close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5722

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5722
(13) C1
(19)
7
(51) C 25D 3/56
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПЛАВ ХРОМКОБАЛЬТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 19990292
(22) 1999.03.30
(46) 2003.12.30
(71) Заявитель: Институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ
(BY)
(72) Авторы: Федосюк Валерий Михайлович; Малюш Мария Максимовна; Сосновская Людмила Борисовна; Архипенко Жанна Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Институт физики
твердого тела и полупроводников
НАНБ (BY)
BY 5722 C1
(57)
1. Гранулированный электролитический сплав хром-кобальт, отличающийся тем, что
содержит хром и кобальт в следующем соотношении, ат. %:
кобальт
20-30
хром
остальное.
2. Способ получения гранулированного электролитического сплава хром-кобальт путем электролитического осаждения из электролита, содержащего соль кобальта и хромовый ангидрид, при 40-60 °С и катодной плотности тока 250-350 мА/см2, отличающийся
тем, что осаждение ведут при кислотности электролита 1,0-1,5 и используют электролит,
содержащий в качестве соли кобальта кобальт сернокислый и дополнительно - магний
сернокислый при следующем соотношении компонентов, г/л:
кобальт сернокислый семиводный
12-18
хромовый ангидрид
30-50
магний сернокислый семиводный
1-3.
(56)
Бондарь В.В. и др. Электроосаждение двойных сплавов // Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия. - Москва: ВИНИТИ. - 1980. - Т. 16. - С. 80.
US 4210946, 1980.
US 4388367, 1983.
SU 231993, 1968.
Федосюк В.М. и др. Зарубежная радиоэлектроника // Успехи современной радиоэлектроники. - 1997. - № 4. - С. 59-65.
Изобретение относится к гранулированным (неоднородным) сплавам и способам их
получения, применяемых в устройствах хранения и обработки информации, разнообразных датчиках и т.п., в которых используется магниторезистивный эффект.
Открытый относительно недавно [1] эффект гигантского изотропного магнитосопротивления (ГМС) в пленках неоднородных (или так называемых гранулированных) сплавов
обещает перспективу существенного повышения характеристик указанного типа устройств по сравнению с используемыми в настоящее время материалами на основе сплавов
BY 5722 C1
железа с никелем (пермаллой). Гранулированный (неоднородный) сплав представляет собой наноразмерные вкрапления (гранулы) магнитного материала (кобальт, железо, никель) в немагнитной (медь, серебро, рений и т.д.) матрице. В такого рода системе высокие
значения магниторезистивного эффекта обусловлены разностью электросопротивления в
случае хаотично ориентированных магнитных моментов гранул по сравнению с их упорядоченным состоянием при приложении внешнего магнитного поля. Гранулированный
электролитический сплав обладает максимальным эффектом ГМС при концентрации 2040 ат. % магнитной компоненты в диа- либо парамагнитной матрице. При этом средний
размер магнитных вкраплений должен находиться в диапазоне 10-5 нм.
Абсолютное большинство исследованных к настоящему времени гранулированных
сплавов разного состава получают различными методами напыления. По сравнению с ними метод электролитического осаждения выгодно отличается своей низкой себестоимостью и относительной простотой.
Круг составов гранулированных сплавов как в количественном, так и качественном
отношении постоянно расширяется.
Известен ряд составов сплавов хрома с различными металлами и способов их получения [2], в том числе и с кобальтом. Все они, как правило, использовались как защитные
покрытия. И об их магниторезистивных характеристиках ничего не сообщается.
Наиболее близким по существенным признакам к заявленному изобретению является
электролитический сплав хром-кобальт и способ его получения [2], которые выбраны нами как прототип и базовый объект для сравнения. Пленки сплавов СrхСо100-х с х до 93
ат. % получали из электролита состава, в г/л:
- 150
кобальт хлористый СоСl2⋅6Н2O
хромовый ангидрид СrO3
- 250
- 100.
