專利名稱：塊狀非晶體金屬磁元件的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是1998年11月6日申請(qǐng)的序列號(hào)為09/186914、名稱為“Bulk Amorphous Metal Magnetic Components”專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種非晶體金屬磁元件；更具體地說(shuō)，涉及一種基本上是三維的塊狀的非晶體金屬磁元件，其用于大的電子裝置，例如磁諧振成像系統(tǒng)、電視和視頻系統(tǒng)以及電子和離子束系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明雖然和無(wú)定向電工鋼相比非晶體金屬提供了優(yōu)異的磁性能，但是長(zhǎng)期來(lái)一直認(rèn)為它們不適用于塊狀磁元件，例如用于磁諧振成像系統(tǒng)(MRI)的極面磁體的片，這是由于非晶體金屬的某些物理性能和相應(yīng)的制造限制所致。例如，非晶體金屬比無(wú)定向硅鋼薄而硬，因而導(dǎo)致制造工具和模具的較快的磨損。導(dǎo)致的工具成本和制造成本的增加使得利用這種技術(shù)制造塊狀非晶體金屬磁元件在商業(yè)上是不實(shí)際的。非晶體金屬的薄的厚度也使得在裝配的元件中的疊層的數(shù)量增加，這進(jìn)一步增加了非晶體金屬磁元件的成本。
非晶體金屬一般以具有均勻?qū)挾鹊谋〉倪B續(xù)帶提供。不過(guò)，非晶體金屬是非常硬的材料，這使得其非常難于切割和成形，并且一旦退火而達(dá)到峰值磁性能之后，便成為非常脆的。這使得利用常規(guī)的方法構(gòu)成塊狀非晶體金屬磁元件困難而昂貴。非晶體金屬的脆性還引起例如在MRI系統(tǒng)的應(yīng)用中的塊狀非晶體金屬磁元件的耐用性的關(guān)心。
塊狀非晶體金屬磁元件的另一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)非晶體金屬材料受到物理應(yīng)力時(shí)，其導(dǎo)磁率被減小。這個(gè)減小的導(dǎo)磁率可以和加于非晶體金屬材料上的應(yīng)力的強(qiáng)度非常相關(guān)。當(dāng)塊狀非晶體金屬磁元件受到應(yīng)力時(shí)，鐵心引導(dǎo)或者會(huì)聚磁通的效率被減少，因而產(chǎn)生較高的磁損耗，增加發(fā)熱，因而減少功率。由于非晶體金屬的磁致伸縮性質(zhì)，這種對(duì)于應(yīng)力的敏感性可以由在裝置的操作期間的磁力產(chǎn)生的應(yīng)力、由于機(jī)械夾持或者其它方式固定塊狀非晶體金屬磁元件而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力、或者由于熱脹與/或由非晶體金屬材料的磁飽和產(chǎn)生的膨脹引起引起。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件，其具有多面體的形狀，并且由多個(gè)非晶體金屬材料條層構(gòu)成。本發(fā)明還提供一種用于制造塊狀非晶體金屬磁元件的方法。所述磁元件可以在50Hz-20000Hz的頻率范圍內(nèi)操作，并且在和在相同頻率范圍內(nèi)操作的硅鋼磁元件相比時(shí)，具有改進(jìn)的性能特性。更具體地說(shuō)，按照本發(fā)明構(gòu)成的磁元件，在一個(gè)激磁頻率f下被激勵(lì)到一個(gè)峰值磁感應(yīng)值Bmax時(shí)，在室溫下具有小于L的鐵心損耗，其中L由公式L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282 f1.5(Bmax)2.4給出，所述鐵心損耗，激磁頻率和峰值磁感應(yīng)值分別用每千克瓦，赫茲和特斯拉測(cè)量。最好是，磁元件將具有(i)在頻率大約為60Hz，磁密大約為1.4T的條件下工作時(shí)，小于或大約等于每千克非晶體金屬材料1瓦的鐵心損耗；(ii)在頻率大約為1000Hz，磁密大約為1.0T下工作時(shí)，小于或大約等于每千克非晶體金屬材料12瓦的鐵心損耗，或者(iii)在頻率大約為20000Hz，磁密大約為0.30T下工作時(shí)，小于或大約等于每千克非晶體金屬材料70瓦的鐵心損耗。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，塊狀非晶體金屬磁元件包括被層疊在一起而形成多面體形狀的部件的多個(gè)形狀基本上相同的非晶體金屬材料條。
本發(fā)明還提供一種用于構(gòu)成塊狀非晶體金屬磁元件的方法。在所述方法的第一實(shí)施例中，非晶體金屬條材料被切割成具有預(yù)定長(zhǎng)度的多個(gè)切割成的條。所述切割成的條被疊置而成為層疊的非晶體金屬帶材料棒，并被退火從而增強(qiáng)材料的磁性能，并且可選擇地把初始的玻璃狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成納級(jí)晶體結(jié)構(gòu)。所述退火的層疊的棒被在環(huán)氧樹(shù)脂中浸漬并固化。優(yōu)選的非晶體金屬材料具有大致由通式Fe80B11Si9限定的成分。
在所述方法的第二實(shí)施例中，非晶體金屬條材料圍繞一個(gè)心軸纏繞，從而形成具有大致圓拐角的大致是矩形的鐵心。然后，所述基本上是矩形的芯子被退火，從而增強(qiáng)材料的磁性能，并且選擇地，把初始的玻璃狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成納級(jí)晶體結(jié)構(gòu)，然后所述鐵心利用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬并固化。然后切割矩形鐵心的短邊，從而形成兩個(gè)磁元件，它們具有和所述基本上呈矩形的鐵心的所述短邊的尺寸和形狀近似的預(yù)定的三維幾何形狀。從所述基本上呈矩形的鐵心的長(zhǎng)邊除去有圓的拐角，并且所述基本上呈矩形的鐵心的長(zhǎng)邊被切割而形成多個(gè)具有預(yù)定的三維幾何形狀的多面體形的磁元件。優(yōu)選的非晶體金屬材料具有由通式Fe80B11Si9限定的成分。
本發(fā)明還涉及一種按照上述方法構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件。
按照本發(fā)明構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件尤其適用于高性能的MRI系統(tǒng)中的極面磁體的片；電視和視頻系統(tǒng)；以及電子束和離子束系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)化制造過(guò)程和縮短制造時(shí)間，減少在所述塊狀非晶體金屬磁元件制造期間遇到的應(yīng)力(例如，磁致伸縮)，并優(yōu)化最終的塊狀非晶體金屬磁元件的性能。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)參看下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，可以更充分地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)代表類似的元件；其中

