磁材料及製造方法及磁材料在傳感和數據存儲中的應用的製作方法

2023-06-29 11:01:26 4

專利名稱：磁材料及製造方法及磁材料在傳感和數據存儲中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁材料及製造方法以及該磁材料在傳感和高密度數據存儲中的
應用，特別涉及一種複合永磁薄膜材料及製造方法以及該複合永磁薄膜材料在傳感和高密 度數據存儲中的應用。
背景技術：
隨著信息和智能技術的發展，人們對信息檢測能力和低成本、高性能的信息存儲 系統的要求越來越高。 作為信息檢測或感測方面的結果，眾多以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器 被開發出來，例如富士公司申請的02116113. 5號中國專利公開的一種磁性傳感器使由導 電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層接觸、通過改變硬層的電阻率 而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流，但這類傳感器不能產生一個以上的信號。
另一方面，磁存儲系統特別是硬碟產品的存儲密度越來越高。提高存儲密度的傳 統方法是減少存儲介質的尺寸，結果導致介質材料的顆粒尺寸越來越小，出現了 "寫"磁頭 產生的過大的磁場對要寫的存儲單元的相鄰單元產生幹擾、過小的磁場不能對具有大的各 向異性場的存儲單元有效地寫信息、以及磁的熱噪聲引起的信噪比(SNR)下降的問題。人 們進行了各種努力來尋找解決上述問題的方法。 因此，探索研究具有期望磁性能的材料成分範圍以及納米複合結構的構築方法是 十分必要的。本發明的申請人公開了具有新型的微結構的磁材料和該材料可用的材料成分 範圍，該磁材料能夠防止存儲單元受到來自外部磁場的幹擾、克服存儲介質的熱不穩定問 題、在一定程度上增強信噪比。同其他同類材料相比，本發明的磁材料生產成本低，在傳感 和高密度數據存儲中有良好的應用前景。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種能夠防止外部磁場的幹擾的、具有高信噪比的、低 生產成本的、可用於傳感和高密度數據存儲的磁性材料。本發明的另一個目的是提供該磁 材料在傳感和高密度數據存儲中的應用。本發明的另一個目的是提供該磁材料的製造方 法。 根據本發明的一個方面，可以使用具有特別的微結構的磁材料實現上述以及其它 目的。所述磁材料包括強磁材料區和間強磁材料區，其中，所述強磁材料區中的磁性微粒相 對集中，所述磁性微粒的存在與分布使得所述強磁材料區總體上具有滿足磁應用所需要的 磁參數，所述間強磁材料區將一個或多個所述強磁材料區包圍或分離開來。
在根據本發明的磁材料中，所述強磁材料區和/或所述間強磁材料區的大小和分 布是由實際應用和/或生產工藝來確定的，以最大程度上提高性能和降低生產成本。
在根據本發明的磁材料中，所述磁性微粒的存在與分布是非同一和非均勻的。這 在一定程度上減少了對加工工藝的要求。所述磁性微粒可以包括釹鐵硼{6304和/或鈷合
3金。所述磁性微粒還可以包括稀土 _鈷合金、稀土 _鐵合金、稀土 _鐵碳合金和/或稀土 _鐵 氮合金。所述磁材料還可以是納米複合材料。 在根據本發明的磁材料中，所述間強磁材料區不含或很少含磁性微粒。這樣，能更
好地屏蔽外部磁場並減少在強磁材料區的磁性微粒的相互作用。 根據本發明的一個方面，公開了一種使用了所述磁材料的傳感器，具體地說，所述
間強磁材料區不含或很少含導電磁性微粒從而整體上是電絕緣的、而所述強磁材料區中的 導電硬磁性材料是導電和/或半導電的並且具有不同的電阻率，這樣，能夠通過改變導電 硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層的電阻率而產生一個以上的信號。 根據本發明的一個方面，公開了一種使用了所述磁材料的磁存儲介質，具體地說， 該磁存儲介質具有襯底、軟磁底層、磁存儲層和保護層，所述磁存儲層為採用了上面的實施 例所述的磁材料。所述間強磁材料區不含或很少含磁性微粒以屏蔽外部磁場並減少在位於 不同的強磁材料區中的磁性微粒的相互作用，在強磁材料區中相對集中的磁性微粒之間的 交換耦合相互作用有利於減少熱噪聲和外部磁場幹擾以及提高信噪比。這樣的磁存儲介質 能夠更容易低成本地在產業上實現。 根據本發明的一個方面，公開了本發明的磁材料的一種製造方法。本發明的磁材 料的製造方法包括如下步驟(l)生長納米碳陣列；(2)將初加工的磁材料採用熔體快淬法 進行加工；(3)將上述非晶帶進行晶化處理；(4)將上述晶化處理的磁體粉碎，可選地，加入 具有高飽和磁場強度的金屬材料和稀土和類金屬；(5)在磁場強度大於16k0e(千奧)壓力 大於3T/cm2(頓/平方釐米)條件下拌上粘結劑取向壓制固化，得到粘結磁體；(6)將上述 粘結磁體包套後置入放電等離子燒結裝置中進行燒結及熱壓變形；(7)將燒結後的磁材料 填充入生成的納米碳陣列中。