сульфат аммония (NH4)2SO4⋅2H2O
Осаждение вели при температуре Т = 40-60 °С и катодной плотности тока Дк = 200450 мА/см2. Кислотность электролита не сообщается. Полученные осадки содержали до
93 ат. % хрома. В указанной работе магниторезистивные свойства Сr-Со сплавов не сообщаются. Проведенные авторами настоящего изобретения измерения показывают, что полученные по способу прототипа сплавы Сr-Со не обладают эффектом магнитосопротивления. Данный факт можно, по-видимому, объяснить, во-первых отклонением состава
сплава от оптимального. Напомним, что пленки неоднородных сплавов являются суперпарамагнетиками и только тогда обладают эффектом "гигантского изотропного магнитосопротивления", когда содержание магнитной (ферромагнитной) компоненты (в данном
случае кобальта) в немагнитной (диа- либо парамагнитной) матрице находится в пределах
20-40 ат. % [1]. И, во-вторых, размер этих ферромагнитных включений должен находиться
в нанометровом диапазоне - менее 10-5 нм.
Целью настоящего изобретения является разработка состава сплава и способа для
осаждения пленок гранулированных электролитических сплавов хром-кобальт, которые
бы обладали эффектом изотропного гигантского магнитосопротивления.
Для достижения поставленной цели предлагается гранулированный электролитический сплав, содержащий в ат. %: кобальт - 20-30, хром - остальное, который получают из
электролита состава, в г/л:
- 12-18
кобальт сернокислый CoSO4⋅7H2O
хромовый ангидрид СrO3
- 30-50
- 1-3.
магний сернокислый MgSO4⋅7H2O
Осаждение ведут при кислотности электролита рН = 1,0-1,5, Т = 40-60 °С и Дк = 250350 мА/см2. Новым является количественный состав гранулированного сплава CrCo, a
также качественный и количественный состав электролита и режимы осаждения.
Положительный эффект достигается за счет того, что предлагаемый гранулированный
электролитический сплав СrСо содержит оптимальное, необходимое для проявления су2
BY 5722 C1
перпарамагнитных свойств, соотношение в составе кобальта и хрома. А размеры ферромагнитных включений кобальта в матрице хрома составляют около 10 нм.
Общими признаками заявляемого технического решения и известного является то, что в
состав сплавов входит кобальт и хром, а осаждение ведут из раствора, содержащего ангидрид
хрома при температуре электролита 40-60 °С и катодной плотности тока 250-350 мА/см2.
Отличительными признаками заявляемого технического решения является то, что гранулированный электролитический сплав СrСо содержит 20-30 ат. % кобальта, а электролит дополнительно содержит кобальт сернокислый и магний сернокислый; при этом осаждение ведут из раствора состава, в г/л:
кобальт сернокислый семиводный
12-18
хромовый ангидрид
30-50
магний сернокислый семиводный
1-3
при кислотности электролита рН = 1,0-1,5, его температуре Т = 40-60 °С и катодной плотности тока Дк = 250-350 мА/см2.
Заявляемый новый по количественному составу гранулированный электролитический
сплав, а также способ (электролит и режимы) осаждения являются одновременно и существенными отличиями, так как совокупность отличительных признаков дает новый непредвиденный результат и таким образом соответствует критерию существенного отличия.
Гранулированный электролитический сплав СrСо осаждают из электролита, который
готовят следующим образом.
В отдельных объемах воды растворяют требуемые навески ангидрида хрома СrO3
(раствор № 1) , кобальта сернокислого CoSO4⋅7H2O (раствор № 2), магния сернокислого
MgSO4⋅7H2O (раствор № 3). Затем сливают вместе раствор № 1 и № 2, после перемешивания вливают раствор № 3. Доводят объем электролита до нужного значения и далее устанавливают значение рН электролита до нужного с помощью 10 %-ного раствора NaOH и
25 %-ного раствора H2SO4. Затем приготовленный электролит фильтруют с использованием фильтров типа "синяя лента".
В качестве подложек используют ситалл с химически осажденным подслоем аморфного немагнитного фосфида никеля. Анод кобальтовый.
Поскольку подслой фосфида никеля имеет электросопротивление более чем на порядок выше по сравнению с осаждаемым СrСо сплавом, то это делает возможным измерение
ГМС непосредственно после осаждения без отделения пленки от подложки.
Пример конкретного осуществления.
