一、化學成分
1、磁性元素含量:
鐵磁性元素(如鐵、鈷、鎳或其組合)的含量對磁性起關鍵作用。例如,鐵基非晶納米晶材料中,鐵含量的增加通常會提高飽和磁化強度。
2、類金屬元素的作用:
硅、硼、碳等類金屬元素,也稱為玻璃化元素,它們的存在不僅能降低合金的熔點,使其更容易形成非晶態,還會影響材料的磁性。比如,適量的硼可以改善非晶納米晶材料的軟磁性能。
3、微量元素的添加:
添加少量的其他微量元素(如鈮、鉬等),可能會通過改變材料的晶體結構、缺陷狀態或電子結構等,對磁性產生顯著影響。例如,鈮的添加可以提高非晶相的熱穩定性,細化熱處理后合金的晶粒尺寸,進而改善軟磁性和退火脆性。
二、微觀結構
1、非晶態與納米晶態的比例:
非晶態和納米晶態的相對含量會影響材料的整體磁性。一般來說,納米晶相的存在可以提高材料的飽和磁化強度,而非晶相則有助于降低磁滯損耗,二者比例的優化是獲得良好磁性的關鍵。
2、晶粒尺寸和分布:
納米晶的晶粒尺寸及其分布對磁性有重要影響。較小且均勻分布的晶粒尺寸,通常有利于提高材料的磁導率和降低矯頑力。如果晶粒尺寸過大或分布不均勻,可能導致材料內部的磁疇結構不均勻,從而影響磁性。
3、缺陷和界面:
材料中的缺陷(如空位、位錯等)和界面(如非晶相與納米晶相之間的界面)會影響磁矩的排列和運動,進而影響磁性。例如,缺陷可能會阻礙磁疇壁的移動,導致矯頑力增加;而良好的界面結構有助于提高材料的磁性能。
三、制備工藝
1、冷卻速度:
在材料制備過程中,快速凝固是形成非晶態的關鍵。極高的冷卻速度(如每秒一百萬度以上)可以使原子來不及整齊排列而被 “凍結” 成非晶態。冷卻速度越快,越容易形成非晶態,且非晶態的結構越穩定,對磁性的影響也越大。例如,對于鐵基非晶合金,當冷卻速度不足時,可能會導致部分晶化,使材料的磁性下降。
2、退火處理:
退火溫度、時間和氣氛等退火工藝參數對非晶納米晶材料的磁性有重要影響。適當的退火處理可以促使非晶基體中納米晶的形成和生長,優化材料的微觀結構,從而改善磁性;但如果退火溫度過高或時間過長,可能會導致過度晶化,使磁性惡化。
3、成型壓力:
在采用粉末冶金等方法制備非晶納米晶材料時,成型壓力會影響材料的致密度和微觀結構。合適的成型壓力可以使材料更加致密,減少孔隙和缺陷,有利于提高磁性;但過高的成型壓力可能會導致材料內部產生應力,反而對磁性產生不利影響。
四、外部條件
1、溫度:
溫度變化會影響非晶納米晶材料的磁性。一般來說,隨著溫度的升高,材料的飽和磁化強度會降低,矯頑力可能會先降低后增加,居里溫度附近磁性會發生顯著變化。例如,在居里溫度以下,材料具有鐵磁性;而在居里溫度以上,鐵磁性消失,轉變為順磁性。
2、磁場強度:
外加磁場強度的大小和方向也會影響材料的磁性。在一定范圍內,增加磁場強度可以提高材料的磁化程度,使飽和磁化強度增加;而強磁場可能會導致材料的磁結構發生變化,影響其磁性穩定性。
3、應力:
材料所受的應力狀態會改變其磁疇結構和磁矩的排列方式,從而影響磁性。例如,拉應力可能會使材料的磁導率降低,矯頑力增加;而壓應力的作用則相反。