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1、纳米晶软磁材料 这是一类新型的软磁材料。通过熔体快淬法（轧辊法）制得的非晶态条带，如被加热到它们的晶化温度以上保持一段时 间（这种热处理称为退火），非晶态条带就会开始晶化，内部组织从非晶态向晶态转变。如 果控制这种退火处理的温度和时间得当，就能控制条带内部的微观结构，使得已经晶化的晶 粒尺寸控制在1015nm的范围内，而且，这些晶粒在形态上是弥散地分布在残余的非晶相 之中，这样就可以得到纳米晶材料。例如，成分为FeYBsCuNbsSi/Bg非晶态合金在550C 退火1小时后在最佳磁性能的状态下，内部包含三个相，一是体心立方结构的FeSi相，其 成分为20%Si和80%Fe （原子百分比）；第二
2、相是尚未晶化的残余非晶相，包含大约10% 15%的Nb和B,约占总体积的20%30%；第三相是大大富集的Cu团簇。少量铜和铌的 加入是使这类纳米微晶成为优异软磁材料的关键。它们都不溶解于体心立方结构的FeSi相。 但是，Cu原子团簇在退火早期的形成，使其成为FeSi晶粒的成核中心，促进了 FeSi晶粒 的成核。Nb进入残余非晶相可以阻止FeSi晶粒的长大，同时可以在晶化过程中，抑制Fe2B 相的形成。如果退火温度高于600CFe2B相就会首先形成，从而导致性能的全面恶化。对于纳米晶合金，存在一交换耦合长度为L0=A/K11/2o这里，A是交换常数，是合金铁 磁相的磁晶各向异性常数。对于Fe-C
3、u-Nb-Si-B合金，L=35nm。当晶粒尺寸小于L。时，相 邻晶粒中的磁矩将通过交换作用而趋于平行排列。因此，局部各向异性应对交换耦合长度范 围内所包含的晶粒数求平均，于是，材料的有效各向异性常数为K=K1（D/L0）6=K14D6/A3。式中，D是纳米晶粒的尺寸。对于20%Si-80%Fe的合金，K1=8x103J/m3，由上式算出，对 于纳米微晶，平均各向异性常数K将比K1小大约三个数量级，只有0.5J/m3左右，因此 可降低材料的矫顽力。由于Fe-Si晶粒相和残余非晶相的磁致伸缩系数符号相反（前者为负， 后者为正），所以包含这两相的合金的入将减小，估计由此可使磁导率提高一个数量级。这
4、S种合金的畴壁很厚，假定残余非晶相的磁晶各向异性可以忽略，由畴壁厚度公式8=n（A/K）1/2算得为3ym,畴壁厚度远大于晶粒尺寸。由此，沿畴壁厚度方向，包含了大约200300 个 FeSi 小晶粒。这种情况和传统材料正好相反，正是这种结构，尽管晶粒尺寸小到只 有10nm,但是两相界面不再可能对畴壁产生较大的钉扎作用。此外，因为Fe-Si晶粒的尺 寸为10nm，而晶粒与晶粒之间的间隔距离为12nm，即残余非晶相的体积分数不大，所 以合金的饱和磁感应强度仍可高达1.5T，比著名的高磁导率的坡莫合金（Ni79Fe21）和钻基 非晶态合金要高。对于厚度为18ym的条带，在惰性气体保护下，于550C退
5、火1小时，FeSi 晶粒尺寸为13nm,相应的软磁性能为：片kHz=100000，Bs=1.24T，Hc=0.5A/m,损耗远低于 坡莫合金，和钻基非晶差不多。近年来，这类纳米晶合金除了用作软磁合金外，又有了新的用途。因为它们具有巨磁阻抗效 应，即当高频电流通过条带的同时，如沿条带再施加一直流磁场，条带交流阻抗的相对变化 竟高达 80%400%，而且显示出很高的磁场灵敏度，因此，成为十分优异的高灵敏磁传感 器的新材料。除了 Fe73 5Cu1Nb3Si13 5B9外，属于纳米晶软磁材料还有Fe-M-C、Fe-M-N （M=Ta, Hf, Ti,Nb, Zr）和Fe-M-O（M=Zr, Hf）薄
6、膜等。这些材料是通过溅射法制得非晶态薄膜，然后, 将其在一定温度下晶化得到两相组织。一相是晶粒尺寸为10nm左右的体心立方的富Fe相 （bcc Fe）,另一相是尺寸为13nm的碳化物（如TaC）、氮化物（如ZrN）或氧化物相， 它们分布在邻近晶粒的晶界交叉点处。由于碳化物或氮化物的晶粒尺寸小于富Fe晶粒尺寸, 富 Fe 晶粒之间的磁性耦合得以维持；又因为碳化物或氮化物的晶粒尺寸远小于畴壁厚度， 它们不会对畴壁运动进行钉扎。因此，这类薄膜材料具有良好的软磁性能。典型值为0, =5000, B =1.6 1.7T,入=10讥 Fe-M-0 （M=Zr, Hf）薄膜在高达 100MHz 的频率下1MHzss仍有高的磁导率，典型性能为0100MH =2000, B=1.5T,九=（13）x10-6。100MHz
纳米晶软磁材料
