專利名稱：磁敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性功能材料及該材料的制備方法。更具體的，本發(fā) 明涉及一種磁敏材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，在電子通信設(shè)備、工業(yè) 測(cè)試設(shè)備以及軍事應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)磁敏傳感器的靈敏度、響應(yīng)速度和 尺寸等性能提出了更高的要求。上世紀(jì)九十年代，在非晶棵絲中發(fā)現(xiàn)了巨磁阻抗效應(yīng)(GMI效應(yīng))。巨磁阻抗效應(yīng)指，在導(dǎo)體中通以交流 電流，導(dǎo)體的阻抗隨外磁場(chǎng)的變化發(fā)生敏感的變化(參見(jiàn)K. Mohri， K. Kawashiwa， H. Yoshida， et al. ， IEEE Trans. Magn. ， 1992， 28:3150. ) 。 GMI效應(yīng)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)與 材料磁疇結(jié)構(gòu)相互耦合，造成趨膚深度的變化，從而引起材料阻抗的 變化。利用GMI效應(yīng)制成的磁敏材料，其響應(yīng)速度可以達(dá)到10_7秒， 磁場(chǎng)靈敏度達(dá)到10 —4奧斯特，性能明顯高于傳統(tǒng)磁敏材料。利用GMI 磁敏材料開(kāi)發(fā)的傳感器具有尺寸小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、探測(cè)磁 場(chǎng)范圍寬、熱穩(wěn)定性好、抗腐蝕性強(qiáng)以及低功耗等特點(diǎn)。因此，這種 材料在傳感器領(lǐng)域中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有技術(shù)中，GMI磁敏材料主要是非晶帶材和非晶棵絲形式(參 見(jiàn)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.)。非晶帶材寬 度在毫米級(jí)別，這不利于傳感器件的小型化。非晶棵絲采用內(nèi)圓水紡 法制備，由此得到的絲材直徑在IOO微米左右。需要通過(guò)后續(xù)的冷拔 工藝將這種絲材的直徑下降到50微米以下。但是，這種后續(xù)的加工工藝復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低且產(chǎn)品成本高，限制了 GMI磁敏材料的廣泛 應(yīng)用，也無(wú)法滿足當(dāng)今的技術(shù)發(fā)展對(duì)于磁敏材料提出的更高的要求。 衡量GMI磁敏材料性能的參數(shù)主要有響應(yīng)速度(響應(yīng)速度定義為 1/f，其中f是測(cè)量頻率)、阻抗變化率(阻抗變化率(AZ/Z)定義為 (Z(H) -Z(0))/Z(0) x 100%，其中Z(O)是外磁場(chǎng)H= 0時(shí)的阻抗，Z (H) 是任意磁場(chǎng)下的阻抗)和磁場(chǎng)靈敏度(磁場(chǎng)靈敏度定義為d(Z(H)-Z(0))/Z(0) x i(JO%)/dH)。在現(xiàn)有技術(shù)中，非晶帶材和非晶棵絲在工 作頻率高于lOMHz時(shí)，阻抗變化率和磁場(chǎng)靈敏度均明顯下降，不利于 實(shí)際應(yīng)用。由此可見(jiàn)，存在對(duì)于一種新型磁敏材料的需求，該材料需要具有 優(yōu)異的響應(yīng)速度、阻抗變化率和磁場(chǎng)靈敏度；同時(shí)，該材料可以制成 足夠小的尺寸，以滿足電磁器件日益小尺寸化的需要。相應(yīng)的，也需 要一種生產(chǎn)上述磁敏材料的方法，從而能夠高效、低成本的生產(chǎn)具有 上述特性的磁敏材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種磁敏材料，其響應(yīng)速度不超過(guò) 107秒。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種磁敏材料，其最大阻抗變 化率為200%以上。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種磁敏材料，其磁 場(chǎng)靈敏度為100%/Oe以上。