Берут навески CrO3, CoSO4⋅7H2O и MgSO4⋅7H2O в количестве соответственно 40, 15 и
2 г. В 300 мл воды растворяют 40 г СrО3 (раствор № 1) . В отдельной порции дистиллированной воды (300 мл) растворяют 15 г CoSO4⋅7H2O (раствор № 2) . В отдельной порции
воды (~200 мл) растворяют 2 г MgSO4⋅7H2O (раствор № 3) . После чего сливают вместе
раствор № 1 и № 2, а после их перемешивания добавляют к ним раствор № 3. Далее доводят объем электролита до 1 литра. После этого устанавливают значение рН электролита до
1,3 с помощью 25-%-ного раствора H2SO4 и фильтруют с использованием фильтров типа
"синяя лента". Осаждение ведут при температуре электролита Т = 50 °С и катодной плотности тока Дк = 300 мА/см2. За время t = 28 ceк осаждаются сплавы СrСо, содержащие 25
ат. % кобальта и 75 ат. % хрома толщиной 2,5 мкм. Сплавы обладают блестящей поверхностью. Магниторезистивный эффект, определяемый по стандартной четырехточечной
схеме, составляет 2,7 %. Состав сплавов и скорость осаждения определялись на основании
данных фотоколометрического анализа. Подтверждением того, что получаемые электролитические сплавы действительно имеют гранулированное строение, является наличие
изотропного, т.е. не зависящего от взаимного расположения магнитного поля, тока и
плоскости пленки, эффекта магнитосопротивления, а также суперпарамагнитное поведение системы [1]. Оцененная по температуре блокирования [1] средняя величина гранул
кобальта в матрице хрома составляет ~8 нм.
3
BY 5722 C1
Изобретение может быть проиллюстрировано несколькими примерами, представленными в таблице, из которых видно, что оптимальным составом электролитического сплава
и способом его получения являются условия, приведенные в примерах 1-7, поскольку
именно при этих условиях обеспечивается максимальное значение изотропного магнитосопротивления ∆ρмаг и хорошее качество получаемых гранулированных электролитический сплавов СrСо. При отклонении состава сплава СrСо и способа его получения от заявляемых пределов свойства осаждаемых покрытий ухудшаются (примеры 8-14). Причем
это не зависит от того, все одновременно или поочередно состав сплава и условия (электролит) и параметры осаждения выходят за заявляемые пределы.
Таким образом, изобретение позволяет получить гранулированные электролитические
сплавы СrСо с перспективной для практического использования величиной магниторезистивного эффекта. Полученные из разработанного электролита электролитические сплавы
сплавов СrСо отвечают совокупности требований, предъявляемым к материалам, используемым в качестве магниторезистивных элементов, используемых в разнообразных устройствах радио- и электронной аппаратуры.
Состав сплавов,
условия получе- Прототип
1
2
3
ния и их свойства
150
СоСl2⋅6Н2O, г/л
СrO3, г/л
250
40
30
50
(NH4)2SO4⋅2Н2O,
100
г/л
не сообщарH
1,3
1,0 1,5
ется
T °С
25-65
50
40
60
Дк, мА/см2
200-450
300 250 350
15
12
18
CoSO4⋅7H2O, г/л
2
1
3
MgSO4⋅7H2O, г/л
время осаждения, не сообща28
33
23
сек
ется
толщина сплава, не сообща2,5
2,5 2,5
мкм
ется
Сr, ат. %
до 93
75
70
80
Со, ат. %
до 7
25
30
20
внешний вид
б
б
б
б
сплава
ГМС, %
2,7
2,5 1,9
магнитное поле
измерения ГМС,
5,5
5,5 5,5
кЭ
Примечания: "б" - блестящий, "м" - матовый.
4
5
6
7
8
9
10
35
45
40
50
20
60
20
-
-
-
-
-
-
-
1,2
1,4
1,5
1,0
0,9
1,7
1,0
40
300
12
2
50
300
15
2
60
350
15
1
40
350
18
3
30
200
10
0,5
70 30
400 350
20 20
4
4
28
28
23
23
42
21
23
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
74
26
76
24
78
22
70
30
45
55
62
38
64
36
б
б
б
б
м
б
м
1,6
2,2
2,2
2,3
0,8
0,7
1,0
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
Источники информации:
1. Федосюк В.М. и др. Зарубежная радиоэлектроника // Успехи современной радиотехники. -1997. - № 4. - С. 59-65.
2. Бондарь В.В. и др. Электроосаждение двойных сплавов // Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия. - Москва: ВИНИТИ. - 1980. - Т. 16. - 331 с. (с. 80).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
141 Кб
Теги
патент, by5722
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа