專利名稱：低氧含量的合金組合物的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及低氧含量的合金組合物，更具體地，涉及具有磁記錄應用中有用磁性的低氧含量的合金組合物。
背景技術(shù)：
磁阻磁頭(MR)和磁性隨機存儲器(MRAR)預期是未來幾代垂直磁記錄和手機存儲應用中的關鍵技術(shù)。正在研究新的材料以改進提高存儲面密度和降低存儲芯片尺寸的設計。這些新的材料不僅必須具有專用于這些技術(shù)的磁性，而且它們也必須具有高純度。
材料純度對于用在磁性數(shù)據(jù)存儲和MRAM應用中的薄膜材料的性能起著重要作用。例如，雜質(zhì)如氧、氮、硫和堿性化合物改變薄膜材料的晶格結(jié)構(gòu)，從而取代了晶格中的原子。這種對材料結(jié)構(gòu)次序的影響降低了材料的磁性能，從而降低了在磁記錄應用中的性能。另外，雜質(zhì)如氧的存在可產(chǎn)生短的擴散路徑通過薄膜材料進入磁性層。因此，需要鑒別和開發(fā)具有特定磁性能以及高純度的薄膜材料。
發(fā)明概述本發(fā)明包括一系列用于磁記錄領域具有優(yōu)良磁性的合金組合物。所述合金組合物在所要求保護的組成范圍內(nèi)形成具有L10或L12型晶體結(jié)構(gòu)的有序化合物。另外，本發(fā)明的合金組合物雜質(zhì)如氧和硫含量低，且在磁記錄應用中具有更好的性能。合金組合物優(yōu)選形成用于薄膜應用的濺射靶。
本發(fā)明的合金組合物包括Mn與選自Ga、In、Ni和Zn的一種元素結(jié)合的Mn合金。所述合金組合物也包括Fe合金和Co合金，其中Fe或Co與Pt或Pd結(jié)合。
本發(fā)明的合金組合物中氧含量為500ppm或更低，優(yōu)選為100ppm或更低。另外，合金組合物中硫含量為100ppm或更低，優(yōu)選為50ppm或更低。
為了能夠快速理解本發(fā)明的內(nèi)容，以上提供了本發(fā)明的概述。通過以下對本發(fā)明的詳細描述將對本發(fā)明有更完整的理解。


圖1是剛鑄好Ni40Mn at.％合金的光學顯微圖。
圖2是剛鑄好Ni30Mn at.％合金的光學顯微圖。
圖3是剛鑄好In50Mn at.％合金的SEM顯微圖。
圖4是剛鑄好Fe45Pt at.％有序合金的光學顯微圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人確認和開發(fā)了一系列具有優(yōu)良磁性且雜質(zhì)含量低的合金組合物。本發(fā)明的合金組合物形成具有L10或L12型晶體結(jié)構(gòu)的有序化合物。另外，合金組合物的氧和硫含量顯著降低。
表1 總結(jié)了本發(fā)明合金組合物的相關組成和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。具體地，表1鑒別了有序相符號、結(jié)構(gòu)名稱、所研究的相存在時的組成范圍、以及所研究的相可與其它相類型共存時的組成范圍。表1中所用的相符號從Binary Phase Diagrams，2ndEdition(Thaddeus B.Massalski，ed.)中的相圖獲得。
表1

表1中列出的第一組合金包括具有L10或L12晶體結(jié)構(gòu)的Mn合金。這些Mn合金具有用于磁性數(shù)據(jù)存儲的薄膜材料和MRAM應用中所需的反鐵磁性。特別地，這些Mn合金在各向異性磁阻(AMR)和用于高密度記錄的巨磁阻(GMR)自旋閥傳感器中倍受關注。另外，這些Mn合金由于與Mn結(jié)合所用的合金組分比通常所用的那些組分如Pt、Pd、Ir或Rh價格低廉而受到關注。下文的實施例1和2分別描述了本發(fā)明的Mn-Ni合金和Mn-In合金。
實施例1進行了三種Ni-Mn合金的系列熔融試驗。每種試驗所需的熔融裝料組分如表2所示。用99.95％純度的Ni球和99.9％純度的Mn片來制備熔融裝填組分。
表2