圖1A是按照本發(fā)明構(gòu)成的基本上呈矩形多面體形狀的塊狀非晶體金屬磁元件的透視圖；圖1B是按照本發(fā)明構(gòu)成的基本上呈梯形多面體形狀的塊狀非晶體金屬磁元件的透視圖；圖1C是按照本發(fā)明構(gòu)成的具有相對(duì)設(shè)置的弓形表面的多面體形的塊狀非晶體金屬磁元件的透視圖；圖2是按照本發(fā)明的被固定進(jìn)行切割和疊置的非晶體金屬條卷的側(cè)視圖；圖3是非晶體金屬條棒的透視圖，表示用于生產(chǎn)多個(gè)按照本發(fā)明的基本上呈梯形的磁元件的切線；圖4是非晶體金屬條卷的側(cè)視圖，其被繞在一個(gè)心軸上，從而形成按照本發(fā)明的基本上呈矩形的鐵心；以及圖5是按照本發(fā)明制成的基本上呈矩形的非晶體金屬鐵心的透視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供一種基本上呈多面體形的低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件，按照本發(fā)明構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件具有多種幾何形狀，其中包括但不限于矩形的、方形的和梯形棱柱形的。此外，上述的任何幾何形狀都可以包括至少一個(gè)弓形表面，最好包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的弓形表面，從而形成彎曲的或弓形的塊狀非晶體金屬磁元件。此外，按照本發(fā)明，可以把整個(gè)磁裝置例如極面磁體制成一個(gè)塊狀非晶體金屬磁元件。這些裝置可以具有一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，或者可以由能夠集中而形成一個(gè)完整部件的幾個(gè)部分構(gòu)成。另外，一個(gè)裝置可以是一個(gè)全部由非晶體金屬部件或者由非晶體金屬部件和其它的磁材料組合而成的合成的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在詳細(xì)參看附圖，圖1A表示具有三維的基本上呈多面體形狀的塊狀非晶體金屬磁元件10。磁元件10包括被層疊在一起并被退火的多個(gè)形狀基本上相同的非晶體金屬條材料層20。圖1B所示的磁元件具有三維的大體上是梯形的形狀，并包括被層疊在一起并被退火的多個(gè)尺寸和形狀基本上相同的非晶體金屬帶材料層20。圖1C所示的磁元件包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的弓形表面12。元件10由被層疊在一起并被退火的多個(gè)形狀基本上相同的非晶體金屬帶材料層20。
本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件10是一個(gè)總體上三維的多面體，并且可以是矩形的、方形的、或梯形的棱柱。此外，如圖1C所示，元件10可以具有至少一個(gè)弓形表面12。在優(yōu)選實(shí)施例中，提供兩個(gè)弓形表面12，并且彼此相對(duì)地設(shè)置。
按照本發(fā)明構(gòu)成的并在激磁頻率f下被激勵(lì)到峰值感應(yīng)值Bmax的磁元件在室溫下具有小于L的鐵心損失，其中L由下式給出L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282 f1.5(Bmax)2.4，所述鐵心損失，激磁頻率和峰值磁感應(yīng)值分別以每千克瓦，赫茲和特斯拉計(jì)量。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述磁元件(i)當(dāng)在大約60赫茲的頻率和大約1.4T的磁通密度下操作時(shí)，具有每千克非晶體金屬材料小于或等于大約1瓦的鐵心損失；(ii)當(dāng)在大約1000赫茲的頻率和大約1.0T的磁通密度下操作時(shí)，具有每千克非晶體金屬材料小于或等于大約12瓦的鐵心損失；或者(iii)當(dāng)在大約20000赫茲的頻率和大約0.30T的磁通密度下操作時(shí)，具有每千克非晶體金屬材料小于或等于大約70瓦的鐵心損失。本發(fā)明的元件的減少的鐵心損失有利地改善了包括所述元件的電氣裝置的效率。
低的鐵心損失使得本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件尤其適用于高頻激磁的情況下，例如在至少大約100Hz的頻率下進(jìn)行的激磁。常規(guī)鋼在高頻下固有的高的鐵心損失使得它們不適用于要求高頻激磁的裝置中。這些鐵心損失性能值適用于本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，而和塊狀非晶體金屬磁元件的特定的幾何結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。
本發(fā)明還提供一種用于制造塊狀非晶體金屬磁元件的方法。如圖2所示，非晶體金屬條材料卷30由切割刀具40切割成多個(gè)具有相同形狀和尺寸的條20。條20被層疊而形成疊置的非晶體金屬條材料棒50。棒50被退火，利用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬并固化。棒50可以沿著圖3所示的線52切割而成為大致是矩形，方形，或梯形棱柱形的部件。此外元件10可以包括至少一個(gè)弓形表面12，如圖1C所示。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，如圖4和5所示，通過(guò)圍繞基本上呈矩形的心軸60纏繞一個(gè)非晶體金屬條22或一組非晶體金屬條22，從而形成基本上呈矩形繞制的鐵心70。所述鐵心70的短邊74的高度最好大約等于最終的塊狀非晶體金屬磁元件10的所需的長(zhǎng)度。鐵心70被退火，利用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬并固化。通過(guò)切割短邊74可以形成兩個(gè)元件10，剩下和長(zhǎng)邊78a，78b相連的有圓角的的拐角76。通過(guò)從長(zhǎng)邊78a，78b上除去有圓的拐角76，并在由虛線72所示的多個(gè)位置切割長(zhǎng)邊78a，78b，可以形成另外的磁元件10。在圖5所示的例子中，塊狀非晶體金屬磁元件10具有基本上呈矩形的形狀，雖然通過(guò)本發(fā)明也可以形成其它的形狀，例如具有至少一個(gè)梯形或方形表面的形狀。
本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件10也可以利用多種切割技術(shù)從疊置的非晶體金屬條棒50切割而成，或者由被繞制的非晶體金屬條的鐵心切割而成。元件10可以利用切割刀片或切割輪從棒50或鐵心70切割而成。此外，元件10可以利用放電機(jī)或噴射水流切割而成。
按照本發(fā)明構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件尤其適用于高性能的MRI系統(tǒng)，電視和視頻系統(tǒng)，以及電子束和離子束系統(tǒng)中的極面磁體的片。磁元件的制造被簡(jiǎn)化，并縮短制造時(shí)間，減少否則在所述塊狀非晶體金屬磁元件制造期間遇到的應(yīng)力，并優(yōu)化最終的塊狀非晶體金屬磁元件的性能。