本發(fā)明通過(guò)提供一種磁敏材料實(shí)現(xiàn)了上述目的中的一個(gè)或多個(gè)， 該磁敏材料是包括金屬芯和玻璃層的復(fù)合材料，其中該玻璃層包覆該 金屬芯，其中所述金屬芯是非晶材料且其組成按質(zhì)量百分比包括1- 15質(zhì)量％的Fe;2- 12質(zhì)量％的Si;總量為2-25質(zhì)量。/。的選自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中 的一種或多種元素；以及 余量的Co。本發(fā)明還涉及上述磁敏材料的制備方法，該方法包括如下步驟(1) 采用玻璃包覆紡絲法制備玻璃包覆非晶絲；(2) 采用直流焦耳處理的方法對(duì)步驟(1)中得到的玻璃包覆非 晶絲進(jìn)行處理。其中處理時(shí)的電流密度為30-300A/mm2，電流密度的保 持時(shí)間為10-103秒。由此，制備出本發(fā)明的磁敏材料，該磁敏材料是包括金屬芯和玻 璃層的復(fù)合材料，其中該金屬芯是非晶材料。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1) 本發(fā)明的磁敏材料的響應(yīng)速度達(dá)到1 x 10 — 7秒；同時(shí)，本發(fā) 明的磁敏材料保持高的阻抗變化率，最大阻抗變化率達(dá)到200%以上； /磁場(chǎng)靈敏度達(dá)到100%/0e以上；(2) 本發(fā)明的制備方法的工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保且易于控制；本發(fā)明的 制備方法可以直接制備直徑在70微米以下，優(yōu)選在50微米以下的圓 截面非晶絲材；本發(fā)明的制備方法的工藝時(shí)間較短、生產(chǎn)成本低。因 此，本發(fā)明的制備方法有利于穩(wěn)定、批量的生產(chǎn)；(3) 本發(fā)明的磁敏材料的直徑在70微米以下，有利于器件的小型化；(4) 本發(fā)明的磁敏材料具有良好的力學(xué)性能，其斷裂強(qiáng)度達(dá)到 lGPa以上，有利于器件的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)；(5 )本發(fā)明的磁敏材料的玻璃層起到絕緣層的作用，其在500 攝氏度以上仍然能夠保持絕緣性能。


圖1為本發(fā)明中采用玻璃包覆紡絲法制備玻璃包覆非晶絲的方法 示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1中得到的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例2中得到的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例3中得到的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng)變化的曲線。圖5為本發(fā)明的比較例1中得到的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線。圖6為本發(fā)明的比較例2中得到的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的磁敏材料是包括金屬芯和玻璃層的復(fù)合材料，其中該玻 璃層覆蓋該金屬芯，其中所述金屬芯是非晶材料且其組成按質(zhì)量百分 比包括1- 15質(zhì)量％的Fe;2- 12質(zhì)量％的Si;總量為2-25質(zhì)量。/。的選自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中 的一種或多種元素；以及 余量的Co。在本發(fā)明中，對(duì)于玻璃層的組成沒(méi)有特別的限制。優(yōu)選的，所述 玻璃層的組成按質(zhì)量百分比包括 60-85質(zhì)量％的Si02 ; 不高于15質(zhì)量％的B203; 不高于5質(zhì)量％的A1203; 不高于15質(zhì)量％的Na20;總量不高于20質(zhì)量％的選自K20、 Ba0、 Ca0和Mg0中的一種或多種。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬芯的組成包括的3 - 8質(zhì) 量。/。的Fe，優(yōu)選包括4-7質(zhì)量％的Fe。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 方案中，金屬芯的組成包括4-9質(zhì)量％的Si。在本發(fā)明的另外的優(yōu) 選實(shí)施方案中，金屬芯的組成包括總量為2-15質(zhì)量％的選自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中的一種或多種元素。