磁敏材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及磁敏材料及其制备方法。具体的，本发明专利技术涉及一种磁敏材料，其特征在于，该磁敏材料是包括金属芯和玻璃层的复合材料，其中该玻璃层包覆该金属芯，并且所述金属芯是非晶态材料且其组成按质量百分比包括：１－１５质量％的Ｆｅ；２－１２质量％的Ｓｉ；总量为２－２５质量％的选自Ｂ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ和Ａｌ中的一种或多种；以及余量的Ｃｏ。本发明专利技术还涉及该磁敏材料的制备方法。本发明专利技术的磁敏材料具有优异的响应速度、阻抗变化率和磁场灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性功能材料及该材料的制备方法。更具体的，本发 明涉及一种。
技术介绍
随着信息技术和计算机控制技术的发展，在电子通信设备、工业 测试设备以及军事应用领域中，对磁敏传感器的灵敏度、响应速度和 尺寸等性能提出了更高的要求。上世纪九十年代，在非晶棵丝中发现了巨磁阻抗效应(GMI效应)。巨磁阻抗效应指，在导体中通以交流 电流，导体的阻抗随外磁场的变化发生敏感的变化(参见K. Mohri， K. Kawashiwa， H. Yoshida， et al. ， IEEE Trans. Magn. ， 1992， 28:3150. ) 。 GMI效应是通过驱动电流产生的交流磁场和外加磁场与 材料磁畴结构相互耦合，造成趋肤深度的变化，从而引起材料阻抗的 变化。利用GMI效应制成的磁敏材料，其响应速度可以达到10_7秒， 磁场灵敏度达到10 —4奥斯特，性能明显高于传统磁敏材料。利用GMI 磁敏材料开发的传感器具有尺寸小、灵敏度高、响应速度快、探测磁 场范围宽、热稳定性好、抗腐蚀性强以及低功耗等特点。因此，这种 材料在传感器领域中表现出良好的应用前景。现有技术中，GMI磁敏材料主要是非晶带材和非晶棵丝形式(参 见L. Brunetti， P. Tiberto， et al., Materials Science and Engineering A， 2001， 304-306:961. C. Moron， M. T. Carracedo， et al.， Sensors and Actuators A， 2003, 106:217.)。非晶带材宽 度在毫米级别，这不利于传感器件的小型化。非晶棵丝采用内圓水纺 法制备，由此得到的丝材直径在IOO微米左右。需要通过后续的冷拔 工艺将这种丝材的直径下降到50微米以下。但是，这种后续的加工工艺复杂，导致生产效率低且产品成本高，限制了 GMI磁敏材料的广泛 应用，也无法满足当今的技术发展对于磁敏材料提出的更高的要求。 衡量GMI磁敏材料性能的参数主要有响应速度(响应速度定义为 1/f，其中f是测量频率)、阻抗变化率(阻抗变化率(AZ/Z)定义为 (Z(H) -Z(0))/Z(0) x 100%，其中Z(O)是外磁场H= 0时的阻抗，Z (H) 是任意磁场下的阻抗)和磁场灵敏度(磁场灵敏度定义为d(Z(H)-Z(0))/Z(0) x i(JO%)/dH)。在现有技术中，非晶带材和非晶棵丝在工 作频率高于lOMHz时，阻抗变化率和磁场灵敏度均明显下降，不利于 实际应用。由此可见，存在对于一种新型磁敏材料的需求，该材料需要具有 优异的响应速度、阻抗变化率和磁场灵敏度；同时，该材料可以制成 足够小的尺寸，以满足电磁器件日益小尺寸化的需要。相应的，也需 要一种生产上述磁敏材料的方法，从而能够高效、低成本的生产具有 上述特性的磁敏材料。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种磁敏材料，其响应速度不超过 107秒。本专利技术的另一个目的在于提供一种磁敏材料，其最大阻抗变 化率为200%以上。本专利技术的再一个目的在于提供一种磁敏材料，其磁 场灵敏度为100%/Oe以上。本专利技术通过提供一种磁敏材料实现了上述目的中的一个或多个， 该磁敏材料是包括金属芯和玻璃层的复合材料，其中该玻璃层包覆该 金属芯，其中所述金属芯是非晶材料且其组成按质量百分比包括1- 15质量％的Fe;2- 12质量％的Si;总量为2-25质量。/。的选自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中 的一种或多种元素；以及 余量的Co。本专利技术还涉及上述磁敏材料的制备方法，该方法包括如下步骤(1) 采用玻璃包覆纺丝法制备玻璃包覆非晶丝；(2) 采用直流焦耳处理的方法对步骤(1)中得到的玻璃包覆非 晶丝进行处理。其中处理时的电流密度为30-300A/mm2，电流密度的保 持时间为10-103秒。由此，制备出本专利技术的磁敏材料，该磁敏材料是包括金属芯和玻 璃层的复合材料，其中该金属芯是非晶材料。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点(1) 本专利技术的磁敏材料的响应速度达到1 x 10 — 7秒；同时，本发 明的磁敏材料保持高的阻抗变化率，最大阻抗变化率达到200%以上； /磁场灵敏度达到100%/0e以上；(2) 本专利技术的制备方法的工艺简单、环保且易于控制；本专利技术的 制备方法可以直接制备直径在70微米以下，优选在50微米以下的圆 截面非晶丝材；本专利技术的制备方法的工艺时间较短、生产成本低。因 此，本专利技术的制备方法有利于稳定、批量的生产；(3) 本专利技术的磁敏材料的直径在70微米以下，有利于器件的小型化；(4) 本专利技术的磁敏材料具有良好的力学性能，其断裂强度达到 lGPa以上，有利于器件的开发和生产；(5 )本专利技术的磁敏材料的玻璃层起到绝缘层的作用，其在500 摄氏度以上仍然能够保持绝缘性能。