本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件10可以使用許多非晶體金屬合金制造。一般地說(shuō)，適用于按照本發(fā)明構(gòu)成的磁元件10的合金由通式M70-85Y5-20Z0-20限定，下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，其中M至少是Fe，Ni和Co中的一種，Y至少是B，C和P中的一種，Z至少是Si，Al和Ge中的一種；附帶條件是(i)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分M可以由金屬物質(zhì)Ti，V，Cr，Mn，Cu，Zr，Nb，Mo，Ta，Hf，Ag，Au，Pd，Pt和W中的至少一種代替，以及(ii)成分(Y+Z)的多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)可由非金屬物質(zhì)In，Sn，Sb和Pb中的至少一種代替。這里使用的術(shù)語(yǔ)“非晶體金屬合金”指的是這樣一種金屬合金，其基本上沒(méi)有任何長(zhǎng)范圍的順序(order)，其特征在于，它們的X射線衍射強(qiáng)度最大值定性地類似于對(duì)于液體或無(wú)機(jī)氧化物玻璃觀察到的最大值。
適用于本發(fā)明應(yīng)用的非晶體金屬合金在市場(chǎng)上是可以得到的，其一般呈連續(xù)的薄條或帶的形式，寬度可達(dá)20厘米或更寬，厚度大約為20-25微米。這些合金基本上全部具有玻璃狀的微觀結(jié)構(gòu)(例如大約至少80％的體積的材料具有非晶體結(jié)構(gòu))。最好是，所述合金基本上100％的材料具有非晶體結(jié)構(gòu)。非晶體結(jié)構(gòu)的體積百分?jǐn)?shù)可以由本領(lǐng)域中已知的方法確定，例如X射線，中子或電子衍射，透射電子顯微鏡，或者差動(dòng)掃描測(cè)熱技術(shù)。其中M是鐵，Y是硼，Z是硅的合金能夠以低的成本實(shí)現(xiàn)最高的感應(yīng)值。為此，由鐵硼硅合金構(gòu)成的非晶體金屬條是優(yōu)選的。更具體地說(shuō)，這樣的合金是優(yōu)選的其含有至少70個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Fe，至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的B，和至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Si，附帶條件是B和Si的總量至少為15個(gè)原子百分?jǐn)?shù)。最優(yōu)選的是這樣的非晶體金屬條，其組成主要包括大約11個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的硼和大約9個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的硅，其余部分是鐵和附帶的雜質(zhì)。這種條由Honeywell International Inc.出售，商標(biāo)為METLAS合金2605SA-1。
指定的用于本發(fā)明的元件10的非晶體金屬條的磁性能可以通過(guò)在一定溫度和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱處理來(lái)增強(qiáng)，所述溫度和時(shí)間應(yīng)當(dāng)足以提供所需的增強(qiáng)，而不用改變條的基本上全部的玻璃狀的微觀結(jié)構(gòu)。在熱處理的至少一部分期間，至少最好在冷卻部分期間，可以選擇對(duì)帶施加磁場(chǎng)。
適用于元件10的特定非晶體合金的磁性能可以通過(guò)對(duì)所述合金進(jìn)行熱處理，使得形成納級(jí)晶體(nanocrystalline)微觀結(jié)構(gòu)來(lái)大大改善。這些微觀結(jié)構(gòu)的特征在于，其中存在高密度的顆粒，所述顆粒具有小于大約100納米的尺寸，小于大約50納米較好，小于大約10-20納米最好。所述顆粒最好占據(jù)鐵基合金的至少50％的體積。這些優(yōu)選的材料具有低的鐵心損失和低的磁致伸縮。后一種性質(zhì)使得材料不易因元件10在制造與/或操作期間產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致磁性能的劣化。在給定的合金中用于生產(chǎn)納級(jí)晶體結(jié)構(gòu)所需的熱處理必須在比為了保持其中具有基本上全部的玻璃狀微觀結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的熱處理較高的溫度或較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。此處使用的術(shù)語(yǔ)非晶體金屬和非晶體合金還包括這樣的材料，其最初具有基本上全部的玻璃狀微觀結(jié)構(gòu)，隨后通過(guò)熱處理或其它處理轉(zhuǎn)換成具有納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)的材料?？梢酝ㄟ^(guò)熱處理而形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)的非晶體合金還通常被簡(jiǎn)稱為納級(jí)晶體合金。本發(fā)明的方法使得納級(jí)晶體合金能夠形成最終的塊狀磁元件所需的幾何形狀。這種形成方法被方便地進(jìn)行，同時(shí)在進(jìn)行所述材料的熱處理以便形成更脆和更難于處理的納級(jí)晶體結(jié)構(gòu)之前仍然保持其鑄造的、可延展的、基本上非晶體的形式。
兩種優(yōu)選的能夠通過(guò)形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)來(lái)大大增強(qiáng)其磁性能的合金由以下的通式給出，其中的下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)。
第一種優(yōu)選的納級(jí)晶體合金是Fe100-u-x-y-z-wRuTxQyBzSiw，其中R是Ni和Co至少之一，T是Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo，和W中的至少一種，Q是Cu，Ag，Au，Pd，和Pt中的至少一種，u的范圍從0大約到10，x的范圍大約為3-12，y的范圍大約為0-4，z的范圍大約為5-12，w的范圍大約為0-8。此后，這種合金被熱處理，從而在其中形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)，其具有高的飽和磁感應(yīng)(例如至少1.5T)，低的鐵心損失，和低的飽和磁致伸縮(例如具有絕對(duì)值小于4×10-6的磁致伸縮)。這種合金尤其適用于其中元件尺寸必須小型化或者用于要求高的氣隙磁通的極面磁體的情況。
