强磁材料动态微磁结构观测装置及观测方法

摘要

本发明公开了一种强磁材料动态微磁结构观测装置及观测方法，本发明运用磁力显微镜，根据磁力线总是优先沿着导磁率高的路径闭合的物理原理，将充磁或部分退磁后的待测试样放置于强磁材料动态微磁结构观测装置中，使待测试样的磁力线通过装置进行闭合，再运用磁力显微镜观测其微磁结构；本发明的观测装置由高饱和磁化强度及高导磁率软磁材料构成，观测装置中设置有凹形槽，所述试样设置在观测装置的凹形槽中，通过磁力显微镜可观测强磁材料试样真实的动态微磁结构；本发明简便、切实可行，可检测磁性材料在各种服役状态后的微磁结构，有助于判断材料的使用寿命和所适应的环境条件。

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种运用磁力显微镜观测强磁 材料块体动态微磁结构的观测装置及观测方法。

背景技术

目前，在高科技领域迫切需要运用高性能磁性材料来使得器件的设计更 加简单和快捷，同时也迫切需要了解作为其核心器件中所应用的磁性材料在 各种服役状态下的微磁结构，以有助于判断材料的使用寿命和所适应的环境 条件。

磁力显微镜（MFM，Magnetic force microscopy）具有高的横向分辨率和 易操作性，其使用试样制备较简单，被广泛用于表征磁性材料的微磁结构。 其主要原理是通过磁性针尖和试样表面的杂散磁场发生相互作用，给出表面 磁畴，精细畴结构，畴壁及其微结构的信息。磁力显微镜表征过程中的一个 至关重要的问题是微磁结构的准确测量。在进行测量时，磁探针不应该干扰 或改变试样表面的微磁结构，同样地，试样表面的杂散磁场也不应该使磁探 针的状态如磁化方向和微磁结构发生变化。

对于强磁材料块体，如钕铁硼，钐钴等材料来说，热退磁态试样表面的 杂散磁场很大，极易改变磁探针的磁化状态，进而无法得到真正的试样微磁 结构。研究中发现，对于强磁材料，可以用高矫顽力的磁探针来表征热退磁 态试样的静态微磁结构。可是作为磁路磁源的强磁材料块体均是带磁的，即 材料具有很强的表面退磁场。这时仅采用高矫顽力磁探针并不能观测到试样 的真实动态微磁结构。一旦块体试样充磁后处于剩磁态或部分退磁态时，由 于退磁场的存在，必将在试样四周形成磁闭合回路。而磁力显微镜探测的是 试样表面的磁场，因而形成闭合回路的磁场也必将被探测到，且这种强的磁 场会改变磁探针的状态，因此无法得到试样的真实动态微磁结构。

发明内容

本发明提供一种运用磁力显微镜观测强磁材料动态微磁结构的观测装置 及观测方法，解决了观测强磁材料动态的剩磁态或退磁态的技术难题。在本 发明提出以前，还没有文献公开能够运用磁力显微镜直接观测强磁性材料的 剩磁态微磁结构的装置或方法。

本发明通过以下技术方案来实现其目的，本发明的一方面是提供一种强 磁材料动态微磁结构观测装置，包括磁力显微镜，其特点在于所述观测装置 是由软磁材料构成的长方体组成，在长方体上设置有凹形槽，强磁材料试样 设置在凹形槽中。本发明的另一方面是提供一种强磁材料动态微磁结构观测 方法，其特点在于，首先制作强磁材料试样，将强磁材料试样的表面进行磨 抛处理，将试样进行饱和充磁或者经过部分退磁处理，然后将试样放置于强 磁材料动态微磁结构观测装置凹形槽中，强磁材料试样尺寸与凹形槽尺寸相 匹配，使试样的上表面与观测装置凹形槽的上表面处于同一水平面上，采用 磁力显微镜对试样的动态微磁结构进行观测。

本发明所述的强磁材料动态微磁结构观测装置是由高饱和磁化强度及高 导磁率的软磁材料构成;本发明所述的强磁材料为钕铁硼，钐钴，铁氧体， 铝镍钴，铁铬钴中的一种或几种。

本发明的有益效果在于：

本发明通过采用软磁材料所构成的动态微磁结构观测装置，成功地运用 磁力显微镜观测到强磁材料块体的真实动态微磁结构。在运用磁力显微镜观 测强磁性材料块体时，不仅可以观测热退磁态的动态情形，而且还可以观测 剩磁态以及部分退磁态的微磁结构演变状态。本发明的装置结构简单，操作 方法简便可行，观测到的结果真实，有助于研究人员分析判断材料的使用寿 命和所适应的环境条件。

附图说明

图1为本发明观测装置的使用结构示意图；

图2为采用本发明的方法观测到的其中一种强磁材料的微磁结构；

图3为采用本发明的方法观测到的另一种强磁材料的微磁结构；

图4为采用本发明的方法观测到的又一种强磁材料的微磁结构。

具体实施方式

以下结合附图以及示例性实施例，进一步详细描述本发明的设计思想以 及形成机理，以使本发明的技术解决方案更加清楚。

强磁性材料块体作为磁场源为磁路提供磁能，具有一定磁性的试样表面 的杂散磁场很大，极易改变磁探针的磁化状态，进而无法得到真正的试样微 磁结构。本发明是根据磁力线总是优先沿着导磁率高的路径闭合的物理原理， 将观测试样放置于观测强磁材料动态微磁结构装置中进行观测。由于观测装 置所采用的软磁材料导磁率大约是空气的几千倍甚至上万倍，所以观测试样 四周的磁力线会沿着观测装置的侧面和底部进行闭合，而观测试样上表面即 观测面的闭合磁场小到可以忽略不计。此时，运用磁力显微镜即可观测到强 磁材料块体真实的动态微磁结构。尤其对于具有各向异性大块强磁材料试样 的观测，其动态微磁结构具有研究分析的重要意义。本发明将充磁磁化或部 分退磁后的强磁材料待测试样1放置于观测装置2中，使得待测试样的磁力 线通过观测装置进行闭合，试样观测面上方的闭合磁场很小，再运用磁力显 微镜观测其微磁结构。

