[发明专利]一种具有高磁矩的镝薄膜材料制备工艺及聚磁元件

说明书

本发明提供了一种具有高磁矩的镝薄膜材料制备工艺及聚磁元件，所述镝薄膜材料制备工艺，包括：磁悬浮熔炼、浇铸与热轧、热处理与冷轧、冷轧与热处理、检验的步骤。聚磁元件则为一种永磁波荡器用的聚磁元件，其包括所述镝薄膜材料制备工艺所制作的镝薄膜材料(2)、导磁介质(3)，所述导磁介质(3)与所述镝薄膜材料(2)彼此间隔地设置。本发明所制备的高性能镝薄膜材料具有较高的磁性能，磁矩值高(100‑151emu/g)；还具有良好的磁均匀性，制作的聚磁元件聚磁性能优良；此外，镝薄膜材料成品率显著提高到97％左右，实现批量化生产，提高了生产效率，制备成本降低了大约30％。

技术领域

本发明属于稀有金属材料加工技术领域，涉及永磁波荡器，具体涉及一种具有高磁矩的镝薄膜材料制备工艺，以及用镝薄膜材料制作的聚磁元件。

背景技术

镝(Dy)，原子序数66，分子量162.50。镝为银白色，质软，熔点1412℃，沸点2562℃，密度8.55，在接近绝对零度有超导性。镝在空气中相当稳定，高温下易被空气和水氧化生成三氧化二镝。镝是生产磁性材料、红外发生器材和激光材料所需的重要稀有元素。此外，镝可用于制造新型照明光源镝灯和反应堆的控制材料，镝化合物在炼油工业中可作催化剂。

本发明涉及一种永磁波荡器(安装有聚磁元件)，它是同步辐射光源及各种自由电子激光装置的关键设备。永磁波荡器能够大幅度提高磁场强度，还能缩短波荡器的震荡周期，对于同步辐射及自由电子激光的发展有着重要的进步意义。例如，科学研究者可以利用波荡器产生的辐射光源对蛋白质晶体结构解析实验。目前，与钕铁硼永磁体提供的磁场源相比，镨铁硼永磁体提供的磁场源可以工作在更低的温度以获得更大的剩磁，从而进一步提高波荡器峰值磁场，但其磁性能的温度稳定性相对较差，永磁波荡器的磁场性能受温度分布不均匀性较为敏感。在永磁波荡器中有一个镝材料制作的核心元件“聚磁元件”。用镝材料制作的聚磁元件，能够把永磁体低温下的高剩磁Br或Mr充分聚集利用。通常，低温永磁波荡器在较低的外磁场条件下已经接近饱和，从而使得永磁体有很大的“剩磁”浪费，但是想要充分聚集利用剩磁或减少“剩磁浪费”，其关键在于制备出高质量高性能的具有高磁矩的镝薄膜材料来制作聚磁元件。

目前，现有半人工生产条件下的镝薄膜材料磁性能低，磁均匀性差，优良的镝薄膜材料制备一直是技术难题，成材良品率往往低于75％，材料浪费严重，且磁矩值比较低，低于100emu/g，因而制约着“聚磁元件”的聚集度和永磁波荡器的整体性能。再者，采用现有技术在生产镝磁性薄膜材料过程中，时常发生裂纹、起皮、褶皱等缺陷。此外，即使克服了前两者缺陷，生产出来的薄膜材料的平整度和光洁度差，成材合格率不高，因而造成制造成本居高不下，批量化生产也受到了限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有高磁矩的镝薄膜材料制备工艺，以及用该镝薄膜材料制作的聚磁元件。

一种具有高磁矩的镝薄膜材料制备工艺，采用如下具体技术方案：

步骤1，磁悬浮熔炼：将纯度≥99.95％的镝在真空熔炼炉中进行磁悬浮熔炼提纯，提纯后镝的纯度≥99.99％，所述磁悬浮熔炼的温度为1600-1900℃，所述磁悬浮熔炼的真空度≤0.008pa；

步骤2，浇铸与热轧：对由步骤1提纯的镝熔炼为镝溶液，在氩气气氛中，采用水冷铜坩埚将所述镝熔液浇铸成长方形块镝锭，紧接着对所述镝锭轧制3-5次后，冷却，此时所述长方形镝锭的厚度由10mm降低到2mm而形成镝板材；

步骤3，热处理与冷轧：在真空热处理炉中对2mm厚度的所述镝板材进行温度为300-800℃和时间为30-60min的第一次真空退火，再对经真空退火的所述镝板材继续进行冷轧和异步冷轧，轧至镝板厚度接近0.015mm后，对镝板材进行温度为300-700℃和时间为30-60min的第二次真空退火，所述第二次真空退火的真空度≤0.003Pa；