第二種優(yōu)選的納級(jí)晶體合金是Fe100-u-x-y-z-wRuTxQyBzSiw，其中R是Ni和Co至少之一，T是Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo，和W中的至少一種，Q是Cu，Ag，Au，Pd，和Pt中的至少一種，u的范圍從0大約到10，x的范圍大約為1-5，y的范圍大約為0-3，z的范圍大約為5-12w的范圍大約為8-18。此后，這種合金被熱處理，從而在其中形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)，其具有至少大約1.0T的飽和磁感應(yīng)，特別低的鐵心損失，和低的飽和磁致伸縮(例如具有絕對(duì)值小于4×10-6的磁致伸縮)。這種合金尤其適用于以非常高的頻率激磁的元件(例如要求激磁頻率在1000赫茲更高)。
包括具有一個(gè)或幾個(gè)極面磁體的電磁系統(tǒng)通常是用于在電磁體的氣隙中產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)的系統(tǒng)。時(shí)變磁場(chǎng)可以是完全的交流磁場(chǎng)，即其時(shí)間平均值是0的磁場(chǎng)。選擇地，時(shí)變磁場(chǎng)也可以具有非零的時(shí)間平均值，一般被稱為磁場(chǎng)的直流分量。在這種電磁系統(tǒng)中，至少一個(gè)極面磁體處于時(shí)變磁場(chǎng)之下，結(jié)果，極面磁體伴隨著每個(gè)激磁周期被磁化和去磁。在極面磁體內(nèi)的時(shí)變磁通密度或磁感應(yīng)由于鐵心中的鐵心損失而引起發(fā)熱。
塊狀非晶體金屬磁元件比由其它的鐵基磁金屬制造的元件能夠更有效地磁化和去磁。當(dāng)被用作極磁體時(shí)，所述塊狀非晶體金屬磁元件和由其它的鐵基磁金屬制造的元件相比，當(dāng)二者在相同的磁感應(yīng)和頻率下被磁化時(shí)，所述塊狀非晶體金屬磁元件發(fā)熱較少。此外，在本發(fā)明中優(yōu)先使用的鐵基非晶體金屬比其它低損耗的軟磁材料例如坡莫合金具有大得多的飽和磁感應(yīng)，坡莫合金的飽和磁感應(yīng)一般是0.6-0.9T。因此，和由其它的鐵基磁金屬制造的元件相比時(shí)，所述塊狀非晶體金屬磁元件可以被設(shè)計(jì)成在以下條件下工作1)低的工作溫度；2)較高的磁感應(yīng)，從而可以減少體積和重量；或者3)較高的頻率，以便減少體積和重量，或者能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的信號(hào)分辨率。
如本領(lǐng)域中所熟知的那樣，鐵心損失是一種當(dāng)鐵磁材料的磁化隨時(shí)間而改變時(shí)發(fā)生在所述鐵磁材料中的能量的耗散。給定的磁元件的鐵心損失一般通過(guò)周期地對(duì)所述元件進(jìn)行激磁來(lái)確定。對(duì)所述元件提供時(shí)變的磁場(chǎng)，從而在其中產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)變的磁感應(yīng)或磁通密度。為了使測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化，激磁一般這樣選擇，使得磁感應(yīng)隨時(shí)間按頻率為f的正弦變化，并具有峰值Bmax。然后利用公知的電子測(cè)量?jī)x器和技術(shù)確定鐵心損失。鐵心損失一般以每單位質(zhì)量或體積的被激磁的磁材料的瓦數(shù)被報(bào)告。在本領(lǐng)域中已知鐵心損失隨著f和Bmax單調(diào)增加。用于檢測(cè)在極面磁體的元件中使用的軟磁材料的鐵心損失的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約(例如ASTM標(biāo)準(zhǔn)A912-93和A927(A927M-94))需要位于基本上閉合的磁路中的一個(gè)所述材料的試樣，所述閉合磁路是這樣一種結(jié)構(gòu)，即其中閉合的磁力線被完全包括在所述試樣的體積內(nèi)。在另一方面，在例如極面磁體中使用的磁材料位于磁開(kāi)路中，即這樣一種結(jié)構(gòu)，即其中磁力線必須穿過(guò)氣隙。由于磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)和磁場(chǎng)的非均勻性，和在閉路測(cè)量時(shí)相比，在開(kāi)路中受試的給定的材料一般具有較高的鐵心損失，即較高的每單位質(zhì)量或體積的瓦數(shù)。本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件即使在開(kāi)路結(jié)構(gòu)中，在寬的磁通密度和頻率范圍內(nèi)，仍然呈現(xiàn)低的鐵心損失。
不受任何理論的約束，可以相信本發(fā)明的低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件的總的鐵心損失由磁滯損失和渦流損失構(gòu)成。它們都是峰值磁感應(yīng)Bmax和激磁頻率f的函數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于非晶體金屬的鐵心損失的分析(見(jiàn)G.E.Fish.J.Appl.Phys.57，3569(1985)和G.E.Fishetal.，Appl.Phys.64，5370(1998))一般局限于磁材料在閉合磁路中獲得的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件的每單位質(zhì)量的總的鐵心損失L(Bmax，f)基本上可以由以下形式的函數(shù)確定L(Bmax，f)＝c1f(Bmax)n+C2fq(Bmax)m其中系數(shù)c1和c2，以及指數(shù)n，m和q必須由實(shí)驗(yàn)確定，沒(méi)有已知的理論能夠精確地確定它們的值。使用這個(gè)公式能夠確定在任何所需的操作磁感應(yīng)和激磁頻率下的本發(fā)明的塊狀非晶體金屬磁元件的總的鐵心損失。一般地說(shuō)，基本上發(fā)現(xiàn)，在特定的幾何結(jié)構(gòu)的塊狀非晶體金屬磁元件中的磁場(chǎng)在空間是不均勻的。例如本領(lǐng)域中已知的有限元模擬技術(shù)能夠提供接近在實(shí)際的塊狀非晶體金屬磁元件中測(cè)量的磁通密度分布的峰值磁通密度的在空間和時(shí)間上的改變的估算。這些技術(shù)可以用作在空間均勻的磁通密度下給出材料的鐵心損失的合適的實(shí)驗(yàn)公式，它們夠以合適的精度預(yù)測(cè)給定元件在其操作配置下的相應(yīng)的鐵心損失。