對(duì)于本發(fā)明的磁敏材料的形狀和尺寸沒(méi)有特別的限制，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的需要來(lái)調(diào)整本發(fā)明的磁敏材料的形狀和 尺寸。優(yōu)選的，本發(fā)明的磁敏材料通常為絲材形式，優(yōu)選該絲材的橫 截面大致為圓形。對(duì)于這種絲材形式的磁敏材料，其金屬芯直徑優(yōu)選為2-40微米，優(yōu)選為5-35微米，更優(yōu)選為10-30微米，最優(yōu)選為 15-25微米。玻璃層厚度優(yōu)選為卜15微米，更優(yōu)選為5-10微米， 最優(yōu)選為6-9微米。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該絲材的直徑為4-70 微米，優(yōu)選為10-60微米，更優(yōu)選為15 - 50微米，最優(yōu)選為20 - 45 孩史米，進(jìn)一步優(yōu)選為25 - 40孩史米。本發(fā)明中磁敏材料的響應(yīng)速度不超過(guò)1 x 10—7秒，優(yōu)選不超過(guò)1 x 10—8秒；最大阻抗變化率為200%以上，優(yōu)選為250%以上，更優(yōu)選為 300%以上，最優(yōu)選為350%以上；磁場(chǎng)靈敏度為100。/。/Oe以上，優(yōu)選 為150%/Oe以上，更優(yōu)選為200%/Oe以上，最優(yōu)選為250%/Oe以上。本發(fā)明的磁敏材料的制備方法，包括如下步驟(1) 采用玻璃包覆紡絲法制備玻璃包覆非晶絲；(2) 采用直流焦耳處理的方法對(duì)步驟(1)中得到的玻璃包覆非 晶絲進(jìn)行處理以得到磁敏材料，其中處理時(shí)的電流密度為 30-300A/mm2，電流密度的保持時(shí)間為10-103秒。本發(fā)明中玻璃包覆非晶絲采用玻璃包覆紡絲法制備，圖l為該方 法的示意圖，該制備方法例如包括如下的子步驟(a )將母合金(11)放在玻璃管(12 )中，其中母合金(11)具 有與上述金屬芯對(duì)應(yīng)的組成；(b)加熱母合金(11)，使玻璃管(12)內(nèi)的母合金(11)熔化 并依靠母合金(11 )融化時(shí)的熱量使玻璃管(12 )底部軟化；(c )從玻璃管(12 )底部拉出(13 )玻璃毛細(xì)管(l5 )，該毛細(xì) 管(15)中填充著母合金(11)熔體；(d)冷卻(14)拉出的毛細(xì)管(15)及其中的母合金熔體，其中 該冷卻足以使母合金熔體形成非晶態(tài)且使玻璃毛細(xì)管(15)硬化。對(duì)于母合金及得到該母合金的方法沒(méi)有特別的限制，只要用于本 發(fā)明方法的該母合金具有所述預(yù)定的組成。對(duì)于加熱母合金的方式?jīng)]有特別的限制，只要其能夠使母合金熔 化而同時(shí)保證玻璃管僅發(fā)生軟化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用感 應(yīng)加熱系統(tǒng)對(duì)母合金進(jìn)行加熱。感應(yīng)加熱系統(tǒng)是為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 熟知的加熱方式，其通過(guò)電磁感應(yīng)原理僅僅對(duì)母合金進(jìn)^f于加熱，而不 會(huì)對(duì)玻璃管進(jìn)行直接的加熱。但是，玻璃管會(huì)由于母合金熔化時(shí)的熱 量而發(fā)生軟化，因此采用電》茲感應(yīng)加熱方式實(shí)現(xiàn)了母合金的熔化和玻 璃管的軟化。對(duì)于由玻璃管拉出玻璃毛細(xì)管的方式?jīng)]有特別的限制，只要其能 夠拉出具有所需尺寸的玻璃毛細(xì)管，且該玻璃毛細(xì)管中填充著母合金 熔體。對(duì)于冷卻步驟所采用的具體冷卻方式?jīng)]有特別的限制，只要該冷 卻能夠使母合金以足以形成非晶態(tài)材料的冷卻速率冷卻。優(yōu)選的，該冷卻速率為106K/s以上?？梢允褂玫睦鋮s方式是水冷，本發(fā)明采用向 拉出玻璃毛細(xì)管噴冷卻液的方式。冷卻液可以是水、油等，冷卻液的 流量為5升/秒以上，優(yōu)選6升/秒以上。本發(fā)明中采用直流焦耳處理的方法處理步驟(l)中得到的玻璃包 覆非晶絲，該焦耳處理方法例如包括如下的子步驟(a)將玻璃包覆非晶絲的導(dǎo)電部位與直流電源的輸出端連接； (b )通過(guò)該直流電源，在玻璃包覆非晶絲的金屬芯上施加電流以 達(dá)到所述的電流密度，并持續(xù)所述的保持時(shí)間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，直流焦耳處理工藝參數(shù)為電流密 度30-300A/mm2,電流密度的保持時(shí)間10-103秒。