Структурообразование и магнитные свойства пленок системы Co-Fe-Ni-Si-B, полученных методом splat- охлаждения

Abstract

RU: Цель. Методы сверхбыстрого охлаждения из расплава позволяют формировать в структуре материалов новые метастабильные фазы (включая аморфное состояние), обладающие уникальным набором физических свойств. Практическое использование этих материалов ограничено областью термической стабильности аморфного состояния. Поэтому изучение влияния скорости охлаждения на структуру полученных пленок, а также определение области термической стабильности аморфного состояния и влияния различных видов термообработки на превращения, протекающие в твердом состоянии, механизмы кристаллизации, является актуальной задачей. Методика. Исследование структуры и фазового состава исходных и отожженных образцов проводили методами рентгеноструктурного анализа и металлографии. Магнитные свойства пленок определяли с помощью вибрационного магнитометра. Результаты. Установлено, что в пленках состава Co67.2Fe6.iNii0SiiiBi5.9 с увеличением скорости охлаждения от 104 К/с до 106 К/с наблюдается переход от кристаллической структуры (смесь фаз Р-Со(В) и (Со^і)зВ) к аморфной. Размер областей когерентного рассеяния составил ~2 нм. При переходе от кристаллической структуры к аморфной наблюдается значительное уменьшение коэрцитивной силы исходных пленок от 4000 А/м до 80 А/м. Кристаллизация аморфных пленок наблюдается при отжигах 480 - 5i0 оС (5 мин) с формирования первичных кристаллов Р-Со(В) в аморфной матрице. При последующем отжиге 550 оС (5 мин) структура пленок представляет собой смесь Р-Со(В) и метастабильной фазы (Со^і)зВ (структурный тип Fe3C). Коэрцитивная сила отожженных пленок возрастает до 24 000 А/м, что обусловлено кристаллизацией пленок и формированием многофазной структуры. Структура пленок, отожженных в температурном интервале 480 - 570 оС (5 мин) при наличии одноосного растяжения, продолжает оставаться аморфной. Размер областей когерентного рассеяния увеличился до 3 нм. Коэрцитивная сила этих пленок составляет ~80 А/м. Таким образом, наличие одноосного растяжения в процессе нагрева приводит к увеличению термической стабильности аморфной фазы. Научная новизна. Установлено, что одноосное растяжение, приложенное в процессе нагрева, позволяет расширить интервал стабильности аморфной фазы, и кристаллизация пленок происходит при температурах выше 570 оС, что на 80-Ю0°С выше, чем при традиционном отжиге. Возможно, это связано с тем, что, при наличие одноосного растяжения, приложенного при нагрева стимулирует процессы разделения аморфной фазы на две составляющие с разным химическим составом и последующей кристаллизацией по эвтектическому типу ( смесь фаз в- Со(В) и (Со^і)зВ). Практическая значимость. Возрастание области термической стабильности аморфного состояния позволяет расширить область практического применения пленок в микроэлектронике и прецизионной аппаратуре.

