提高巨磁阻抗(GMI)效应的方法讨论

本文从普通退火、焦耳退火、应力退火和磁场退火等方法出发,在分析各种热处理方式改善其软磁性能基础上,本文阐述了不管哪种退火方式,都需要通过大量的实验优化研究才能获得所需性能的工艺参数的观点。结合退火直接影响材料的磁导率可以由感生各向异性和一定的磁畴结构得以有效控制和改善的实际,在改善磁致伸缩金属材料的磁畴结构方面取得提高GMI效应的效果。

提高巨磁阻抗 ( GMI )效应的方法讨论付宏波

哈尔滨师范大学

物理与电子工程学院

黑龙江

哈尔滨

1 O 2 O 5 5

【摘要】本文从普通退火、焦耳退火、应力退火和磁场退火等方法出发，在分析各种热处理方式改善其软磁性能基础上，本文阐述了不管哪种退火方式，都需要通过大量的实验优化研究才能获得所需性能的工艺参数的观点。结合退火直接影响材料的磁导率可以由感生各向异性和一定的磁畴结构得以有效控制和改善的实际，在改善磁致伸缩金属材料的磁畴结构方面取得提高 GM l应的效果。效

【关键词】巨磁阻抗退火方法磁畴结构 中图分类号：04 .文献标识码：A文章编号：1 0 - 0 7 2 ) . 7— 2 82 9 4 6 ( 01 013 2 0 0 1基于软磁非晶丝巨磁阻抗效应 (￣ ) GⅡ传感器是近年来磁传感器领域的研究热点之一。非晶丝具有良好的软磁特陛：如低电阻率，导率，高磁高饱和磁感应强度，低矫顽力，低损耗以及特殊的磁畴结构等 .用其G效应制成磁传利 MI感器，出优点是微型化，其突高灵敏度，低速响应，高温度稳定性和低功耗。为了讨论软磁非晶丝巨磁阻抗效应的机理。非晶丝 G传感器的研究进展， MI应着重对敏感材料 l能及制备，￣器件结构形式，生 GⅡ传感电路等方面进行研究，并指出G t前存在的问题即将来的发鼹趋势。 MI￣本文最 G的应用作了展望。衩寸Ⅷ最后我将会给出在提高 GMI效应中可以用到的普通退火，耳退火，焦 火处理后，内应力部分消除，软磁性得到改善， GMI效应提高。 5 0 5经 0~5 0

℃退火处理，纳米晶产生，一方面纳米晶粒 (【 F S, 1n尺寸小于 c- e id一 0 m)交换关联长度，使宏观磁晶各向异性大大减小；另外一方面，晶化产生的 c一 e i【 F S晶粒具有负的磁致伸缩 ( s )抵消了非晶母体的正磁致伸缩， <O, 减小了磁弹性各向异性和磁晶各向异性，软磁性能和 G效应得到极大提 MI高。更高温度处理后，纳米晶粒长大，有更高磁晶各向异性的 F的化合物具 e产生使材料的磁晶各向异性增强，磁性能和G效应反而下

降。 (图 1软 MI如 )2.焦尔退火

应力退火，场退火等退火处理工艺的方法，磁并讨论一下退火过程中存在的问题及主要的研究内容。一

焦尔退火是通过样品的电流产生的焦耳热完成退火的过程，通过调并整电流密度来控制退火温度。电流一方面产生焦耳热，另一方面产生环向磁

、

提高 GMl效应的退火处理工艺

场，影响材料的环向各向异性。该法加热时间短，工艺要求简单，无需气体保护，退火效果较好，可重复性高。焦耳退火时，由于很难检测退火温度，一

退火是热处理工艺中常用的一种工艺，主要的退火方法有：普通退火、焦耳退火、退火和磁场退火。应力不管哪种退火方式，需要通过大量的实都验优化研究才能获得所需性能的工艺参数。1普通退火 .

般采用测试不同电流时的电阻值来确定样品的起始晶化电流。焦耳电流退火过程中，电流产生的环向磁场会感生环向各向异性。这

使焦耳电流退火更适合对圆截面的非晶丝进行退火，可以提高环向磁导率和

普通退火一般是工件保温过程完成后随炉缓慢冷却，当工件冷至50 0摄氏度以下可以出炉空冷。普通退火即在一定真空度、定温度下保温退火。一

GMI应。实上，方法确系提高非晶丝 GMI应的一种有效方法，效事该效对 C 6 .5 e .S1 .5 5 o 82F 45 i2 2B1熔体抽拉丝不同电流密度焦耳退火后的G研究 MI分析表明，火电流密度为 9 16 m2, MI退 70 A/时 G效应最强，由于感生各向异性的提高，对应的等效各向异性场则随退火电流密度的增加丽增加。对于 直径为 5 m的同一成分的熔体抽拉丝进行了焦耳电流退火，现在晶化 9“发

温度较低时，应力释放，对畴壁的阻碍作用也减小，善材料的软磁性应力改

能，而且部分内应力释放，感生各向异性增强，从而改善GMI效应如果退火温度过低于5 0C时， 2"磁导率温度系数与环境温度呈递增趋势，退火温度为 50 50C,递减趋势，在交流初始磁导率温度曲线上只出现一个 4 - 8￣时呈且高峰，火温度在 5 0 6"围内，退 2—5 0 C范磁性温度稳定性较高。火温度升高退至晶化温度附近时，晶析出，纳米影响畴壁移动或者磁矩转

动从而改变材料 软磁性能。火温度继续升高，退纳米晶长大，晶各向异性场增大，晶结磁非构被破坏，磁性能降低因此，软存在一个特定的退火温度区间，晶丝的非

起始电流(6mA) 10附近焦耳退火可大大提高这类丝的G效应，8 mA MI 10退火保温 1mi后， GMI应最强， MHz 0 n其效 7时最大阻抗变化率△ Z Z到/达

46 9而且对应的低频磁场响应灵敏度也大大提高。 7 .%,3.应力退火

退火时对样品施加一定强度的应力即应力退火，是一种通过外加应力提高磁弹性能，磁性材料的磁结构和磁性的退火处理方法。于具有负磁改善对致伸缩系数的金属丝，拉应力作用下为了降低磁弹性能，易磁化方向与应力

软磁性能可以大大改善。同温度下处理我们发现，不饱和磁化强度随退火温度表现出一种先增大后减小的趋势，而矫顽力则减小后增大。通过适当的退火处理，以提高非晶丝的饱和磁化强度，低矫顽力。可降

方向的夹角趋近于 9o,统的磁弹性 t me 0系￣E最低。因此，拉应力作用下，在 沿圆周方向的磁畴体积分数增加，加了等效各向异性场，增外加直流磁场对 周向磁化的影响也相应变化，并提高了G效应， G效应规律改变。 MI使 MI图 2 (e 3 u Nb .V2 i3 5 9为 F 7 C l 15 S1 .B水纺非晶丝张应力退火前后的G曲线。 MI

图 1F基丝不同温度退火前后的△ZZ随频率的变化 e/

图 1为 F6 .Cr0 u Nb Sl .B玻璃包裹非晶丝不同温度退火 e 35 l C l 3 i35 9后的阻抗变化率△Z Z/随频率在 1MHz下的变化曲线。 0以制备态样品内存在大的内应力和缺陷，软磁性能较差， GMI应相对弱。效 4 0 0℃退 0~5 04磁场退火 .

H l,●,1 t O.髓 ( . m磁场具有方向性，场热处理也具有方向性。磁对于非晶薄带、膜和薄

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中子商 . 21 . 1国电务 . 01 0

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