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预应变与应力退火对Sm-Fe系磁伸薄膜磁性能影响的研究

2020-12-29阅读(679)

预应变与应力退火对Sm-Fe系磁伸薄膜磁性能影响的研究

论文摘要

超磁致伸缩薄膜（Giant Magnetostrictive Film, GMF）由于具有很强的磁致伸缩效应、高的响应速度和机电耦合系数、低磁滞损耗及非接触式驱动等优点,有望用于微机电、微传感器等微型系统。而要使GMF元件适用于微系统,薄膜元件应具备优异的软磁特性及高的低场磁敏性。非晶GMF具有因长程无序而导致磁晶各向异性消失的特点,其磁结构及磁性能将受到应力诱导的磁弹各向异性与应力退火诱导的感生各向异性影响。利用应力诱导的磁弹各向异性与应力退火诱导感生各向异性可以改善薄膜软磁特性及低场磁敏性。本文采用离子束溅射（IBSD）法在不同预应变状态的盖玻片衬底上制备Sm-Fe系负磁致伸缩薄膜（Sm-Fe-B GMF）样品,并对无预应变衬底上制备的薄膜样品进行真空应力退火处理。实验采用能谱分析仪和XRD衍射仪分别研究了Sm-Fe-B GMF的成分及退火前后的微结构；借助磁力显微镜（MFM）、交变梯度磁强计（AGM）、静态磁伸特性测试系统及亥姆霍兹（Helmholtz）动态振动特性测试系统等分别研究不同预应变衬底上制备与真空应力退火后Sm-Fe-B GMF的磁畴结构、软磁特性、静态磁伸性能与动态振动特性（幅-频特性）。对薄膜样品成分与结构研究结果表明,通过本实验采用的制备方法所获Sm-Fe-B GMF成分为Sm29Fe69B2,薄膜样品表面平整、结构致密；在所拟定的退火工艺条件下,样品的微结构随退火温度变化略有改变,但仍保持非晶结构。对不同预应变衬底上制备的薄膜样品研究结果表明,衬底张预应变使得薄膜样品垂直于膜面的磁矩增强,而衬底压预应变使得薄膜样品垂直于膜面的磁矩减弱；衬底预应变引起样品的易磁化方向改变,使得样品的饱和磁致伸缩性能略有降低,但明显改善了样品的软磁性能与低场磁敏性；受衬底预应变影响,样品的磁化状态发生变化,导致其动态幅-频特性也随之变化。对真空退火样品的研究结果表明,自由退火与应力退火在样品中引入的磁各向异性导致磁畴结构发生变化；无论是自由退火还是应力退火,样品的饱和磁致伸缩性能降低,而软磁性能、低场磁敏性得到改善；其中,350℃张应力退火时,样品低场磁敏性有较大的改善；自由退火对样品共振频率影响较小而对振幅产生很大影响,应力退火对样品的共振频率与振幅都产生较大影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 超磁致伸缩材料概述
  • 1.1.1 磁致伸缩材料
  • 1.1.2 磁致伸缩机理
  • 1.1.3 稀土超磁致伸缩材料性能
  • 1.1.4 稀土超磁致伸缩块体材料的制备
  • 1.1.5 稀土超磁致伸缩薄膜的制备
  • 1.2 国内外研究进展
  • 1.2.1 超磁致伸缩薄膜的研究现状
  • 1.2.2 应力对磁性薄膜磁性能研究
  • 1.2.3 超磁致伸缩薄膜应用研究
  • 1.3 研究意义与目的
  • 1.4 选题依据
  • 1.5 主要研究内容
  • 第二章 实验研究方法
  • 2.1 薄膜的制备
  • 2.1.1 离子束溅射沉积法
  • 2.1.2 薄膜的制备
  • 2.1.3 应力生长法
  • 2.2 薄膜厚度与沉积速率
  • 2.3 衬底的选择与处理
  • 2.4 靶材的选择
  • 2.5 自由退火与应力退火
  • 2.6 薄膜结构及成分测试
  • 2.6.1 薄膜XRD测试
  • 2.6.2 薄膜成分测试
  • 2.6.3 薄膜表面形貌观测
  • 2.6.4 薄膜磁畴结构观测
  • 2.7 薄膜磁性能的测定
  • 2.7.1 软磁性能的测定
  • 2.7.2 静态磁致伸缩性能的测定
  • 2.7.3 动态振动特性测试
  • 第三章 Sm-Fe-B GMF表观形貌、微结构与成分分析
  • 3.1 实验样品表观形貌观察分析
  • 3.2 Sm-Fe-B GMF的XRD分析
  • 3.3 Sm-Fe-B GMF的成分与厚度分析
  • 3.4 Sm-Fe-B GMF的表面形貌分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 衬底预应变与应力退火对Sm-Fe-B GMF磁畴的影响
  • 4.1 引言
  • 4.2 衬底预应变对Sm-Fe-B GMF磁畴结构的影响
  • 4.3 自由退火对Sm-Fe-B GMF磁畴结构的影响
  • 4.4 应力退火对Sm-Fe-B GMF磁畴结构的影响
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 衬底预应变对Sm-Fe-B GMF磁性能的影响
  • 5.1 引言
  • 5.2 衬底预应变对Sm-Fe-B GMF软磁性能的影响
  • 5.3 衬底预应变对Sm-Fe-B GMF静态磁致伸缩性能的影响
  • 5.4 衬底预应变对Sm-Fe-B GMF动态振动特性的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 应力退火对Sm-Fe-B GMF磁性能的影响
  • 6.1 引言
  • 6.2 自由退火对Sm-Fe-B GMF磁性能的影响
  • 6.2.1 自由退火对Sm-Fe-B GMF软磁性能的影响
  • 6.2.2 自由退火对Sm-Fe-B GMF磁致伸缩性能的影响
  • 6.2.3 自由退火对Sm-Fe-B GMF动态振动特性的影响
  • 6.3 应力退火对Sm-Fe-B GMF的磁性能的影响
  • 6.3.1 应力退火对Sm-Fe-B GMF软磁性能的影响
  • 6.3.2 应力退火对Sm-Fe-B GMF磁致伸缩性能的影响
  • 6.3.3 应力退火对Sm-Fe-B GMF动态振动特性的影响
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历
  • 在读期间发表和录用的论文
  • 在学期间参加的科研项目

    • 相关论文文献

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