[发明专利]一种复合永磁薄膜的制备方法及复合永磁薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁薄膜的制备方法，尤其涉及一种复合永磁薄膜的制备方法及采用该方法制备的复合永磁薄膜。

背景技术

磁力驱动是MEMS技术中较为常用的驱动力来源。限于温度等因素，其磁源材料常采用常温电沉积工艺制备的永磁薄膜。文献[Trifon M. Liakopoulos, Wenjin Zhang, and Chong H. Ahn, Micromachined Thick Permanent Magnet Arrays on Silicon Wafers, IEEE Transactions on Magnetics. Vol.32. No.5, 1996]介绍了一种采用电沉积工艺制备CoNiMnP永磁薄膜阵列的工艺。为了进一步提高该类永磁薄膜的磁性能，有研究者提出在永磁合金薄膜中加入永磁颗粒（例如永磁铁氧体颗粒、永磁合金颗粒等）从而构成复合永磁薄膜。例如，文献[焦峰，曲宁松，朱增伟，李学磊，复合电沉积制备纳米钡铁氧体/钴镍合金磁性镀层，机械工程材料，Vol.33 No.12，2009]提出了一种复合电沉积的制备复合永磁薄膜的方法，即在镀液中加入了纳米铁氧体颗粒，通过优化电沉积工艺可制备出纳米铁氧体/钴镍合金磁性复合镀层，该工艺可显著提高镀层的最大磁能积和矫顽力。但在沉积过程中，由于重力作用及对镀液的强力搅拌，使得沉积于基体表层的永磁颗粒含量较低。另外，已有文献报道[Hyoung J. Cho, Shekhar Bhansali, and Chong H. Ahn, Electroplated thick permanent magnet arrays with controlled direction of magnetization for MEMS application, J. Appl. Phys., Vol. 87, No. 9, 1 May 2000]，在沉积过程中，通过在两电极间设置平行磁场，可在沉积的同时将合金薄膜进行磁取向，能够进一步提高材料的磁性能。

在复合磁性薄膜镀层中，当不考虑颗粒与合金镀层材料间的磁相互作用，则采用永磁颗粒与合金进行复合沉积所得材料的饱和磁化强度M_s可表示为下式：

M_s=M_pw_p+M_mw_m，

其中w_p和w_m分别为永磁颗粒与薄膜合金在复合镀层中的质量分数；M_p和M_m分别为永磁颗粒与薄膜合金的饱和磁化强度。由该式可知，当M_p高于M_m时，增加复合镀层中颗粒的含量，将有助于提高整个复合镀层的磁性能。

然而，在现有的复合沉积过程中，分散在镀液中的永磁颗粒易沉淀；同时在电镀过程中，阴极产生的氢气气泡易使磁性颗粒脱离镀层；；此外，由于沉积过程中存在强力搅拌，易使吸附于基体的永磁颗粒发生脱落，无法大幅度的提高镀层中永磁颗粒的含量，从而限制了复合镀层的磁性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有电沉积方法制备复合永磁薄膜时所存在的不足，提供一种永磁薄膜的制备方法，该方法能够大幅提高复合永磁薄膜中永磁颗粒的含量，从而提升复合永磁薄膜的磁性能。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种复合永磁薄膜的制备方法，所述复合永磁薄膜由永磁颗粒和永磁合金薄膜复合构成，所述永磁颗粒的饱和磁化强度大于所述永磁合金的饱和磁化强度；该制备方法具体如下：首先利用电泳工艺将所述永磁颗粒沉积于基体表面；然后利用外加磁场使永磁颗粒保持吸附于基体表面的状态；最后利用电沉积工艺将永磁合金薄膜镀于基体表面。

所述永磁颗粒优选永磁铁氧体颗粒或永磁合金颗粒。

所述永磁颗粒可以为纳米或微米级颗粒，本发明优选纳米颗粒。

根据本发明制备方法，可得到一种复合永磁薄膜，由永磁颗粒和永磁合金薄膜复合构成，所述永磁颗粒的饱和磁化强度大于所述永磁合金的饱和磁化强度；所述复合永磁薄膜采用上述方法制备。