其中，電流密度定 義為1/S，其中I為在金屬芯上通過(guò)的電流大小，S為金屬芯的截面積。 上述后處理工藝減小了材料中的剩余內(nèi)應(yīng)力，感生了環(huán)向各向異性， 有利于提高材料的最大阻抗變化率和材料磁場(chǎng)靈敏度。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，上述步驟(2)中的所述電流密度可以 為100 - 270 A/W，優(yōu)選150 - 250 A/mm2，更優(yōu)選170 - 230 A/mm2。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，上述步驟(2)中的所述保持時(shí)間可 以為50 - 800秒，優(yōu)選IOO- 600秒，更優(yōu)選150 - 500秒，最優(yōu)選200-400秒。對(duì)于直流電源沒(méi)有特別的限制，只要能夠輸出所需電流。為了將步驟(1 )中制得的玻璃包覆非晶絲與直流電源的輸出端連接，可以預(yù)先采用下述的HF溶液腐蝕方法對(duì)玻璃包覆非晶絲進(jìn)行如下處理(a )將玻璃包覆非晶絲放入塑料套管中，將需要?jiǎng)冸x玻璃層的部 位露在塑料套管外；(b)將塑料套管口密封后，將含有玻璃包覆非晶絲的塑料套管放 入濃度為45 %的HF溶液當(dāng)中進(jìn)行處理；處理時(shí)間為l-10分鐘；(c )達(dá)到所需處理時(shí)間后，將含有玻璃包覆非晶絲的塑料套管取 出，并用清水清洗。在上述工藝中，對(duì)于塑料套管沒(méi)有特別的限制，只要不與HF溶液 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于塑料套管口密封沒(méi)有特別的限制，只要不與HF 溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的粘結(jié)材料。對(duì)于磁敏材料的清洗沒(méi)有特別的限制， 只要將HF溶液清洗干凈。實(shí)施例1按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例1的磁敏材料(1)原料選擇母合金的組成按質(zhì)量百分比包含5.5質(zhì)量％的 Fe、 4. 25質(zhì)量。/。的Si、 3. 25質(zhì)量％的B、 1.5質(zhì)量。/。的Nb;和余量 的Co;玻璃管的組成按質(zhì)量百分比包含81質(zhì)量％的Si02、 13質(zhì)量％ 的B203、 2質(zhì)量。/。的Ah03、 2質(zhì)量％的Na力和2質(zhì)量％的K20。(2 )利用包括下述子步驟的玻璃包覆紡絲法制備出本發(fā)明的玻璃 包覆非晶絲(a) 將具有上述組成的母合金放在具有上述組成的玻璃管中；(b) 采用感應(yīng)加熱的方法加熱母合金，使母合金熔化并達(dá)到1250 攝氏度，玻璃管底部依靠母合金融化時(shí)的熱量軟化；(c) 從玻璃管底部拉出外徑36微米，內(nèi)徑20微米的毛細(xì)管，該 毛細(xì)管中填充著母合金熔體；(d )采用水冷的方式對(duì)拉出的毛細(xì)管及其中的母合金熔體進(jìn)行冷卻，流量為6升/秒。由此制得的玻璃包覆非晶絲的金屬芯具有與母合金相同的組成， 且玻璃層具有與玻璃管相同的組成。玻璃包覆非晶絲的金屬芯直徑為 20微米，玻璃層厚度為8微米。采用HF溶液腐蝕的方法將該磁敏材料兩端的玻璃層剝離，作為導(dǎo) 電部位。(3 )采用直流焦耳處理的方法對(duì)得到的玻璃包覆非晶絲進(jìn)行后處 理，工藝參數(shù)為電流密度180A/mm2,電流保持時(shí)間300秒。經(jīng)過(guò)上 述處理后，得到實(shí)施例1的磁敏材料。如圖2所示為采用上述方法制備的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線，測(cè)量時(shí)磁敏材料的驅(qū)動(dòng)電流為lmA,測(cè)量頻率為lOOMHz。作為測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中所得到的磁敏材料的響應(yīng)速度為lx 10—8秒，最大阻抗變化率為338%;在0-2 Oe磁場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)靈敏 度為158%/Oe。