本發(fā)明的磁元件的鐵心損失的測(cè)量可以使用本領(lǐng)域中已知的許多方法進(jìn)行。下面說(shuō)明尤其適用于測(cè)量本發(fā)明的磁元件的一種方法。所述方法包括形成具有本發(fā)明的磁元件和磁通閉合結(jié)構(gòu)裝置的磁路?？蛇x擇地，所述磁路可以包括多個(gè)本發(fā)明的磁元件和磁通閉合結(jié)構(gòu)裝置。所述磁通閉合結(jié)構(gòu)裝置最好包括具有高的導(dǎo)磁率和至少等于要被檢測(cè)的磁元件的磁通密度的飽和磁通密度的軟磁材料。最好所述軟磁材料具有至少等于元件的飽和磁通密度的飽和磁通密度。磁通的方向基本上確定了元件的第一和第二相對(duì)表面，沿著所述方向元件被檢測(cè)。磁力線基本上垂直于第一相對(duì)表面的平面的方向進(jìn)入元件。磁力線一般沿著非晶體金屬條的平面進(jìn)入，并從第二個(gè)相對(duì)表面穿出。磁通閉合結(jié)構(gòu)裝置一般包括磁通閉合磁元件，其最好按照本發(fā)明構(gòu)成，但是也可以按照其它的方法使用本領(lǐng)域已知的材料構(gòu)成。磁通閉合磁元件也具有第一和第二相對(duì)的表面，通過(guò)這些表面磁力線沿基本上垂直于所述表面的方向進(jìn)入和穿出。磁通閉合磁元件的相對(duì)表面的尺寸和形狀和在實(shí)際測(cè)試期間和磁通閉合元件匹配的磁元件的各個(gè)表面的尺寸和形狀基本相同。磁通閉合磁元件和本發(fā)明的磁元件呈匹配關(guān)系，其第一和第二表面分別緊靠并基本上鄰接本發(fā)明的磁元件的第一和第二表面。通過(guò)在環(huán)繞本發(fā)明的磁元件或磁通閉合元件的第一繞組輸入電流來(lái)提供磁勢(shì)。由在環(huán)繞被測(cè)試的磁元件的第二繞組感應(yīng)的電壓按照法拉第定律確定最終的磁通密度。由所述磁勢(shì)和安培定律確定施加的磁場(chǎng)。然后由施加的磁場(chǎng)和所得的磁通密度利用常規(guī)的方法計(jì)算鐵心損失。
參見(jiàn)圖5，其中示出了元件10，其鐵心損失可以由下面要說(shuō)明的測(cè)試方法容易地確定。鐵心70的長(zhǎng)邊78b被用作進(jìn)行鐵心損失測(cè)試的磁元件10。鐵心70的其余部分用作磁通閉合結(jié)構(gòu)裝置，它們基本上是C形的，并包括4個(gè)有圓的拐角76，短邊74和長(zhǎng)邊78a。分開(kāi)有圓的拐角76、短邊74和長(zhǎng)邊78a的每個(gè)切縫72是可以選擇的。最好是，只形成使長(zhǎng)邊78b和鐵心70的其余部分分開(kāi)的切縫。通過(guò)切割鐵心70除去長(zhǎng)邊78b而形成的切割表面限定了磁元件的相對(duì)表面和磁通閉合磁元件的相對(duì)表面。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使長(zhǎng)邊78b和被切縫限定的相應(yīng)的表面平行且緊密接觸。長(zhǎng)邊78b的表面在尺寸和形狀基本上和磁通閉合磁元件的表面的尺寸和形狀相同。兩個(gè)銅線繞組(未示出)環(huán)繞長(zhǎng)邊78b。使一個(gè)合適幅值的交流電流通過(guò)第一繞組，從而提供在所需的頻率和峰值磁密下激勵(lì)長(zhǎng)邊78b的磁勢(shì)。在長(zhǎng)邊78b和在磁通閉合磁元件中的磁力線基本上在條22的平面內(nèi)，并沿周向行進(jìn)。在第二繞組中感應(yīng)出代表隨時(shí)間改變的磁密的電壓。由測(cè)量的電壓和電流值利用常規(guī)的電子裝置確定鐵心損失。
為了更完整地理解本發(fā)明，下面給出一些例子。其中的特定的技術(shù)、條件、材料、比例和報(bào)告數(shù)據(jù)用于說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)施，它們只是示例性的，不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
例1非晶體金屬矩形棱柱的制備和電磁測(cè)試大約60毫米寬，0.022毫米厚的Fe80B11Si9非晶體金屬材料帶層，圍繞尺寸大約為25毫米×90毫米的矩形心軸或者卷軸繞制。圍繞心軸或卷軸大約纏繞800圈的非晶體金屬材料，從而形成一個(gè)矩形的鐵心形式，其內(nèi)部尺寸大約為25毫米×90毫米，積累厚度大約為20毫米。所述的鐵心/卷軸裝置被在氮?dú)庵型嘶?。所述退火包?)把裝置加熱到365℃；2)在大約365℃的溫度下保持大約2小時(shí)；以及3)使所述裝置冷卻到環(huán)境溫度。將所述矩形的、繞制的、非晶體金屬鐵心從所述鐵心/卷軸裝置上除去。所述鐵心利用環(huán)氧樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空浸漬。所述卷軸被復(fù)位，并且重新組裝的、浸漬過(guò)的鐵心/卷軸裝置在120℃下固化大約4.5小時(shí)。當(dāng)全部固化時(shí)，從鐵心/卷軸裝置中再次除去鐵心。所得的矩形的、繞制的、環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬鐵心大約重2100克。
利用1.5毫米厚的切割刀片從環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬鐵心切割60毫米長(zhǎng)、40毫米寬、20毫米厚的矩形棱柱(大約800層)。矩形棱柱和鐵心的剩余部分的切割表面在硝酸水溶液中被浸蝕，并用氫氧化銨水溶液清洗。鐵心的剩余部分被在硝酸水溶液中浸蝕，并利用氫氧化銨水溶液清洗。然后把矩形棱柱和鐵心的剩余部分重新裝配成完整的切割鐵心的形狀。把一次和二次電線圈固定到鐵心的剩余部分。在室溫以及60赫茲，1000赫茲，5000赫茲和20000赫茲下對(duì)切割出的鐵心進(jìn)行電測(cè)試，并和類似的測(cè)試結(jié)構(gòu)[National ArnoldMagnetics，17030 Muskrat Avenue，Adelanto，CA 92301(1995)]的其它磁材料的類別值進(jìn)行比較。所得結(jié)果編輯成下面的表1，2，3和4。
表1在60Hz時(shí)的鐵心損失(W/kg)
表2在1000Hz時(shí)的鐵心損失(W/kg)
表3在5000Hz時(shí)的鐵心損失(W/kg)
表4在20000Hz時(shí)的鐵心損失(W/kg)
如表3和表4的數(shù)據(jù)所示，在5000赫茲或更高的激磁頻率下鐵心損失特別低。因而，本發(fā)明的磁元件尤其適用于極面磁體。
例2非晶體金屬梯形棱柱的制備大約48毫米寬，0.022毫米厚的Fe80B11Si9非晶體金屬條被切割成大約300毫米的長(zhǎng)度。大約3800層的切割的非晶體金屬材料條層被疊置，從而形成大約48毫米寬和300毫米長(zhǎng)，積累厚度大約為96毫米的棒。所述棒在氮?dú)庵型嘶稹Ｋ鐾嘶鸢?)把所述棒加熱到365℃；2)在大約365℃的溫度下保持大約2小時(shí)；以及3)使所述裝置冷卻到環(huán)境溫度。所述棒利用環(huán)氧樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空浸漬，并在120℃下固化大約4.5小時(shí)。所得的疊置的，環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬棒大約重9000克。
利用1.5毫米厚的切割刀片從疊置的、環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬棒切割形成梯形棱柱。所述棱柱的梯形表面具有52和62毫米的底和48毫米的高度。所述梯形棱柱的厚度為96毫米(3800層)。梯形棱柱和鐵心的剩余部分的的切割表面在硝酸水溶液中被浸蝕，并用氫氧化銨水溶液清洗。