附图说明图1为本专利技术中采用玻璃包覆纺丝法制备玻璃包覆非晶丝的方法 示意图。图2为本专利技术的实施例1中得到的磁敏材料的阻抗变化率随磁场 变化的曲线。图3为本专利技术的实施例2中得到的磁敏材料的阻抗变化率随磁场 变化的曲线。图4为本专利技术的实施例3中得到的磁敏材料的阻抗变化率随磁场变化的曲线。图5为本专利技术的比较例1中得到的磁敏材料的阻抗变化率随磁场 变化的曲线。图6为本专利技术的比较例2中得到的磁敏材料的阻抗变化率随磁场 变化的曲线。具体实施方式本专利技术的磁敏材料是包括金属芯和玻璃层的复合材料，其中该玻 璃层覆盖该金属芯，其中所述金属芯是非晶材料且其组成按质量百分 比包括1- 15质量％的Fe;2- 12质量％的Si;总量为2-25质量。/。的选自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中 的一种或多种元素；以及 余量的Co。在本专利技术中，对于玻璃层的组成没有特别的限制。优选的，所述 玻璃层的组成按质量百分比包括 60-85质量％的Si02 ; 不高于15质量％的B203; 不高于5质量％的A1203; 不高于15质量％的Na20;总量不高于20质量％的选自K20、 Ba0、 Ca0和Mg0中的一种或多种。在本专利技术的一个优选实施方案中，金属芯的组成包括的3 - 8质 量。/。的Fe，优选包括4-7质量％的Fe。在本专利技术的另一个优选实施 方案中，金属芯的组成包括4-9质量％的Si。在本专利技术的另外的优 选实施方案中，金属芯的组成包括总量为2-15质量％的选自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中的一种或多种元素。对于本专利技术的磁敏材料的形状和尺寸没有特别的限制，而且本领域技术人员可以根据具体的需要来调整本专利技术的磁敏材料的形状和 尺寸。优选的，本专利技术的磁敏材料通常为丝材形式，优选该丝材的横 截面大致为圓形。对于这种丝材形式的磁敏材料，其金属芯直径优选为2-40微米，优选为5-35微米，更优选为10-30微米，最优选为 15-25微米。玻璃层厚度优选为卜15微米，更优选为5-10微米， 最优选为6-9微米。在另一个实施方案中，该丝材的直径为4-70 微米，优选为10-60微米，更优选为15 - 50微米，最优选为20 - 45 孩史米，进一步优选为25 - 40孩史米。本专利技术中磁敏材料的响应速度不超过1 x 10—7秒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁敏材料，其特征在于，该磁敏材料是包括金属芯和玻璃层的复合材料，其中该玻璃层包覆该金属芯，并且所述金属芯是非晶态材料且其组成按质量百分比包括：１－１５质量％的Ｆｅ；２－１２质量％的Ｓｉ；总量为２－２５质量％的选自Ｂ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ和Ａｌ中的一种或多种；以及余量的Ｃｏ。

【技术特征摘要】
1.一种磁敏材料，其特征在于，该磁敏材料是包括金属芯和玻璃层的复合材料，其中该玻璃层包覆该金属芯，并且所述金属芯是非晶态材料且其组成按质量百分比包括1-15质量％的Fe；2-12质量％的Si；总量为2-25质量％的选自B、Nb、Cu、Mn、Mo、Ni、Cr和Al中的一种或多种；以及余量的Co。2. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该磁敏材料的响应速度不超 过lxi(T秒，优选不超过1 x i(T秒。3. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该磁敏材料的最大阻抗变化 率为200°/。以上，优选为250%以上，更优选为300 %以上，最优选为 350。/o以上。4. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该磁敏材料的磁场灵敏度为 10(T/a/0e以上，优选为150%/0e以上，更优选为200。/。/Oe以上，最 优选为250 %/0e以上。5. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该金属芯的组成包括3-8 质量n/。的Fe，优选包括4-7质量％的Fe。6. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该金属芯的组成包括4-9 质量％的Si。7. 根据权利要求1的磁敏材料，其中该金属芯的组成包括总量为 2-15质量％的选自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中的一种或多 种元素。8. 根据权利要求1的磁敏材料，其中所述玻璃层的组成按质量百 分比包括 60-85质量％的Si02 ;不高于5质量％的A1203; 不高于15质量％的Na20;总量不高于20质量％的选自K20、 Ba0、 Ca0和Mg0中的一种或多种。9. 根据权利要求1 - 8中任何一项的磁敏材料，其中该磁敏材料 是丝材形式，且该丝材的横截面为圆形。10. 根据权利要求9的磁敏材料，其中该丝材的直径为4-70微 米，优选为10-60微米，更优选为15-50微米，最优选为20-45 ;敞米，进一步优选为25 - 40微米。11. 根据权利要求10的磁敏材料，其中该磁敏材料的金属芯的直 径为2-40...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈征，李德仁，卢志超，李健靓，张宏浩，张俊峰，刘辉，周少雄，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]