微应力条件下的FeCuNbSiBV纳米晶带材及其传感器芯片压磁特性和芯片结构设计研究

This project for the main problems of iron-based nanocrystalline magnetic strip as a pressure sensor chip, puts forward specific solutions.Based on the study of key problem needed to resolve. first of all, the piezomagnetic properties Fe (73.4 x) Cu0.6 Nb3.5 Si13.5 B9Vx (1≤x≤4) nanocrystalline strip in micro stress between 0.005 Mpa to 0.1 Mpa pressure, will be tested systemed and quantitatively and accurate.Second, the research of the influence of of the strip V content on the piezomagnetic properties of nanocrystalline strip will be done, and by studying the strip composition, heat treatment process, phase structure, grain size and environment factors such as situation, expounds the mechanism of the piezomagnetic properties change; Finally, the piezomagnetic properties of the different structure piezomagnetic sensor chips , composed of the butyl rubber film，nanocrystalline strip optimized by piezomagnetic properties and butyl rubber film, in - 20 ℃ ~ 100 ℃ temperature range, zone of stress 0.005 Mpa to 0.1 Mpa, 1 KHZ to 200 KHZ frequency belt, will be studied. The structure of chip will be optimized. The scope of the best test method and application of the sensor chip will be determined.Research results will provide theoretical guidance of structure optimization and key technical support for the pressure sensor chip made up of the iron-based nanocrystalline strip in the application and design.

本项目针对铁基纳米晶带材作为压磁式传感器芯片存在的主要问题，提出了具体解决方案，并在此基础上研究其中急需解决的关键问题。首先，较系统定量地精确测试Fe(73.4-x)Cu0.6Nb3.5Si13.5B9Vx(1≤x≤4)纳米晶带材在0.005Mpa~0.1Mpa微应力带条件下的压磁特性。其次，研究带材中的V含量对纳米晶带材压磁特性影响情况，并通过研究带材成分、热处理工艺、相结构、晶粒度和环境等因素影响情况，阐述压磁特性变化机理；最后，以优化后的带材制备"丁基橡胶薄膜/纳米晶带材/丁基橡胶薄膜"压磁式传感器芯片，研究不同结构芯片在-20℃~100℃温度区间、0.005Mpa~0.1Mpa应力带、1kHz~200kHz频率带内的压磁特性，优化芯片结构，确定传感器芯片的最佳测试方法和应用范围。研究结果将为铁基纳米晶带材在压磁式传感器芯片上的应用和芯片结构优化设计提供理论指导和关键技术支持。

本项目针对铁基非晶带材作为压磁式传感器芯片存在的主要问题，提出了具体解决方案，并在此基础上研究了其中急需解决的关键问题。通过研究，较全面和系统掌握了铁基非晶合金在微应力条件下的压磁特性，评估铁基非晶合金薄膜传感器在“微应力实用化测试”中的应用前景；研究了 Fe(73.4-x)Cu0.6Nb3.5Si13.5B9Vx (1≤x≤4)非晶合金系列中的成分、相结构、晶粒尺寸、非晶度、热处理工艺、环境温湿度等因素对压磁特性的影响情况和机理；设计并制备了以FeCuNbSiB9V非晶薄膜作为芯片的传感器结构，并较系统地研究了传感器的压磁特性。.本项目创造性地开发了用于非晶/纳米晶合金带材压磁性能测试的“电感线圈中磁芯直接施压测试法”和用于非晶/纳米晶合金带材传感器压磁性能测试的“改进的闭合回路电感测试法”。.本项目通过化学改性法成功地在铁基非晶/纳米晶带材表面制得了一种主要成份为Cu0.86Fe2.14O4及(Cu0.18Fe0.82)Cu0.82Fe1.18O4 的化学涂层，涂层表面光洁平整且与带材具有很强的结合能力；涂层增强了带材抵抗环境腐蚀的能力，并有效地解决了封装时带材与胶体的不浸润问题，为铁基非晶合金传感器的进一步产业化及商品化打下良好的基础。.最后，本项目设计并制作了一种能够兼顾静态与动态压力测量的新型压磁型力敏薄膜传感器。传感器以Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄膜作为芯片，设计了一种闭合式电感线圈回路法测试系统。传感器能够较好地防止外界环境的电磁干扰，且可以在低于60 ℃环境中使用，测试数据可靠，传感器呈现出一个非常优异的力敏性能。