在第一種熔融實驗中，合金塊在MgO坩鍋中直接固化。在第二種和第三種熔融試驗中，合金被熔融并被澆鑄到石墨模具中。石墨模具經(jīng)BN噴淋，且在被安裝到VIM單元室內(nèi)之前在單獨的加熱爐中預熱至500°F。在這三種熔融試驗中，VIM單元室均被抽真空至約0.05mbar，以準備進行熔融操作。
三種熔融試驗的熔融操作均通過對VIM單元施加5kW電壓20分鐘，并通過每5分鐘增加5kW電壓再保持20分鐘來實現(xiàn)。對于第一種熔融試驗，Mn片一旦熔融，便將VIM單元室回充入氬氣至約40mbar的壓力。對于第二種和第三種試驗，隨后在25分鐘內(nèi)將VIM單元室回充入氬氣至500mbar，然后在37分鐘內(nèi)至700mbar。
從大塊坯料制備合金樣品以分析化學組成。制成塊料后觀察MgO坩堝和石墨模具，結(jié)果表明沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象。圖1和2分別為表征剛鑄好Ni40Mn at.％合金和剛鑄好Ni30Mn at.％合金微觀結(jié)構(gòu)的光學顯微圖。三種熔融試驗中合金樣品的化學分析結(jié)果如表3所示。
表3

如表3所示，三種熔融合金均被充分脫氧，其氧含量均不超過100ppm。將第一種和第二種熔融試驗的氧含量與第三種熔融試驗的氧含量進行比較，結(jié)果表明Ce也有助于合金組合物的脫氧。另外，對于測得的硫含量約300ppm的Mn薄片，表3的數(shù)據(jù)表明CaSi2對合金融體的脫氧也起作用。在表3中，“/”表示對特定元素沒有進行測量，“0”表示沒有檢測到特定元素。
實施2使用2427克99.9％純度的Mn薄片和5037克99.9％純度的In棒進行熔融試驗。除了Mn和In組分外，加入25克CaSi2和10克Ce作為脫氧劑。在VIM單元室內(nèi)的MgO坩堝中，在0.07mbar分真空下將熔融填料預熱至500°F。然后將VIM單元室回充入氬氣至500mbar，通過向VIM單元施加5kW電壓20分鐘，并通過每5分鐘增加5kW電壓再進行20分鐘，將熔融裝料樣品熔融。熔融裝料然后被澆鑄到石墨模具中。
圖3是表征剛鑄好In50Mn at.％合金微觀結(jié)構(gòu)的SEM顯微圖。該顯微圖表征的微觀結(jié)構(gòu)由三個相組成淺的In基質(zhì)、淺灰色相所示的(In，Mn)固熔體和深灰色區(qū)域所示的InMn3化合物。顯微圖中的黑點是氣孔。分析剛鑄好材料的化學組成，結(jié)果如表4所示。
表4

表1中所述的合金還包括Fe和Co合金。在這些合金中，F(xiàn)e或Co與Pt或Pd結(jié)合形成合金組合物。這些合金組合物對使用垂直記錄技術(shù)的未來幾代記錄介質(zhì)很有意義，其容量可希望達到200GB或更高。這些合金組合物對形成磁性硬層特別有意義，因為其可獲得高的各相異性常數(shù)(Kμ＞107J.m-1)。下述實施例3公開了Fe-Pt合金組合物的例子。
實施例3使用13.500千克99.9％純度的Pt丸粒和4.724千克電解產(chǎn)生的99.97％純度的鐵薄片進行熔融試驗。向熔融填料中加入91克(約0.50wt.％)CaSi2進行脫氧。將填料放置在具有Pt和Fe交替層且CaSi2均勻分布在各層間的坩堝中。將VIM單元室密封，抽真空至起始水平0.07mbar。然后向該室回充氬氣，在熔融和鑄造過程中保持500mbar的壓力。熔融是通過向VIM單元施加5kW電壓20分鐘，然后每5分鐘增加5kW另外進行20分鐘而實現(xiàn)的。模具系統(tǒng)是8.00″寬，15.00″長和0.60″厚的石墨殼。
圖4是表征剛鑄好Fe45Pt at.％合金微觀結(jié)構(gòu)的光學顯微圖。微觀結(jié)構(gòu)由上述表1中所述的單相FePt的高孿生粒子構(gòu)成。孿生粒子導致1300℃時(γFe，Pt)fcc固溶體轉(zhuǎn)變成四方晶格FePt過程中晶格位錯。分析剛鑄好材料的化學組成，結(jié)果如表5所示。
表5