本发明的强磁材料动态微磁结构观测装置是由软磁材料为高饱和磁化强 度及高导磁率软磁材料所构成。观测装置的结构为长方体，在长方体上设置 有凹形槽，试样设置在观测装置的凹形槽中。

本发明的强磁材料动态微磁结构观测方法首先是制作强磁材料块体试 样，将强磁材料块体试样的表面进行磨抛处理至镜面，将所述强磁材料块体 试样进行饱和充磁或者经过部分退磁处理，然后将所述强磁材料块体试样放 置在所述动态微磁结构观测装置中的凹形槽中，使强磁材料块体试样的上表 面与凹形槽上表面在同一水平面上，最后采用磁力显微镜观测强磁材料块体 的动态微磁结构。

本发明所采用的软磁材料包括纯铁，铁镍合金，铁钴合金，非晶软磁中 的一种或几种；待观测的强磁材料为钕铁硼，钐钴，铁氧体，铝镍钴，铁铬 钴等其它强磁材料。本发明的观测装置并不限于长方体，还可以为桶形或其 它形状。

实施例1

参照图1，制作强磁材料动态微磁结构观测装置。采用纯铁或铁镍合金 或铁钴合金或非晶软磁中的一种或几种作为软磁材料，制作观测装置的长方 体1，在长方体1中设置有可放置强磁材料试样的凹形槽，所制作的强磁材 料试样2的尺寸与凹形槽的尺寸相匹配，强磁材料试样1的上表面与观测装 置凹形槽的上表面在同一水平面上，然后采用磁力显微镜观测强磁材料的微 磁结构。

实施例2本实施例通过实验室条件下的试样制备而成。

本实施例以高性能各向异性钕铁硼烧结磁体为观测对象，先切割出一个 与观测装置凹形槽相符合的长方体作为测试试样，长方体的宽为取向方向， 依次采用400＃－1200＃砂纸逐级打磨长方体的上表面，再抛光处理试样观 测面至镜面；将所述试样进行饱和充磁处理，然后将上述经处理的长方体试 样放置在观测装置中，使强磁材料试样的上表面与观测装置凹形槽的上表面 在同一水平面上，最后运用磁力显微镜成功观测到了各向异性钕铁硼剩磁态 试样的真实动态微磁结构。如图2所示。为研究人员分析判断材料的使用寿 命提供了理论基础。

实施例3

选择强磁材料为钐钴永磁，在钐钴永磁强磁材料中切割出一个长方体作 为待测试样，观测面为长方体的上表面；采用400＃－1200＃砂纸逐级打磨 长方体的上表面，再对其进行抛光处理至镜面；将上述试样进行饱和充磁处 理；然后将上述处理过的长方体待测试样镶嵌在实施例1的强磁材料动态微 磁结构观测装置中，使强磁材料试样的上表面与观测装置凹形槽的上表面在 同一水平面上；运用磁力显微镜成功观测到钐钴剩磁态试样的真实微磁结构， 如图3所示。

实施例4

为了得到部分退磁的钕铁硼试样，将实施例2的剩磁态试样再次经过 270°C×4h的温度退磁处理，由于钕铁硼材料的居里温度在320°C以上，所以 经过270°C退磁的试样还具有较强的磁性。同样采用上述观测方法，依然清 晰真实地揭示出它的动态微磁结构，如图4所示。使研究人员在研究强磁材 料所适应的环境条件时有了进一步的理论根据。

实施例5

本发明还对钕铁硼和钐钴，铁氧体和铝镍钴，或者铁铬钴强磁材料进行 了试验，从上述材料中切割出与观测装置凹形槽相符合的长方体作为测试试 样，采用400＃－1200＃砂纸逐级分别打磨各长方体的上表面，再对其进行 抛光处理至镜面；同样对所述各试样进行饱和充磁或者经过部分退磁处理； 然后将上述处理过的各长方体待测试样依次镶嵌在实施例1的强磁材料动态 微磁结构观测装置中，使强磁材料试样的上表面与观测装置凹形槽的上表面 在同一水平面上，如附图1所示；最后运用磁力显微镜依次观测长方体试样 的微磁结构。均可观测到各强磁材料的真实动态微磁结构。

本发明的观测装置和观测方法，解决了本发明之前无法观测到强磁材料 的动态剩磁态或退磁态的真实动态微磁结构的技术难题。为科研人员分析判 断强磁材料的使用寿命和所适应的环境条件提供了理论依据。

尽管本发明已对其优选实施方案进行了描述，但本发明的上述实施例仅 为示例性实施例，本领域技术人员可以根据本发明的设计原理采取其它实施 方式，在不脱离本发明设计思想的范围内，可以进行各种变形和修改，这些 变化均属于本发明的保护范围。