實(shí)施例2按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例2的磁敏材料 (1)原料選擇母合金的組成按質(zhì)量百分比包含5.5質(zhì)量％的 Fe、 4. 25質(zhì)量y。的Si、 3. 25質(zhì)量％的B、 1.5質(zhì)量。/。的Nb;和余量 的Co;玻璃管的組成按質(zhì)量百分比包含81質(zhì)量％的Si02、 13質(zhì)量％ 的B203、 2質(zhì)量％的人1203、 2質(zhì)量％的Na力和2質(zhì)量％的K20。(2 )利用玻璃包覆紡絲法制備出本發(fā)明的玻璃包覆非晶絲。具體 工藝參照實(shí)施例1。玻璃包覆非晶絲的金屬芯具有與母合金相同的組 成，且玻璃層具有與玻璃管相同的組成。玻璃包覆非晶絲的金屬芯直 徑為20微米，玻璃層厚度為8微米。采用HF溶液腐蝕的方法將該磁敏材料兩端的玻璃層剝離，作為導(dǎo) 電部位。(3)采用直流焦耳處理的方法對(duì)該玻璃包覆非晶絲進(jìn)行后處理，工藝參數(shù)為電流密度210A/mm2，電流保持時(shí)間300秒。經(jīng)過(guò)上述處 理后，得到實(shí)施例2的磁敏材料。如圖3所示為采用上述方法制備的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線，測(cè)量時(shí)磁敏材料的驅(qū)動(dòng)電流為lmA，測(cè)量頻率為lO眼Hz。作為測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中所得到的磁敏材料的響應(yīng)速度為10一8 秒，最大阻抗變化率為368%;在0-1. 9 Oe磁場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)靈敏度 為18 30/0/Oe。實(shí)施例3按如下方法制備本發(fā)明實(shí)施例3的磁敏材料(1)原料選擇母合金的組成按質(zhì)量百分比包含5.0質(zhì)量％的 Fe、 7. 0質(zhì)量。/。的Si、 3. 2質(zhì)量％的B、 2. 8質(zhì)量。/。的Cr;和余量的 Co;玻璃管的組成按質(zhì)量百分比包含81質(zhì)量％的Si02、 13質(zhì)量％的 B203、 2質(zhì)量。/。的Ah03、 2質(zhì)量％的Na20和2質(zhì)量％的K20。(2 )利用玻璃包覆紡絲法制備出本發(fā)明的玻璃包覆非晶絲。具體 工藝參照實(shí)施例1。玻璃包覆非晶絲的金屬芯具有與母合金相同的組 成，且玻璃層具有與玻璃管相同的組成。玻璃包覆非晶絲的金屬芯直 徑為16微米，玻璃層厚度為7微米。采用HF溶液腐蝕的方法將磁敏材料兩端的玻璃層剝離，作為導(dǎo)電 部位。(3)采用直流焦耳處理的方法對(duì)該玻璃包覆非晶絲進(jìn)行后處理， 工藝參數(shù)為電流密度180A/mm2,電流保持時(shí)間300秒。經(jīng)過(guò)上述處 理后，得到實(shí)施例2的磁敏材料。如圖4所示為采用上述方法制備的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線，測(cè)量時(shí)磁敏材料的驅(qū)動(dòng)電流為lmA，測(cè)量頻率為lOOMHz。作為測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中所得到的磁敏材料的響應(yīng)速度為10_s 秒，最大阻抗變化率為274%;在0-1 Oe磁場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)靈敏度為 260%/Oe。比較例1按如下方法制備本發(fā)明比較例1的磁敏材料 (1)原料選擇母合金的組成按質(zhì)量百分比包含5.5質(zhì)量％的 Fe、 4. 25質(zhì)量。/。的Si、 3. 25質(zhì)量％的B、 1.5質(zhì)量M的Nb;和余量 的Co;玻璃管的組成按質(zhì)量百分比包含81質(zhì)量％的Si02、 13質(zhì)量％ 的B203、 2質(zhì)量％的人1203、 2質(zhì)量％的Na力和2質(zhì)量％的K20。(2 )利用玻璃包覆紡絲法制備出本發(fā)明的玻璃包覆非晶絲。具體 工藝參照實(shí)施例1。玻璃包覆非晶絲的金屬芯具有與母合金相同的組 成，且玻璃層具有與玻璃管相同的組成。玻璃包覆非晶絲的金屬芯直 徑為20微米，玻璃層厚度為8微米。采用HF溶液腐蝕的方法將該磁敏材料兩端的玻璃層剝離，作為導(dǎo) 電部位。(3)采用直流焦耳處理的方法對(duì)該玻璃包覆非晶絲進(jìn)行后處理， 工藝參數(shù)為電流密度350A/mm2，電流保持時(shí)間300秒。經(jīng)過(guò)上迷處 理后，得到比較例l的磁敏材料。