前述實施例目的在于闡述本發(fā)明合金組合物的例子。這些實施例不是用來限制本發(fā)明的保護范圍，而本發(fā)明的保護范圍通過所附權(quán)利要求書來確定。
盡管前文已公開了本發(fā)明的最佳實施方式和/或其它實施例，但應當理解也可對其進行多種改變，且本發(fā)明的主題也可通過不同形式和實施例實現(xiàn)，且它們可用于多種領域，而本發(fā)明僅闡述了其中的一些。
權(quán)利要求
1.一種合金組合物，包括50-30at.％的Mn和50-70at.％的Ga，其中所述合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
2.如權(quán)利要求1的合金組合物，其中所述合金組合物包括45-37at.％的Mn和55-63at.％的Ga。
3.如權(quán)利要求1的合金組合物，其中所述合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
4.一種合金組合物，包括50-15at.％的Mn和50-85at.％的In，其中所述合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
5.如權(quán)利要求4的合金組合物，其中所述合金組合物包括25at.％的Mn和75at.％的In。
6.如權(quán)利要求4的合金組合物，其中所述合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
7.一種合金組合物，包括56-40at.％的Mn和44-60at.％的Ni，其中所述合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
8.如權(quán)利要求7的組合物，其中所述合金組合物包括53-44.5at.％的Mn和47-55.5at.％的Ni。
9.如權(quán)利要求7的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
10.一種合金組合物，包括90-70at.％的Ni和10-30at.％的Mn，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
11.如權(quán)利要求10的合金組合物，其中所述的合金組合物包括85-71at.％的Ni和15-29at.％的Mn。
12.如權(quán)利要求10的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
13.一種合金組合物，包括80-60at.％的Zn和20-40at.％的Mn，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
14.如權(quán)利要求13的合金組合物，其中所述的合金組合物包括75-69at.％的Zn和25-31at.％的Mn。
15.如權(quán)利要求13的合金組合物，其中所述的合金組合物包括75-70at.％的Zn和25-30at.％的Mn。
16.如權(quán)利要求13的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
17.一種合金組合物，包括84-65at.％的Fe和16-35at.％的Pt，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
18.如權(quán)利要求17的合金組合物，其中所述的合金組合物包括84-67at.％的Fe和16-33at.％的Pt。
19.如權(quán)利要求17的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
20.一種合金組合物，包括65-41at.％的Fe和35-59at.％的Pt，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
21.如權(quán)利要求20的合金組合物，其中所述的合金組合物包括65-45at.％的Fe和35-55at.％的Pt。
22.如權(quán)利要求20的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
23.一種合金組合物，包括43-17at.％的Fe和57-83at.％的Pt，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
24.如權(quán)利要求23的合金組合物，其中所述的合金組合物包括43-21at.％的Fe和57-79at.％的Pt。
25.如權(quán)利要求23的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
26.一種合金組合物，包括70-37at.％的Fe和30-63at.％的Pd，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
27.如權(quán)利要求26的合金組合物，其中所述的合金組合物包括51.5-40at.％的Fe和48.5-60at.％的Pd。
28.如權(quán)利要求26的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
29.一種合金組合物，包括40-12at.％的Fe和60-88at.％的Pd，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
30.如權(quán)利要求29的合金組合物，其中所述的合金組合物包括37-14at.％的Fe和63-86at.％的Pd。
31.如權(quán)利要求29的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
32.一種合金組合物，包括60-24at.％的Co和40-76at.％的Pt，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
33.如權(quán)利要求32的合金組合物，其中所述的合金組合物包括58-26at.％的Co和42-74at.％的Pt。
34.如權(quán)利要求32的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
35.一種合金組合物，包括25-10at.％的Co和75-90at.％的Pt，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
36.如權(quán)利要求35的合金組合物，其中所述的合金組合物包括25-12at.％的Co和75-88at.％的Pt。
37.如權(quán)利要求35的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
38.一種合金組合物，包括70-42at.％的Co和30-85at.％的Pd，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
39.如權(quán)利要求38的合金組合物，其中所述的合金組合物包括52-48at.％的Co和48-52at.％的Pd。
40.如權(quán)利要求38的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
41.一種合金組合物，包括42-6at.％的Co和58-94at.％的Pd，其中所述的合金組合物含500ppm或更低的O和100ppm或更低的S。
42.如權(quán)利要求41的合金組合物，其中所述的合金組合物包括40-10at.％的Co和60-90at.％的Pd。
43.如權(quán)利要求41的合金組合物，其中所述的合金組合物含100ppm或更低的O和50ppm或更低的S。
44.一種濺射靶，包括權(quán)利要求1-43中任一項的合金組合物。
全文摘要
一種包括Mn與選自Ga、In、Ni和Zn的一種元素結(jié)合的Mn合金的合金組合物。也包括Fe合金和Co合金，其中Fe或Co與Pt或Pd結(jié)合。所述的合金組合物在特定的組成范圍內(nèi)形成具有L文檔編號C22C28/00GK1760393SQ200510083509
公開日2006年4月19日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者阿卜杜勒瓦哈卜·齊亞尼, 約恩·阿普里爾, 戴維·菲爾加松 申請人:黑羅伊斯公司