[发明专利]一种控制Co基非晶纤维形成芯-壳结构的方法及应用

说明书

一种控制Co基非晶纤维形成芯‑壳结构的方法及应用，属于功能材料的技术领域。为了获得具有纳米晶芯部‑非晶态壳层的多相复合结构的Co基非晶纤维，使其具有更好的力学及巨磁阻抗性能，本发明提供了一种控制Co基非晶纤维形成芯‑壳结构的方法，按照Co基非晶纤维中各组分的元素含量配制原料，使用熔体抽拉法制备出Co基非晶纤维，对Co基非晶纤维进行步进式直流电流退火获得芯‑壳结构的复合结构非晶纤维。本发明制备的具有芯壳结构的Co基非晶纤维可用于制备磁敏传感器。

技术领域

本发明属于功能材料的技术领域，具体涉及一种控制Co基非晶纤维形成芯-壳结构的方法及应用。

背景技术

非晶纤维的微观结构呈长程无序和短程有序态，且其具有良好的几何对称性、较小磁滞损耗和矫顽力、负或近零磁致伸缩系数、高磁导率、特殊磁畴结构和趋肤效应(SkinEffect)等特点，尤其是较高频率下的显著巨磁阻抗效应(giant magneto-impedance,GMI)明显优于非晶薄带、磁性薄膜和电沉积复合纤维等其它类型材料，故非晶纤维更适合作为GMI磁敏传感器用新型敏感材料(参见V.Zhukova,M.Ipatov,A.Zhukov.Thin MagneticallySoft Wires for Magnetic Microsensors.Sensors.2009,9:9216-9240.)。多相复合结构纤维是指在非晶纤维中，通过在制备过程中进行掺杂或后期调控处理，如退火等手段实现纳米晶的可控形核与长大，形成非晶-纳米晶的多相复合结构。早期的研究主要集中在Fe基非晶纤维当中，然可调控其单相的纳米晶粒尺寸，但GMI性能等相关性能参数较低，机械性能较差。近年来，Co基非晶纤维是多相复合结构纤维的研究热点之一，是较为理想的多相复合材料，但在后期调制退火处理后易形成较大尺寸纳米晶进而影响非晶纤维的GMI性能与机械性能，所以获得小尺寸均匀分布的纳米晶是制备调控Co基多相复合结构纤维的难点所在。哈尔滨工业大学刘景顺与陈东明等人(参见Liu J S,Cao F Y,Xing D W,etal.Enhancing GMI properties of melt-extracted Co-based amorphous wires bytwin-zone Joule annealing[J].)进行了初步的探索，经复合电流调制处理后产生了有序结构。

发明内容

为了提高非晶纤维的GMI性能以及机械性能，本发明提供了一种控制Co基非晶纤维形成芯-壳结构的方法，其特征在于，按照Co基非晶纤维中各组分的元素含量配制原料，使用熔体抽拉法制备出Co基非晶纤维，对Co基非晶纤维进行步进式直流电流退火获得芯-壳结构的复合结构非晶纤维。

进一步地限定，所述Co基非晶纤维成分为Co_68.15Fe_4.35Si_12.25B_15.25-xZr_x，其中x＝1、2或3。

进一步地限定，所述Co基非晶纤维芯部为纳米晶结构，壳部为非晶结构，所述壳部包覆芯部；所述Co基非晶纤维的直径为35-55μm，芯部直径25-45μm，壳层厚度2-10μm。

进一步地限定，所述熔体抽拉法制备Co基非晶纤维在高真空精密熔体抽拉设备中进行，所采用的真空度为10^-5Pa，电源加热功率18-20kW，Cu质辊轮线速度为20-25m/s、母合金进给速度30μm/s，辊轮夹角为60°。