UK: Мета. Методи надшвидкого охолодження із розплаву дозволяють формувати у структурі матеріалів нові метастабільні фази (включаючи аморфний стан), які володіють унікальним набором фізичних властивостей. Практичне використання таких матеріалів обмежено областю термічної стабільності аморфного стану. Тому дослідження впливу швидкості охолодження на структуру отриманих плівок, а також визначення області термічної стабільності аморфного стану та вплив різних видів термообробки на перетворення, які проходять у твердому стані, механізми кристалізації, є актуальною задачею. Методика. Дослідження структури та фазового складу, вихідних та відпалених зразків, проведено методом рентгеноструктурного аналізу. Магнітні властивості плівок визначені за допомогою вібраційного магнітометра. Результати. Встановлено, що у плівках складу Соб7^Єб.і№к^іпВі5.9 із збільшенням швидкості охолодження від 104 К/с до 106 К/с спостерігається перехід від кристалічної структури (суміш фаз Р-Со(В) и (Со^і)зВ) до аморфної. Розмір областей когерентного розсіювання склав ~2нм. При переході з кристалічної структури до аморфної спостерігається значне зниження коерцитивної сили вихідних плівок від 4000 А/м до 80 А/м. Кристалізація аморфних плівок спостерігається при відпалах 480 - 510 оС (30хв) з формуванням первісних кристалів Р-Со(В) у аморфній матриці. При наступному відпалі 550 оС (5 хв) структура плівок представляла собою суміш Р-Со(В) та метастабільної фази (Со^і)зВ (структурний тип FeзC).Коерцитивна сила відпалених плівок зросла до 24 000 А/м, що обумовлено кристалізацією плівок та формуванням багатофазної структури. Структура плівок, відпалених у температурному інтервалі 480 - 570 оС (5 хв) за наявністю одноосного розтягу, продовжує залишатися аморфною. Розмір областей когерентного розсіювання збільшився до 3нм. Коерцитивна сила плівок склала ~80 А/м. Таким чином, присутність одноосного розтягу, прикладеного під час термообробки, призводить до збільшення термічної стабільності аморфної фази. Наукова новизна. Встановлено, що одноосний розтяг, прикладений під час процесу термообробки, стимулює процеси твердіння аморфної фази, і кристалізація плівок проходить за температур вище 570 оС, що на 80-100оС вище, ніж при традиційному відпалі. Можливо, це зв’язано з тим ,що при наявності одноосного розтягу, прикладеного під час термообробки, стимулює процеси розділу аморфної фази на дві складові із різним хімічним складом та наступною кристалізацією за евтектичним типом ( суміш фаз Р-Со(В) и (Со^і)зВ) Практична значимість. Збільшення області термічної стабільності аморфного стану дозволяє розширити область практичного застосування плівок у мікроелектроніці та прецизійній апаратурі.

EN: Purpose. The new metastable phases (including amorphous state), that are characterised unique physical properties, can be obtained by the quenching from the melt. The practical use of amorphous materials is restricted by the thermal interval of amorphous state stability. Study of influence of cooling rate on the films structure, as well as the effect of thermal treatments on the phase transformations occurred in solid states are very important. Methodology. The structure details of initial and treated films are determined by means of X-ray diffraction and metallographic methods. Magnetic properties were investigated by the vibration magnetometer. Findings. It has been found, that the change from crystalline structure (mixture of phases р-Со(В) и (Co,Si>B) to amorphous one is observed in Co67.2Fe6.1Ni10Si11B15.9 films with increase of cooling rate from 104 K/s to 106 K/s. Size of the coherently diffracting domains was approx. 2 nm. The structure change and formation of amorphous phase leads to the drastic decrease of initial films coercivity from 4000 A/m to 80 A/m. The crystallisation of amorphous films occurs in temperature range 480 - 510 оС (5 min). In the first stage, only primary р-Со(В) crystals appears in residual amorphous matrix. The annealing at the temperature 550 оС (5 min) leads to the decomposition of residual amorphous phase. In the second one, metastable phase (Co,Si)3B (structure type Fe3C) is formed. Coercivity of treated films increased to 24 000 A/m. It connected with crystallisation processes and the formation of multiphase structure. The annealing under tensile stress in this temperature interval 480 - 570 oC (5 min) did not alter the films structure. Size of the coherently diffracting domains increased up to 3 nm. Coercivity of treated films under tensile stress was 80 A/m. Originality. Annealing under tensile stress increased the thermal stability of amorphous phase. The crystallisation processes begins at temperature up to 570 oC, that expands the thermal interval stability of amorphous phase on 80-100 oC. It is possible that stress annealing stimulates the processes of amorphous phase separation into two phase with different short order and following formation of the phase mixture (Р-Со(В) и (Co,Si)3B) through eutectic crystallization. Practical value. Increase the thermal interval stability of amorphous phase will expand practical use in devices and precized apparatures.