磁性材料进展.pdf
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1、!#!年金属磁性功能材料新进展李国栋(中国科学院物理研究所北京!$#$)摘要本文是从!%年起关于金属磁性功能材料每年若干新进展综合评述的继续。这次内容包括:(!)多层膜巨磁电阻材料;(&)高硅和薄带取向硅钢材料;()()*!&型新稀土永磁材料;(+)稀土磁致冷新材料;(,)发展中的新)*-./系材料。关键词巨磁电阻材料硅钢材料新稀土永磁材料稀土磁致冷材料新)*0./系材料中图分类号1 2!&3&;14&%文献标识码.!#$%(%)*+,-(*$.%),-/0.-),#.*+(*)%,*+&,.!#!#$%&%((5 6 7 8 9 8:8*;?7 9 7,A 9 6*7*.B C*D?;E
2、 9*6 *7,F*9 G 9 6 H!$#$)1 2 3 4 5 1 6 4=I;H I*7 7;D*8 B/9 D B H 6*8 9 *;6 8*6 8 7 9 H 7 9/9 ;6B 6 C8 9 68 B L*;I 9*6 8*C 7 9/9 ;6 7 8*/D B 8*I 9 B/7;()()*!&8?L*6*KI B I*-*B I 8 L*I D B 6*6 8D B H 6*8 9 D B 8*I 9 B/7;(+)I B I*-*B I 8 D B H 6*8 9 I*I 9 H*I B 8 9;6D B 8*I 9 B/7 B 6 C(,)6*KC*J*/;L D*6 8
3、;)*-./7?7 8*DD B 8*I 9 B/7 37 8 9:;5 3 H 9 B 6 8D B H 6*8;-I*7 9 7 8 B 6 *D B 8*I 9 B/,7 9/9 ;6 7 8*/D B 8*I 9 B/,()*!&8?L*L*I D B 6*6 8D B H 6*8-9 D B 8*I 9 B/,D B H 6*8 9 I*I 9 H*I B 8 9;6D B 8*I 9 B/,6*K)*-./7?7 8*DD B 8*I 9 B/=多层膜巨磁电阻材料近年来,由于磁电子学的兴起、研究和应用,使巨磁电阻材料的研究和应用受到了广泛的重视。磁电子学是利用磁性材料中的电子磁矩(
4、自旋)与运动电子电荷的相互作用及其所产生效应而形成的一门磁学与电子学之间的边缘(交叉)科学。这门交叉科学既有多方面的新的值得研究的现象和效应,又有十分广阔的应用和应用前景。由外加磁场引起的一些磁性材料的电阻巨大变化(称为巨磁电阻效应)便是磁电子学中一项重要内容。在室温下具有巨磁电阻效应的巨磁电阻材料目前已有许多种类,例如,多层膜巨磁电阻材料,颗粒型巨磁电阻材料,氧化物型巨磁电阻材料,隧道结型磁电阻材料等。最近从实验上研究了双矫顽力型的 A;A:M 9)*A:6多层膜的巨磁电阻效应。因A;膜的矫顽力远大于M 9)*膜的矫顽力,故这种多层膜称为双矫顽力型多层膜。多层膜是采用高真空镀膜机,在真空度约
5、&N!$0,=B的高度真空下,蒸发速率为$3!$3&6 D7的条件下制成的。磁电阻是利用自制的#探针电阻仪测量的。分别研究了不同厚度的强磁性薄膜及不同厚度的弱磁性薄膜对于电阻0外加磁场相倚关系的磁电阻曲线的影响。实验结果表明,磁电阻曲线对于正、反方向的外磁场具有对称性,磁电阻在一定的外磁场(约!$N!+第%卷第期&$年O月金属功能材料4*8 B/9):6 8 9;6 B/4 B 8*I 9 B/7P;/Q%,M;Q R:6*,&$万方数据!#)下出现最大值(约$%&)。在减小弱磁性薄膜厚度时,可使磁电阻在外磁场为零时达到最大值。而在增加()*强磁性层厚度时,则可以减小其矫顽力。在弱磁性膜厚度适
6、当时,可以降低饱和磁化场的强度$。最近也研究了隧道结型巨磁电阻膜(+)*,-./0 1的巨磁电阻效应。实验样品是用超高真空多靶磁控溅射仪制备的。采用外部换掩膜的方法在玻璃衬底上依次沉积0 1电极、,-./层和0 1电极。,-./层是用等离子 体氧化法将,层氧化制得的。采用标准2探针法测量样品的磁电阻。实验研究结果显示,电压3电流(!#)曲线的磁电阻3磁场($%)曲线反映出样品的隧道性质,样品的结电阻改变约/个数量级,室温下隧道磁电阻率最大值可达约4&。还提出了改善磁电阻曲线和提高磁电阻率的方法-。!高硅和薄带取向硅钢材料长时期以来,在电力工业中大量应用的硅钢材料(常称硅钢片),在其性能改进试验
7、和研究方面已经取得了不少的成效,但是如何进一步改善磁性、降低损耗和降低成本仍然是重要的研究课题。虽然从研究中早就知道提高硅含量可以较显著地提高磁性和降低损耗,但却也增大材料的脆性,给生产和使用都带来很大的困难。为了杨长避短,最近采用化学蒸气淀积的制造工艺技术研制出含4 5 6&7(的硅钢片材料。在试验这样制成的高7(硅钢片在交变磁场下的电磁性能时,采用了脉冲宽度调制技术,使其含有6%8 9的基频波,也含有$4!8 9载频波和多种高次谐波。对利用这种含4 5 6&7(的硅钢片制成的电感器进行了电磁性能试验。试验结果表明,其电磁功率损耗要比利用一般晶粒取向的含/&7(的硅钢片制成的电感器降低约/%
8、&以上。这是因为含/&7(的晶粒取向硅钢片电阻率较低,因而使高次谐波损耗显著增大。但是,这种采用化学蒸气淀积新工艺在进行大量生产和降低制造成本等方面也还有不少问题需要继续研究/。在提高硅钢材料的磁性和降低其电磁损耗方面,除采用提高7(含量的方法外,还有采用使多晶硅钢材料的晶粒取向的方法也有较好的效果。这样制成的材料称为晶粒取向硅钢片。最近试验了一种研制较为经济方便,又可进一步改善电磁性能的新方法来制造晶粒取向硅钢薄带。这就是用大量生产的晶粒取向硅钢薄带(厚%5/#)作原料,再经过冷轧,使其厚度减小到%5$%#或%5$6#,再进行酸洗脱脂和退火处理后可得到电磁性能更好的硅钢薄带材料。大量的试验结
9、果显示,在冷轧压下率为4 4 5:&时,可以得到较为理想的晶粒取向织构,而在冷轧压下率为6%&时,其取向效果会降低;酸洗可以清除材料表面的残留物,降低表面活性度,因而可以改善材料的织构;退火温度对晶粒取向硅钢材料更有重要的影响,磁通密度在;%!$%的退火温度范围内,先随退火温度升高而增大,在约=%!=4%达到最大值后随退火温度升高而减小,铁芯损耗则是随温度的升高而先下降后升高,在约$%-%0 16型、-0 1$:型和?+)*+型三代“三高”稀土永磁材料(为稀土元素),而各种类型和各具特点的新型稀土永磁材料也正在国内外进行多方面的探索和研究。我国是世界稀土矿藏最丰富(约占世界蕴藏量/2以上)的国
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