當(dāng)在1000赫茲下激勵(lì)到1.0T的峰值磁感應(yīng)時(shí)，所述梯形棱柱具有小于11.5W/kg的鐵心損失。
例3具有弧形截面的多面體塊狀非晶體金屬磁元件的制備大約50毫米寬，0.022毫米厚的Fe80B11Si9非晶體金屬帶被切割成大約300毫米長(zhǎng)。大約3800層的切割的非晶體金屬材料帶層被疊置，從而形成大約50毫米寬和300毫米長(zhǎng)，積累厚度大約為96毫米的棒。所述棒在氮?dú)庵型嘶?。所述退火包?)把所述棒加熱到365℃；2)在大約365℃的溫度下保持大約2小時(shí)；以及3)使所述棒冷卻到環(huán)境溫度。所述棒利用環(huán)氧樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空浸漬，并在120℃下固化大約4.5小時(shí)。所得的疊置的，環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬棒大約重9200克。
使用放電切割把疊置的、環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬棒切割成三維的弧形的塊。所述塊的外徑大約為96毫米。內(nèi)徑大約為13毫米?；￠L(zhǎng)大約為90度。塊的厚度大約為96毫米。
大約20毫米寬，0.022毫米厚的Fe80B11Si9非晶體金屬圍繞外徑大約為19毫米的心軸或卷軸纏繞。圍繞所述心軸或卷軸纏繞所述非晶體金屬材料帶大約1200圈，從而形成內(nèi)徑大約為19毫米，外徑大約為48毫米的環(huán)形鐵心。所述鐵心的積累厚度大約為29毫米。所述鐵心在氮?dú)庵型嘶?。所述退火包?)把所述棒加熱到365℃；2)在大約365℃的溫度下保持大約2小時(shí)；以及3)使所述鐵心冷卻到環(huán)境溫度。所述鐵心利用環(huán)氧樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空浸漬，并在120℃下固化大約4.5小時(shí)。所得的疊置的、環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬鐵心大約重71克。
繞制的，環(huán)氧樹(shù)脂連接的非晶體金屬鐵心利用噴射水流切割而形成半環(huán)形的三維形狀的物體。所述半環(huán)形的物體具有大約19毫米的內(nèi)徑、大約48毫米的外經(jīng)和大約20毫米的厚度。
多面體的塊狀非晶體金屬元件的切割表面在硝酸水溶液中被浸蝕，并用氫氧化銨水溶液清洗。
當(dāng)在1000赫茲下激勵(lì)到1.0T的峰值磁感應(yīng)時(shí)，所述每個(gè)多面體的塊狀非晶體金屬磁元件具有小于11.5W/kg的鐵心損失。
例4低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件的高頻性能利用常規(guī)的非線性回歸方法對(duì)上述的例1中取得的鐵心損耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。確定由Fe80B11Si9非晶體金屬帶構(gòu)成的低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件的鐵心損失基本上由以下的函數(shù)限定L(Bmax，f)＝c1f(Bmax)n+C2fq(Bmax)m選擇系數(shù)c1，c2和指數(shù)n，m和q的合適的值，從而確定塊狀非晶體金屬磁元件的磁損失的上限。表5引用了測(cè)量的例1元件的損失和由上式預(yù)測(cè)的損失，其單位是每千克瓦。作為f(Hz)和Bmax(T)的函數(shù)的預(yù)測(cè)的損失利用系數(shù)c1＝0.0074，c2＝0.000282，指數(shù)n＝1.3，m＝2.4，q＝1.5。例1的塊狀非晶體金屬磁元件的測(cè)量的損失小于由公式預(yù)測(cè)的相應(yīng)的損失。
表5
例5納級(jí)晶體合金矩形棱柱的制備大約25毫米的寬度和0.018毫米厚的Fe73.5Cu1Nb3B9Si13.5非晶體金屬帶被切割成大約300毫米長(zhǎng)。大約1200層的切割的非晶體金屬帶被疊置，從而形成大約25毫米寬和300毫米長(zhǎng)，積累厚度大約為25毫米的棒。所述棒在氮?dú)庵型嘶?。所述退火按照以下步驟進(jìn)行1)把所述棒加熱到580℃；2)在大約580℃的溫度下保持大約1小時(shí)；以及3)使所述棒冷卻到環(huán)境溫度。所述棒利用環(huán)氧樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空浸漬，并在120℃下固化大約4.5小時(shí)。所得的疊置的，環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)的非晶體金屬棒大約重1200克。
使用1.5毫米厚的切割刀片將疊置的環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的非晶體金屬棒切割成矩形的棱柱。所述棱柱的表面大約25毫米寬、50毫米長(zhǎng)。矩形棱柱的厚度為25毫米(1200層)。所述矩形棱柱的切割表面在硝酸水溶液中被浸蝕，并用氫氧化銨水溶液清洗。
當(dāng)在1000赫茲下激勵(lì)到1.0T的峰值磁感應(yīng)時(shí)，所述矩形棱柱具有小于11.5W/kg的鐵心損失。
上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，不必嚴(yán)格地限制于這些細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍可以作出各種改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件，包括多個(gè)被疊置在一起從而形成多面體形狀的部件的形狀基本相同的非晶體金屬帶，其中所述低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件當(dāng)在激磁頻率f下工作達(dá)到峰值磁感應(yīng)Bmax時(shí)，具有小于L的鐵心損失，其中L由公式L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282 f1.5(Bmax)2.4給出，所述鐵心損失、激磁頻率和峰值磁感應(yīng)值的單位分別是每千克瓦，赫茲和特斯拉。
