[发明专利]一种β‑Mn相的三元素CoZnFe合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种β-Mn相的三元素CoZnFe合金及其制备方法。

背景技术

近年来，磁性斯格明子，一种新颖的拓扑稳定且具有粒子特性的磁结构，其特殊的自旋排列导致驱动其状态改变的电流密度要比驱动传统磁畴低5-6个量级，从而成为构建未来高密度、高速度、低能耗磁信息存储器件的理想候选材料。

根据理论预言和实验结果表明，存在斯格明子相的晶体结构有很多，但是在具有非中心对称结构的材料中具有这种磁信息存储的数量却屈指可数，主要集中在B20结构的合金以及多铁氧化物材料Cu₂OSeO₃中。这些材料体系由于居里温度低于室温等缺点，限制了其发展；之后，Tokunaga等人发现以β-Mn结构的Co₁₀Zn₁₀为母体，对其进行Mn元素掺杂制备的CoZnMn具有单一的β-Mn相，存在室温斯格明子态，但其弱磁性也限制了其在器件方面的应用。而如果能以β-Mn结构的Co₁₀Zn₁₀合金为母体，对其进行Fe元素的掺杂制备合成出单一β-Mn相的高质量CoZnFe合金，有可能在该体系中发现斯格明子相，将会推动其在磁信息存储器件方面的应用向前迈出一大步。

常用的制备合金的方法有电化学沉积、物理气相沉积和高温熔融等方法。电化学沉积制备工艺简单，能在常温下实现多种金属合金化合物的制备，此外还可以结合模板实现具有特定纳米结构的合金化合物的制备。但是通过电化学沉积制备的合金化合物一般晶体质量较差，结晶度较低，这严重制约了制备的化合物的应用价值。例如Liu Li-Hu等利用电化学沉积的方法实现CoZn合金的制备，但是其晶体的质量较差。此外，物理气象沉积制备的金属化合物由于受到残余应力等因素的影响，其晶体质量后序需要退火等过程来减弱残余应力来提高晶体质量。相对于其他方法而言，利用高温熔融法来实现合金的制备具有流程简单，通常是利用充分混合均匀的合金粉末在一定的温度下实现合金的制备。

迄今为止，尚未有实现具有单一β-Mn相的三元素CoZnFe合金的工作报道，也没有专利和文献报道过用此高温熔融的方法来实现三元素CoZnFe合金的制备。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种β-Mn相的三元素CoZnFe合金及其制备方法，本发明的设备要求简单，制备条件容易达到，制备的CoZnFe的晶体质量高，合金的成分容易控制，具有结晶度高，质量好的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种β-Mn相的三元素CoZnFe合金，CoZnFe合金为β-Mn相的三元素CoZnFe合金，化学组分为Co_xZn_yFe_z，由于β-Mn相所属的立方晶体单胞共有20个原子，其中x表示Co原子在CoZnFe合金单胞中的原子个数，y表示Zn原子在CoZnFe合金中单胞中的原子个数，z表示Fe原子在CoZnFe合金中单胞中的原子个数,x+y+z＝20，x＝8～10，y＝8～10，z＝2～4。

所述的当x＝9，y＝9，z＝2时，即CoZnFe合金为Co₉Zn₉Fe₂时，此合金具有单一的β-Mn相。

一种β-Mn相的三元素CoZnFe合金的制备方法，包括以下的步骤：

步骤一：将纯度为99.9％的Co粉末、Zn粉末和Fe粉末按照(2～4.5):(2～5):1的摩尔比混合一起，经过3～4h的充分研磨，得到均匀分布的制备CoZnFe合金的粉末混合体；

步骤二：将步骤一中得到的粉末混合体装入石英玻璃管，利用机械泵装置对石英玻璃管进行抽真空15～30min，然后对石英玻璃管进行封管使管内保持真空状态；

步骤三：把封管后的样品放入马弗炉中进行烧结，以180～200℃/h的速率快速升温到1000～1100℃，保持此温度10～12h；然后以1～1.5℃/h的速率降温到925～1025℃；在925～1025℃温度下保持70～75h；

步骤四：最后取出温度为925～1025℃的装有样品的石英玻璃管，并立即放在水中淬火，取出即可得到制备的β-Mn相的三元素CoZnFe合金样品。

所述的所述步骤二中的当机械泵抽真空后，石英玻璃管内的气压<10^-1Pa。

所述的步骤三中降温时间为75h。

本发明的有益效果：