磁性诱发两相分离型Co-V基垂直磁记录材料的设计及磁学性能研究

本项目拟以磁性诱发两相分离型Co-V基合金系为研究对象，从实验和计算两个方面研究富Co侧的相平衡，特别研究添加合金元素对磁性诱发两相（fcc或hcp）分离的影响及合金元素在各相中的分配规律，在实验结果的基础上，利用相图计算的方法，建立Co-V基合金的热力学数据库。并利用该数据库，计算预测磁性诱发所导致的hcp相的两相分离存在的成分和温度范围，在此基础上选择合适的合金成分和薄膜的制备工艺，采用磁控溅射方法制备Co-V基合金薄膜，并对薄膜的结构、微观组织和磁学性能进行研究，这些基础研究将对新一代垂直磁记录材料的研发有着现实的指导意义和重要的理论价值。

本项目实验测定了磁性诱发两相分离型Co-V-X (X: Fe, Ni, Cr, W, Mo) 各三元系在800 ℃～1200 ℃不同温度、全成分范围内的相平衡，特别研究添加合金元素对磁性诱发两相(fcc或hcp)分离的影响。为了使整个数据库更加完善，又增加了Co-V-Mn, Co-Fe-Zr, Co-Cr-(Mo, Nb)，Co-Ta-(Mo, Nb), Co-W-(Cr, Nb)各三元系相平衡的研究；并在本研究和已报道的实验信息的基础上，利用CALPHAD方法，对上述Co基合金的相图进行了热力学优化与计算，建立了Co-V-X ( X：Fe, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Pt, Ta ) 基合金的热力学数据库。. 利用该数据库，计算预测磁性诱发所导致的hcp和fcc相的两相分离存在的成分和温度范围。在此基础上选择合适的合金成分，采用磁控溅射方法，以玻璃，单晶硅片，单晶MgO为衬底，以Ru作为过渡层，在不同的工艺条件下制备了一系列的Co-V合金薄膜。实验结果表明：Co-V基合金薄膜具有较好的垂直磁各向异性，Ta元素等的合金化可以显著提高薄膜的矫顽力。. 由于薄膜组织的控制一直是Co基磁记录薄膜制备中的技术难题。本研究从动力学角度，利用相场模拟计算的方法，模拟了Co-V 和Co-Cr 薄膜的组织演化过程，研究了不同初始成分和温度下的组织演变规律，解释了实验报道的Co 基合金薄膜中几种典型微观组织结构的演化机理；运用相场动力学方法，系统地研究了沉积速度对Spinodal 分解型薄膜沉积过程中组织演化的影响，建立了薄膜组织与沉积速度和两相体积分数间的关系。. 利用密度泛函理论方法，本项目增加了对部分Co-X (X = Ti, Ta, W, V, Al) 二元系中类Ni3Al合金的A3B有序相的电子结构及热力学性质(振动熵，焓，热容及热膨胀系数) 等信息的计算工作，为设计和制备新型Co基高温合金提供理论依据。. 本项目已取得了一系列重要研究成果，已在包括Physical Review Letter等期刊上发表论文共13篇，获得授权专利1项，会议论文11篇，目前已投稿和待投稿的论文多篇。已有3人次研究生在国际学术会议获奖。