoelastic effects and magnetoelastically induced anisotropies in magnetic films. Some of the domain patterns and domain visualization techniques that have been found to be related to the magnetostrictive properties of magnetic materials are discussed. The application of magnetostrictive materials to memory devices is reviewed. Included are such areas as magnetostrictive delay lines, ferroacoustic memories of both the flat film and wire type, thermo-strictive recording, and fiat film displays and display memories.     

Adsorbed multilayer effects on the mechanical properties in nanometer indentation depth

Nanoindentation is a powerful technique for determining the mechanical properties of a material at the nanometer scale. In this study, the changes induced in the mechanical properties of a thin film by the presence of adsorbed multilayers are examined by performing nanoindentation tests with ultra-low indentation depths. The current findings suggest that the results obtained for the mechanical properties of thin films under nanoindentation will be overestimated if the effects of the adsorbed multilayers on reducing elastic recovery between the indenter and the substrate are not taken into consideration.     

电容位移法精确测量磁性薄膜的磁致伸缩系数

介绍了一种精确测量磁性薄膜磁致伸缩系数方法－电容位移法，并自行研制组装了一套测量装置，通过误差分析，仪器的精确标定，对稀土－铁超磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数进行了测量，获得满意的结果。     

TbDyFe中稀土元素的烧损对组织和性能的影响

在模拟实验低真空环境下,将Tb,Dy及Fe合金元素经过熔炼、定向凝固、热处理后,制备了Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.91)合金棒。测试合金棒的磁致伸缩性能,研究材料的组织结构,分析组织中缺陷产生的原因。结果表明:在低真空环境下,大量的孪生枝晶片层和普通孪晶组织产生,其中片层状孪晶具有良好的压磁效应和力学性能,而普通孪晶的产生对材料磁致伸缩性能产生不利影响。合金基体主要相为REFe_2与REFe_3耦合相,烧损导致合金的成分偏离,造成包晶REFe_2相和初生REFe3相的耦合生长。与此同时,存在由于热应力产生的微裂纹和稀土元素偏聚烧损后产生的孔洞。这些组织和缺陷对TbDyFe合金棒的磁致伸缩性能和力学性能产生不利影响。     

The influence of FeNi nanoparticles on the microstructures and soft magnetic properties of FeSi soft magnetic composites

In this work, a new type of FeSi/FeNi soft magnetic powder core (SMPC) was successfully fabricated by coating FeNi nanoparticles on the surface of FeSi micrometer powder. The effects of different contents of FeNi nanoparticles on the micromorphology, internal structures, and soft magnetic properties of SMPCs were studied. The results show that FeNi nanoparticles adhere to the surface of FeSi powder, which can effectively fill the air gap between FeSi powder and is beneficial to the compaction of the powder cores during the pressing process. Thus, the density of the SMPCs is increased. Compared to FeSi SMPCs, the comprehensive soft magnetic properties of FeSi/FeNi SMPCs have been greatly improved. When adding 15 wt% FeNi nanoparticles, the SMPCs exhibit excellent magnetic properties with high effective permeability (increased by 43.8 %) and low core loss (decreased by 22.1 %). The high performance FeSi/FeNi SMPCs prepared in this work are expected to be widely used in power choke coils, uninterruptible power supplies, and boosts and inverter inductors.