钴基纳米结构磁心的制备和性能分析

与铁基合金相比，钴基合金的磁致伸缩更低。据Masumoto等人^[69，70]的报道，钴基合金的磁致伸缩几乎为0。从图9.13所示曲线可以看出，对各种氧化物合金进行的研究显示，只有Co-Al-O合金和Co-Zr-O合金适用于低矫顽磁力应用^[71]。

图9.13 不同组分的Co-X-O基合金的矫顽力^[71]

研究人员已报道了Co-Al-O合金纳米结构薄膜^[71，72]。据报道，对于粒度为53nm的Co₈₅Al₁₅基氧化物，当面心立方晶格的α-钴相沿着最低各向异性场平面均匀分布时，具有低矫顽力（约5Oe）^[71]。这是由于磁化不连贯和各向异性能量低。纳米颗粒偶极矩产生的封闭磁畴也显著降低了这种合金的矫顽力^[50，73]。由于这种合金薄膜具有高电阻，所以涡流损耗也降到最低。对这种合金进行的能量色散X射线分析和电子能量损耗能谱研究指出，合金的颗粒间区域内含有丰富的铝和氧气^[71]。这导致了颗粒间区域会被优先氧化，因而增加了合金的直流电阻，减少了涡流损耗。然而，应对氧气浓度进行优化，从而实现磁参数的最优组合。Co₈₅Al₁₅基氧化物优化值包括：在1%氧气浓度情况下，电阻率500_μΩ·cm（与铁基合金的电阻值一样），饱和磁感应强度M_s约10kG，H_c<5Oe，H_k约70Oe^[71]。然而，只有在高温下才可能实现这些优化性质。

相比之下，Co-Zr-O合金在水冷基板情况下，就能显示出优化性能，这就使得它更适用于CMOS技术^[74]。对这些合金薄膜进行的研究表明，不同于Co-Al-O合金，Co-Zr-O合金在Co浓度为55%时没有超顺磁性。此外，对于Co-Zr-O合金，不止一种组分（Co含量为55%和70%）能获得最低矫顽磁力。Co₆₀Zr₁₀O₃₀合金薄膜的各向异性磁场高达150Oe。由于虚拟多磁畴的形成，这些Co-Zr-O合金薄膜会达到渗流阈值，此时合金薄膜的H_c值非常低。据报道，这些合金薄膜的高频性能非常优良：磁导率实分量接近常数，达到1GHz；铁磁共振频率等于3GHz；然而，相对磁导率绝对值却很低（约60）。(www.xing528.com)

对这类合金纳米结构演化过程进行的研究显示了合金中细分散ZrO的初始形态，ZrO是通过优先氧化而形成的。基体中形成的应力导致纳米结构的形成。基体中Co导致的附加应力和Co的高浓度，是已知的、影响合金的最终矫顽磁力、各向异性和电阻的主要因素^[74]。

与氧化物合金相比，钴的氮化物合金纳米结构的成分组合更为灵活^[71]。对结构的研究表明，钴的氮化物合金中非结晶的粒间区包裹着微晶纳米微粒。氮化物各向异性较低（约35Oe）。

另一种钴基磁性纳米晶合金是Co-Zr-Nb^{[9，10，41，75]}。这类合金谐振频率低于1GHz。人们已经研究了通过这种合金制备的各种磁心。这些研究的具体情况可见参考文献^{[9，10，41，75]}。