2.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，所述非晶體金屬條具有大致由通式M70-85Y5-20Z0-20限定的組成，下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，其中M至少是Fe、Ni和Co中的一種，Y至少是B、C和P中的一種，Z至少是Si、Al和Ge中的一種；附帶條件是(i)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分M可以由金屬物質(zhì)Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、Ag、Au、Pd、Pt和W中的至少一種代替，以及(ii)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(Y+Z)的可由非金屬物質(zhì)In、Sn、Sb和Pb中的至少一種代替，以及(iii)大約1個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(M+Y+Z)可以是伴隨的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于每個(gè)所述非晶體金屬條具有這樣的組成，其中含有至少70個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Fe，至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的B，和至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Si，附帶條件是，B和Si的總含量最少為15個(gè)原子百分?jǐn)?shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述每個(gè)非晶體金屬條具有基本上由通式Fe80B11Si9限定的組成。
5.如權(quán)利要求2所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述非晶體金屬條被進(jìn)行熱處理以形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述每個(gè)非晶體金屬條具有基本上由通式Fe100-u-x-y-z-wRuTxQyBzSiw，其中R至少是Ni和Co中之一，T是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W中的至少一種，Q是Cu、Ag、Au、Pd和Pt中的至少一種，u的范圍從0大約到10，x的范圍大約為3-12，y的范圍為0到大約4，z的范圍大約為5-12，W的范圍為0到大約8。
7.如權(quán)利要求5所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述非晶體金屬條具有基本上由通式Fe100-u-x-y-z-wRuTxQyBzSiw確定的組成，其中R至少是Ni和Co中之一，T是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W中的至少一種，Q是Cu、Ag、Au、Pd和Pt中的至少一種，u的范圍從0大約到10，x的范圍大約為1-5，y的范圍為0到大約3，z的范圍大約為5-12，w的范圍大約為8-18。
8.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件具有三維多面體形狀，其具有至少一個(gè)矩形的截面。
9.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件具有三維多面體形狀，其具有至少一個(gè)梯形的截面。
10.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述塊狀非晶體金屬磁元件具有三維多面體形狀，其具有至少一個(gè)方形截面。
11.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件包括至少一個(gè)弓形表面。
12.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述塊狀非晶體金屬磁元件當(dāng)在大約60赫茲的頻率和大約1.4T的磁通密度下工作時(shí)，具有每千克小于或大約等于1瓦的非晶體金屬材料鐵心損失。
13.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件當(dāng)在大約1000赫茲的頻率和大約1.0T的磁通密度下工作時(shí)，具有每千克小于或大約等于12瓦的非晶體金屬材料鐵心損失。
14.如權(quán)利要求1所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述塊狀非晶體金屬磁元件當(dāng)在大約20000赫茲的頻率和大約0.30T的磁通密度下工作時(shí)，具有每千克小于或等于大約70瓦的非晶體金屬材料鐵心損失。
15.一種用于構(gòu)造塊狀非晶體金屬磁元件的方法，包括以下步驟(a)切割非晶體金屬條材料以形成具有預(yù)定長(zhǎng)度的多個(gè)切割成的條；(b)疊置所述切割成的條以形成非晶體金屬條材料棒；(c)對(duì)所述層疊的棒進(jìn)行退火；(d)用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬所述層疊的棒并固化所述樹(shù)脂浸漬過(guò)的層疊的棒；(e)以預(yù)定長(zhǎng)度切割所述疊置的棒，從而形成多個(gè)具有預(yù)定的三維幾何形狀的多面體形的磁元件。
16.如權(quán)利要求15所述的構(gòu)造塊狀非晶體金屬磁元件的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括使用切割刀片、切割輪、噴射水流或放電機(jī)切割所述非晶體金屬條材料。
17.一種按照權(quán)利要求15的方法構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件，其中所述低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件當(dāng)在激磁頻率f下被激勵(lì)到峰值感應(yīng)值Bmax時(shí)，具有小于L的鐵心損失，其中L由公式L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282 f1.5(Bmax)2.4給出，所述鐵心損失、激磁頻率和峰值感應(yīng)值的單位分別是每千克瓦、赫茲和特斯拉。
18.如權(quán)利要求17所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述切割成的條具有由通式M70-85Y5-20Z0-20限定的組成，下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，其中M至少是Fe、Ni和Co中的一種，Y至少是B、C和P中的一種，Z至少是Si、Al和Ge中的一種；附帶條件是(i)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分M可以由金屬物質(zhì)Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、Ag、Au、Pd、Pt和W中的至少一種代替，以及(ii)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(Y+Z)可由非金屬物質(zhì)In、Sn、Sb和Pb中的至少一種代替，以及(iii)大約1個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(M+Y+Z)的可以是伴隨的雜質(zhì)。
