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玻璃包覆合金微丝制备及其静磁和微波物性研究

邸永江  
【摘要】: 玻璃包覆磁性合金微丝作为一种新颖的一维合金—玻璃复合材料,具有独特的静磁和高频电磁性能。玻璃包覆合金微丝的突出特点是其磁弹各向异性能可以调控,而这和合金微丝的静磁及高频电磁性能直接相关。因此玻璃包覆合金微丝—电介质复合材料应该具有可调控的静磁、微波磁导率和介电常数。玻璃包覆合金微丝在高频滤波及吸波方面具有很大的研究价值和应用前景,但是目前这方面的研究还很少。本文系统地研究了玻璃包覆合金微丝的制备工艺、静磁性能和微波电磁性能,以及退火对其性能的影响。在理论上探讨了磁各向异性对静磁及微波物性的调控机理,并提出了用集体长度效应控制合金微丝的性能。在实验方面,重点研究了几何尺寸、长度、数量及退火处理对其性能的影响。 通过对玻璃包覆合金微丝静磁和微波电磁性能的理论分析和模拟,发现合金微丝的磁各向异性场取决于其内应力和长度;而内应力由合金微丝的成分和几何尺寸决定。合金微丝复合材料的微波介电常数通过微丝的阻抗受圆周磁导率的影响;微波磁导率主要取决于合金微丝的磁化强度及磁各向异性,磁各向异性越大,自然铁磁共振频率越高,磁导率越低。 采用氩气保护及水冷制备了分别具有正、负磁致伸缩系数,微丝直径在6.3~28.3μm和14.0~35.1μm之间的硼硅酸盐玻璃包覆的非晶Fe_(73.5)Cu_(1.0)Nb_(1.0)V_(2.0)Si_(13.5)B_(9.0)和Co_(69.1)Fe_(5.2)Ni_1B_(14.8)Si_(9.9)合金微丝。制备工艺研究表明,通过改变拉丝速度和熔融温度可以调控合金微丝的几何尺寸,而改变冷却速度可以调控合金微丝的微结构。 研究了玻璃包覆合金微丝的静磁性能,结果表明对于长度不太短的合金微丝,磁致伸缩系数、玻璃层厚度/合金芯直径比、微丝长度和数量越大,合金微丝的轴向磁各向异性和矫顽力越高。当一束合金微丝的数量增加到10左右时,磁各向异性显著增大。对于一束玻璃包覆合金微丝,Fe基微丝的临界长度在1~2 mm之间,Co基微丝的临界长度大于10 mm。 系统地研究了玻璃包覆合金微丝—电介质复合材料的微波电磁性能,发现合金微丝复合材料具有良好的电磁性能可调性。其电磁性能本质上和合金微丝的磁各向异性及复合材料中合金微丝的有效体积含量有关。由于介电常数和合金微丝的磁性能有关,电偶极子共振频率和自然铁磁共振有一定的相关性,其可调节范围可达数GHz。 研究了退火处理对玻璃包覆合金微丝的静磁性能和微波电磁性能的影响。玻璃包覆非晶FeCuNbVSiB和CoFeNiSiB合金微丝的软磁性能分别通过470℃和360℃的退火生成16~17 nm软磁颗粒和应力释放得到了改善。随着退火温度的升高,FeCuNbVSiB合金微丝复磁导率实部、复介电常数实部和电偶极子共振频率都先增加后降低,而磁损耗和自然铁磁共振频率则相反。经过470℃退火处理后合金微丝复合材料的磁导率实部最高,磁损耗最低,磁共振频率居中。


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