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钐钴基高温稀土永磁材料的制备与磁性能研究

彭龙  
【摘要】: 当工作温度从常温发展至高温时,要求永磁材料的磁性能随温度的变化尽量小,因此有必要发展温度稳定性良好的永磁材料。微磁器件领域用永磁材料必须以薄膜形态直接沉积在要求提供磁场的元器件上,才能适应各种微电子和微机械系统高性能和高可靠性的要求。随着近年来微磁器件工作环境温度的提高,以及在微细加工技术中产生的不可避免的高温,永磁薄膜的高温磁学行为日益受到重视。但是传统的永磁材料难以满足高温应用要求。自上世纪九十年代以来,高温永磁材料的研究在磁学和磁性材料领域已经成为广泛关注的问题之一。 钐钴(SmCo)基稀土永磁材料具有良好的内禀磁学特性和低的温度系数,是目前制备高温永磁材料的首选。本文针对高温领域用SmCo基永磁块体和薄膜材料,结合SEM、EDS、XRD、AFM、DSC、VSM等表征手段展开研究工作。首先,采用粉末冶金工艺制备烧结SmCo基永磁体,研究了制备工艺参数和成分对其磁性能的影响,实验开发出了两种应用温度达到500℃的磁体;并进一步研究了SmCo基永磁体在带开口磁环的周期永磁(PPM)聚焦系统中的应用,在分析了轴向磁化开口磁环的磁场空间分布规律后,设计并成功制作了带开口磁环的PPM聚焦系统。然后,采用磁控溅射工艺制备SmCo基薄膜材料,研究了溅射工艺参数对薄膜的成分、微观结构和磁性能的影响,探讨了SmCo基多元合金薄膜的成分变化规律;随后研究了溅射态非晶薄膜的晶化动力学过程及晶化处理工艺对SmCo基薄膜的微观结构和磁性能的影响,成功合成了TbCu7型晶体结构的薄膜材料。其次,研究了SmCo基薄膜的厚度、基片加热温度、缓冲层材料及其厚度对薄膜矫顽力的影响,有效地改善了薄膜的生长取向和磁性能。最后,对25~300℃范围内SmCo基薄膜磁性能的温度依赖关系进行了研究,并为该薄膜材料设计了不同的磁路结构,分析和计算了磁系统工作气隙磁场的分布情况,为薄膜在微磁器件领域的应用提供重要参考。


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