通過下文中對本發明的實施例的介紹並結合附圖，可以更清楚地理解本發明的上 述和其它目的、特徵和其它優點，在附圖中
圖1是示出了磁材料及其應用的示意圖； 圖2是示出了根據本發明的實施例的磁材料的局部結構的示意圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施例。 圖1是示出了磁材料及其應用的示意圖。圖1中箭頭所指的小方塊為磁微粒構成 的存儲單元(位元)，帶有線圈的"寫"磁頭的線圈與信道電子部分相連接，當信道接收到寫 數據的指令時，就產生對應的電流，使"寫"磁頭產生磁場，使介質磁化來存儲信息。希捷公 司新推出的產品Barracuda 7200. 10的存儲密度為128. 2Gb/in2(位/平方英寸)，位密度 為926kBPI(bit per inch,每英寸位數)，位密度這個參數確定了材料的強磁材料區與間強 磁材料區的之和的大小，即大約為30nm(納米)。強磁材料區和間強磁材料區的各自大小需 考慮到實際應用和/或生產工藝來確定，以便在達到期望磁參數的同時降低生產成本。
(實施例一) 圖2是示出了根據本發明的實施例的磁材料的局部結構的示意圖，其中以深色格部分表示間強磁材料區，以無色格部分表示強磁材料區。 間強磁材料區中包括矽等非磁材料，強磁材料區充滿具有高飽和磁化強度和高矯 頑力的磁納米線材料。 在本實施例中，納米線材料的飽和磁化強度Ms為800emu/cc(電磁系單位/立方釐 米)，矯頑力HK為16kOe，平均粒子直徑D為7. 5nm。強磁材料區和間強磁材料區各由2個 納米線組成，高度為15nm。這樣的設計實現了上面所列的Barracuda 7200. 10的位密度的 要求。研究顯示，這樣的設計的存儲介質的IO年後的位衰率(bit decay rate)小於3%， 比10%左右的工業要求好很多。
(實施例二 ) 本實施例與實施例一的微結構設計相同，不同處在於，納米線材料的飽和磁化強 度Ms為800emu/cc，矯頑力HK為16kOe，平均粒子直徑D為5nm，強磁材料區由2個納米線 組成，間強磁材料區由l個納米線組成，高度為15nm。這樣的設計的位密度是上面所列的 Barracuda 7200. 10的2倍，因為位密度直接影響硬碟的數據傳輸率，高的位密度能夠實現 高的數據傳輸率。研究顯示，這樣的設計的存儲介質的10年後的位衰率(bit decay rate) 小於6%。(實施例三) 本實施例與實施例一的微結構設計相同，不同處在於，納米線材料的飽和磁化強 度Ms為800emu/cc，矯頑力HK為16kOe，平均粒子直徑D為5nm，強磁材料區由1個納米線 組成，間強磁材料區由l個納米線組成，高度為10nm。這樣的設計的位密度是上面所列的 Barracuda 7200. 10的3倍，磁材料層厚度減少了 50% 。高的位密度能夠實現高的數據傳 輸率，較薄的磁材料層能夠節約生產成本。研究顯示，熱噪聲引起的10年後的位衰率(bit decay rate)小於8%，符合工業要求。 應說明的是，在上面的實施例中，在滿足磁參數要求的情況下，所述磁性微粒可以 是多種類的，可以包括釹鐵硼、F^(V鈷合金、稀土 -鈷合金、稀土 _鐵合金、稀土 _鐵碳合 金、稀土-鐵氮合金、納米複合材料等；也可以是非均勻分布的，這在一定程度上減少了對 加工工藝的要求。另外，在高密度存儲應用中，間強磁材料區可以包圍強磁材料區，優選是 所述間強磁材料區不含或很少含磁性微粒，這樣，能更好地屏蔽外部磁場並減少在不同的 強磁材料區中的磁性微粒的相互作用。 可見，採用本發明的磁材料作為存儲介質，能夠提高位密度，實現高的數據傳輸 率，還能夠減少外磁場和熱噪聲的影響；另外，還能夠優化設計，減少單位產品上的磁材料 消費，同時，對材料的構成沒有嚴格的要求，能夠降低生產成本。
