[发明专利]一种FeCoCr磁码盘薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种FeCoCr磁码盘薄膜材料，属于磁性材料技术领域，为多层膜结构，包括基底，以及在基底上依次制备的Bi掺杂的FeCoCr薄膜和保护层；其中，所述保护层用于防止Bi掺杂的FeCoCr薄膜被氧化。本发明还提供了一种FeCoCr磁码盘薄膜材料的制备方法和应用。本发明的FeCoCr磁码盘薄膜材料，通过控制Bi元素在FeCoCr薄膜中的掺杂量，可以对FeCrCo薄膜的矫顽力进行有效地调控，使得薄膜的矫顽力由不掺杂Bi时的457Oe，提升为掺Bi之后的930Oe，矫顽力增幅达100％以上，满足磁编码器码盘材料对矫顽力的实际应用需求。并且，本发明的FeCoCr磁码盘薄膜材料的制备方法，简单、控制方便、效率高且成本低。

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种FeCoCr磁码盘薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国高档数控机床及机器人系统等控制精度所用的角度和位移反馈器件基本采用光编码器，其码盘材料是光学玻璃，易碎易磨损，不耐高温和灰尘，可靠性差，特别是伺服电机及伺服驱动一体化设备中，圆光栅编码器很难安装，且成本较高。而磁编码器克服了以上缺点，越来越多的国外先进制造装备开始使用高精度磁编码器。磁编码器因其具有抗震动、耐腐蚀和污染、成本低、结构简单等各种优良特性，而得到越来越多的应用。构成磁编码器件的核心是具有优良磁性能的磁码盘材料。磁码盘材料的均匀性、矫顽力等对磁编码器的精度和记录磁信号的稳定性具有重要的影响。因此，制备高质量的磁码盘材料并有效调控其矫顽力对于磁编码器件的应用具有十分重要的实用价值。

目前，国内外常用磁码盘材料基本为铁氧体块材或FeCoCr、CuNiFe带材等，存在材料易老化、纳米尺度范围内磁性不均匀等缺点。虽然，国际上提出了开发Co-P、Co-Ni-P薄膜，也获得了较高的磁信号写入密度，但是由于化学法制备，不具有环境友好性。其实，国际上研究了很多其他可用于高密度数据存储的磁性薄膜材料，如：FePt、SmCo等。但是，FePt作为磁码盘材料需要一定的厚度，价格太贵，工业化成本太高；SmCo薄膜的矫顽力太高，不易很好地进行磁信号写入，同时薄膜中也具有较高的磁耦合作用，会增加记录噪声。近来，国际上有人提出发展FeCoCr磁性薄膜材料，并对其磁性能调控展开研究，主要集中在通过离子注入、改变底层、优化热处理温度等方法[Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research B.266,1407(2008)，Journal of AlloysCompounds.475,440(2009)，Condensed Matter and Interphases.22(1),58(2020)，Journal of Applied Physics2002,91(10),Journal of Applied Physics1997,82(1),317-321]来调节薄膜的矫顽力。这些方法对薄膜的制备工艺要求很高，对退火的温度、退火时间等非常敏感，这大大限制了材料磁性能的工艺调控窗口，不利于工业化生产和应用。

所以，如何制备高质量的磁码盘薄膜材料，并简单有效地调控铁磁码盘薄膜材料的矫顽力，是制备高效磁编码器件的关键问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种FeCoCr磁码盘薄膜材料及其制备方法和应用，通过掺杂Bi使FeCoCr薄膜的矫顽力达到930Oe，满足磁编码器中码盘材料对矫顽力的实际应用需求，且制备方法简单、控制方便、效率高且成本低。

为实现上述目的，本发明提供一种FeCoCr磁码盘薄膜材料，为多层膜结构，包括基底，以及在基底上依次制备的Bi掺杂的FeCoCr薄膜和保护层；其中，所述保护层用于防止Bi掺杂的FeCoCr薄膜被氧化。

优选地，所述基底为硅基片；

Bi掺杂的FeCoCr薄膜的厚度为250nm，通过FeCoCr靶材和Bi靶材全程共溅射制备而成，其中，FeCoCr靶材中Fe、Co、Cr的元素质量比为45:30:25，FeCoCr靶材的溅射功率为80w，Bi靶材的溅射功率为3w；