如圖5所示為采用上述方法制備的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變4匕的曲線，測(cè)量時(shí)磁敏材料的驅(qū)動(dòng)電流為lmA，測(cè)量頻率為lOOMHz。作為測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中所得到的磁敏材料的響應(yīng)速度為10—8 秒，最大阻抗變化率為39%;在0-10e磁場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)靈敏度為 34%/Oe。比較例2按如下方法制備本發(fā)明比較例2的磁敏材料(l)原料選擇母合金的組成按質(zhì)量百分比包含5.5質(zhì)量％的 Fe、 4. 25質(zhì)量Q/。的Si、 3. 25質(zhì)量％的B、 1.5質(zhì)量。/。的Nb;和余量 的Co;玻璃管的組成按質(zhì)量百分比包含81質(zhì)量％的Si02、 13質(zhì)量％ 的B203、 2質(zhì)量％的入1203、 2質(zhì)量％的Na力和2質(zhì)量％的K20。(2 )利用玻璃包覆紡絲法制備出本發(fā)明的玻璃包覆非晶絲。具體 工藝參照實(shí)施例1。玻璃包覆非晶絲的金屬芯具有與母合金相同的組成，且玻璃層具有與玻璃管相同的組成。玻璃包覆非晶絲的金屬芯直徑為20微米，玻璃層厚度為8微米。經(jīng)過(guò)上述方法后，得到比較例2制備態(tài)的磁敏材料。不對(duì)該材料 進(jìn)行采用焦耳處理方法的后處理。采用HF溶液腐蝕的方法將該磁敏材料兩端的玻璃層剝離，作為導(dǎo) 電部位。如圖6所示為采用上述方法制備的磁敏材料的阻抗變化率隨磁場(chǎng) 變化的曲線，測(cè)量時(shí)磁敏材料的驅(qū)動(dòng)電流為lmA，測(cè)量頻率為lOOMHz。作為測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中所得到的磁敏材料的響應(yīng)速度為10一8 秒，最大阻抗變化率為31%;在0-2. 50e磁場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)靈敏度為 12%/0e。
權(quán)利要求
1.一種磁敏材料，其特征在于，該磁敏材料是包括金屬芯和玻璃層的復(fù)合材料，其中該玻璃層包覆該金屬芯，并且所述金屬芯是非晶態(tài)材料且其組成按質(zhì)量百分比包括1-15質(zhì)量％的Fe；2-12質(zhì)量％的Si；總量為2-25質(zhì)量％的選自B、Nb、Cu、Mn、Mo、Ni、Cr和Al中的一種或多種；以及余量的Co。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該磁敏材料的響應(yīng)速度不超 過(guò)lxi(T秒，優(yōu)選不超過(guò)1 x i(T秒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該磁敏材料的最大阻抗變化 率為200°/。以上，優(yōu)選為250%以上，更優(yōu)選為300 %以上，最優(yōu)選為 350。/o以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該磁敏材料的磁場(chǎng)靈敏度為 10(T/a/0e以上，優(yōu)選為150%/0e以上，更優(yōu)選為200。/。/Oe以上，最 優(yōu)選為250 %/0e以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該金屬芯的組成包括3-8 質(zhì)量n/。的Fe，優(yōu)選包括4-7質(zhì)量％的Fe。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該金屬芯的組成包括4-9 質(zhì)量％的Si。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中該金屬芯的組成包括總量為 2-15質(zhì)量％的選自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中的一種或多 種元素。