(實施例四) —種使用了磁材料的傳感器，其中，所述磁材料與實施例一的微結構設計相同，不 同處在於，在不同的強磁材料區填充不同量的具有內稟鐵磁性的Co和ZnO，使各個強磁材 料區的電阻率不同。所述間強磁材料區不含或很少含導電磁性微粒從而整體上是電絕緣 的、而所述強磁材料區中的導電硬磁性材料是導電和/或半導電的並且具有不同的電阻 率，這樣，在例如富士公司的02116113. 5號中國專利這類的基於改變電阻率的傳感器應用 中，能夠通過改變導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層的電阻率而產生一個以上 的信號。
5
(實施例五) —種磁存儲介質，具有襯底、軟磁底層、磁存儲層和保護層，所述襯底為陶瓷玻璃、 玻璃或矽，所述軟磁底層為FeCo合金，所述磁存儲層為採用了上面的實施例所述的磁材 料，所述保護層為碳。 下面說明本發明的磁材料的製備方法。
本發明的磁材料的製備包括如下步驟
(1)生長納米碳陣列； (2)將初加工的磁材料採用熔體快淬法進行加工；
(3)將上述非晶帶進行晶化處理； (4)將上述晶化處理的磁體粉碎，可選地，加入具有高飽和磁場強度的金屬材料和 稀土和類金屬； (5)在磁場強度大於16k0e (千奧)壓力大於3T/cm2 (頓/平方釐米)條件下拌上 粘結劑取向壓制固化，得到粘結磁體； (6)將上述粘結磁體包套後置入放電等離子燒結裝置中進行燒結及熱壓變形；
(7)將燒結後的磁材料填充入生成的納米碳陣列中。 這裡說明的是，提高具有高飽和磁場強度的鐵的含量有利於合金的飽和磁場強度
的提高，而稀土和類金屬的加入有利合金矯頑力的提高。另外，放電等離子燒結(SPS)技術
製備的磁材料有比傳統材料更細小均勻的晶粒組織，從而有更好的磁特性。 儘管上面已經示出和說明了本發明的優選實施例，但它們只是說明性的而不是限
制性的，顯然，本領域的技術人員能夠對它們進行各種改變而不脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
一種磁材料，其特徵在於，包括強磁材料區，該強磁材料區中的磁性微粒相對集中，所述磁性微粒的存在與分布使得所述強磁材料區總體上具有滿足磁應用所需要的磁參數；和間強磁材料區，該間強磁材料區將所述強磁材料區包圍或分離開來。
2. 根據權利要求1所述的磁材料，其特徵在於，所述強磁材料區和/或所述間強磁材料 區的大小和分布是由實際應用和/或生產工藝來確定的。
3. 根據權利要求1至2中之一所述的磁材料，其特徵在於，所述磁性微粒的存在與分布 是非同一和非均勻的。
4. 根據權利要求1至3中之一所述的磁材料，其特徵在於，所述磁性微粒包括釹鐵硼、 Fe304和/或鈷合金。
5. 根據權利要求1至4中之一所述的磁材料，其特徵在於，所述磁性微粒包括稀土-鈷 合金、稀土 _鐵合金、稀土 _鐵碳合金和/或稀土 _鐵氮合金。
6. 根據權利要求1至5中之一所述的磁材料，其特徵在於，所述磁材料是納米複合材料。
7. 根據權利要求1至6中之一所述的磁材料，其特徵在於，所述間強磁材料區不含或很 少含磁性微粒。
8. —種傳感器，其特徵在於，該傳感器使用了根據權利要求1至7中之一所述的磁材料。
9. 一種磁存儲介質，其特徵在於，該磁存儲介質使用了根據權利要求1至7中之一所述 的磁材料。
10. —種磁材料的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟(1) 生長納米碳陣列；(2) 將初加工的磁材料採用熔體快淬法進行加工；(3) 進行晶化處理；(4) 將上述晶化處理的磁體粉碎，可選地，加入具有高飽和磁場強度的金屬材料以及稀 土和類金屬；(5) 在磁場強度大於16k0e(千奧)、壓力大於3T/cm2(頓/平方釐米)條件下拌上粘 結劑取向壓制固化，得到粘結磁體；(6) 將上述粘結磁體包套，放於放電等離子燒結裝置中進行燒結及熱壓變形；(7) 將燒結後的磁材料填充入生成的納米碳陣列中。
全文摘要
本發明公開了一種具有新型結構的磁材料及製造方法及該磁材料在傳感和數據存儲方面的應用。本發明所公開的磁材料包括磁性微粒相對集中的強磁材料區，該強磁材料區中的磁性微粒的存在與分布使得所述強磁材料區總體上具有滿足磁應用所需要的磁參數；和間強磁材料區，該間強磁材料區將所述強磁材料區包圍或分離開來。在高密度數據存儲應用中，所述強磁材料區含有高飽和磁化強度的納米磁性微粒。使用本發明的磁材料的傳感器，能夠產生一個以上的信號。使用本發明的磁材料的存儲介質，能夠提高存儲性能並降低成本。
文檔編號B22F9/02GK101752052SQ200910215879
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者袁恩洪 申請人:蕾美(北京)科技文化有限公司