19.如權(quán)利要求18所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述切割成的條具有這樣的組成，其中含有至少70個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Fe，至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的B，和至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Si，附帶條件是，B和Si的總含量最少為15個(gè)原子百分?jǐn)?shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述切割成的條具有基本上由通式Fe80B11Si9限定的組成。
21.如權(quán)利要求18所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述切割成的條被進(jìn)行熱處理，使得在其中形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求17所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件具有三維多面體形狀，其具有至少一個(gè)矩形截面。
23.如權(quán)利要求17所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述塊狀非晶體金屬磁元件具有三維多面體的形狀，其具有至少一個(gè)梯形截面。
24.如權(quán)利要求17所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述元件具有三維多面體的形狀，其具有至少一個(gè)方形截面。
25.如權(quán)利要求17所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述塊狀非晶體金屬磁元件包括至少一個(gè)弓形表面。
26.一種用于構(gòu)造塊狀非晶體金屬磁元件的方法，包括以下步驟(a)圍繞一個(gè)心軸纏繞非晶體金屬條材料，從而形成具有基本上為圓拐角的基本上矩形的鐵心；(b)對(duì)所述繞制的矩形的鐵心進(jìn)行退火；(c)用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬所述鐵心并固化所述環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的矩形鐵心；(d)切割所述大致矩形鐵心的短邊以形成兩個(gè)多面體形狀的磁元件，它們具有和所述基本上呈矩形的鐵心的所述短邊的尺寸和形狀近似的預(yù)定三維幾何形狀；(e)從所述基本上呈矩形的鐵心的長(zhǎng)邊除去大致圓的拐角；(f)切割所述基本上呈矩形的鐵心的長(zhǎng)邊以形成多個(gè)具有所述預(yù)定三維幾何形狀的多面體形的磁元件。
27.如權(quán)利要求26所述的用于制造塊狀非晶體金屬磁元件的方法，其特征在于，所述步驟(d)和(f)中的至少一個(gè)步驟包括使用切割刀片、切割輪、噴射水流或放電機(jī)切割所述非晶體金屬條材料。
28.一種按照權(quán)利要求26的方法構(gòu)成的塊狀非晶體金屬磁元件，其中所述低損耗的塊狀非晶體金屬磁元件當(dāng)在激磁頻率f下被激勵(lì)到峰值感應(yīng)值Bmax時(shí)，具有小于L的鐵心損失，其中L由公式L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282 f1.5(Bmax)2.4給出，所述鐵心損失、激磁頻率和峰值感應(yīng)值的單位分別是每千克瓦、赫茲和特斯拉。
29.如權(quán)利要求28所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述非晶體金屬條具有由通式M70-85Y5-20Z0-20限定的組成，下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，其中M至少是Fe、Ni和Co中的一種，Y至少是B、C和P中的一種，Z至少是Si、Al和Ge中的一種；附帶條件是(i)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分M可以由金屬物質(zhì)Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、Ag、Au、Pd、Pt和W中的至少一種代替，以及(ii)多達(dá)10個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(Y+Z)可由非金屬物質(zhì)In、Sn、Sb和Pb中的至少一種代替，以及(iii)大約1個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的成分(M+Y+Z)可以是伴隨的雜質(zhì)。
30.如權(quán)利要求29所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述非晶體金屬條具有這樣的組成，其中含有至少70個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Fe，至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的B，和至少5個(gè)原子百分?jǐn)?shù)的Si，附帶條件是，B和Si的總含量最少為15個(gè)原子百分?jǐn)?shù)。
31.如權(quán)利要求30所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，每個(gè)所述非晶體金屬條具有基本上由通式Fe80B11Si9限定的組成。
32.如權(quán)利要求29所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述非晶體金屬條被熱處理，從而在其中形成納級(jí)晶體微觀結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求28所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述預(yù)定的三維幾何形狀基本上是矩形。
34.如權(quán)利要求28所述的塊狀非晶體金屬磁元件，其特征在于，所述預(yù)定的三維幾何形狀基本是方形。
全文摘要
一種塊狀非晶體金屬磁元件，具有多個(gè)被疊置在一起從而形成多面體形狀的部件的形狀基本相同的非晶體金屬條的層。所述塊狀非晶體金屬磁元件可以包括弓形的表面，最好包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)弓形表面。所述磁元件可以在50－20000Hz的頻率范圍內(nèi)工作。當(dāng)所述塊狀非晶體金屬磁元件在激磁頻率f和峰值磁感應(yīng)B
文檔編號(hào)C22C45/02GK1476617SQ01806129
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月5日
發(fā)明者N·J·德克里斯托法羅, N J 德克里斯托法羅, G·E·菲斯, 菲斯, P·J·斯塔馬蒂斯, 斯塔馬蒂斯 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司