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的磁敏材料，其中所述玻璃層的組成按質(zhì)量百 分比包括 60-85質(zhì)量％的Si02 ;不高于5質(zhì)量％的A1203; 不高于15質(zhì)量％的Na20;總量不高于20質(zhì)量％的選自K20、 Ba0、 Ca0和Mg0中的一種或多種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 - 8中任何一項(xiàng)的磁敏材料，其中該磁敏材料 是絲材形式，且該絲材的橫截面為圓形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的磁敏材料，其中該絲材的直徑為4-70微 米，優(yōu)選為10-60微米，更優(yōu)選為15-50微米，最優(yōu)選為20-45 ;敞米，進(jìn)一步優(yōu)選為25 - 40微米。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的磁敏材料，其中該磁敏材料的金屬芯的直 徑為2-40微米，優(yōu)選為5-35微米，優(yōu)選為10-30微米，最優(yōu)選為 15 - 25微米。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的磁敏材料，其中該磁敏材料的玻璃層厚度 為1-15樣￡米，優(yōu)選為5-10微米，更優(yōu)選為6-9孩i米。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1 - 12中任意一項(xiàng)的磁敏材料的制備方法，該 方法包括如下步驟(1) 采用玻璃包覆紡絲法制備玻璃包覆非晶絲；(2) 采用直流焦耳處理的方法對(duì)步驟(1)中得到的玻璃包覆非 晶絲進(jìn)行處理以得到磁敏材料，其中處理時(shí)的電流密度為 30-300A/mm2，電流密度的保持時(shí)間為10-103秒。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中步驟(2)中的所述電流密度 為100 - 270 A/mm2，優(yōu)選150 — 250 A/mm2，更優(yōu)選170 - 230 A/mm2。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中步驟(2)中的所述保持時(shí)間 為50 - 800秒，優(yōu)選IOO- 600秒，更優(yōu)選150 - 500秒，最優(yōu)選200 - 400秒。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13-15中任意一項(xiàng)的方法，其中步驟(l)中 包括以下子步驟(a)將母合金放在玻璃管中，其中母合金的組成按質(zhì)量百分比包括1- 15質(zhì)量％的Fe;2- 12質(zhì)量％的Si;總量為2-25質(zhì)量。/。的選自B、 Nb、 Cu、 Mn、 Mo、 Ni、 Cr和Al中 的一種或多種元素；以及 余量的Co。(b )加熱母合金，使玻璃管內(nèi)的母合金熔化并依靠母合金融化時(shí) 的熱量使玻璃管底部軟化；(c) 從玻璃管底部拉出玻璃毛細(xì)管，該毛細(xì)管中填充著母合金熔體；(d) 冷卻拉出的毛細(xì)管及其中的母合金熔體，其中該冷卻足以使 母合金熔體形成非晶態(tài)且使玻璃毛細(xì)管硬化，得到玻璃包覆非晶絲。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任意一項(xiàng)的方法，其中步驟(2)中包括以下子步驟(a)將玻璃包覆非晶絲的導(dǎo)電部位與直流電源的輸出端連接； (b )通過(guò)該直流電源，在玻璃包覆非晶絲的金屬芯上施加電流以達(dá)到所述電流密度，并持續(xù)所述的保持時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁敏材料及其制備方法。具體的，本發(fā)明涉及一種磁敏材料，其特征在于，該磁敏材料是包括金屬芯和玻璃層的復(fù)合材料，其中該玻璃層包覆該金屬芯，并且所述金屬芯是非晶態(tài)材料且其組成按質(zhì)量百分比包括1-15質(zhì)量％的Fe；2-12質(zhì)量％的Si；總量為2-25質(zhì)量％的選自B、Nb、Cu、Mn、Mo、Ni、Cr和Al中的一種或多種；以及余量的Co。本發(fā)明還涉及該磁敏材料的制備方法。本發(fā)明的磁敏材料具有優(yōu)異的響應(yīng)速度、阻抗變化率和磁場(chǎng)靈敏度。
文檔編號(hào)C22C33/06GK101236817SQ20071030195
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者輝 劉, 盧志超, 周少雄, 張俊峰, 張宏浩, 李健靚, 李德仁, 征 陳 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司