專利名稱：用于醫(yī)療成像系統(tǒng)的永磁體合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及磁體組合物，并且尤其是過渡金屬-稀土-硼磁體組合物。
背景技術(shù)：
一些磁共振成像(MRI)系統(tǒng)利用了高純永磁體、比如Nd-Fe-B永磁體，所述永磁體在應(yīng)用于MRI時可顯示出充足的頑磁(remanence)、矯頑力和磁能積。如A.S.Kim等在IEEE Transactions ofMagnetics，26(5)(1990)1936中所述，為了改進(jìn)耐腐蝕性，0.6重量％或更多的氧、比如0.6-1.2重量％的氧可被加入磁體中。盡管該大量的氧改進(jìn)了磁體的耐腐蝕性，但是不利地影響了Nd和Fe的比率，由此降低了所需要的磁性能。相反地，正如美國專利US4588439所述，與氧含量是0.6重量％或更大的合金相比，氧含量小于0.6重量％的稀土-鐵-硼(RE-M-B)永磁體合金具有明顯較低的耐腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種適合作為永磁鐵的物質(zhì)組合物，它包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有小于0.6重量％的氧。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，該系統(tǒng)所包括的磁軛具有第一部分、第二部分以及使第一部分和第二部分相連接的至少一個第三部分，以使得在第一和第二磁軛部分之間形成成像空間。第一磁體組件附著于第一磁軛部分，并且第二磁體組件附著于第二磁軛部分。第一磁體組件包括含有稀土-過渡金屬-硼合金的第一永磁體，其中合金中稀土含量的至少30重量％由Pr組成，合金中過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且合金含有小于0.6重量％的氧。第一永磁體具有第一表面和與成像空間相對的階梯狀第二表面。至少一個第一軟磁材料層被設(shè)置在第一磁軛部分和第一永磁體的第一表面之間。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種MRI設(shè)備的制造方法，它包括提供一個磁軛，所述磁軛具有第一部分、第二部分以及使第一部分和第二部分相連接的至少一個第三部分，以使得在第一和第二磁軛部分之間形成成像空間，該第三部分使第一前體附著于第一磁軛部分，并且使第二前體附著于第二磁軛部分。該方法還進(jìn)一步包括在附著第一前體步驟之后，使第一前體磁化以形成第一永磁體，并且在附著第二前體步驟之后，使第二前體磁化以形成第二永磁體。第一和第二前體包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中合金中稀土含量的至少30重量％由Pr組成，合金中過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且合金含有小于0.6重量％的氧。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種制造永磁體的方法，它包括提供稀土-過渡金屬-硼合金前體粉末，在施加磁場的同時將前體粉末壓實(shí)成生坯，壓制并且燒結(jié)該生坯，以形成燒結(jié)的金屬間化合物塊體，并且使該燒結(jié)的金屬間化合物塊體磁化以形成含有稀土-過渡金屬-硼合金的永磁體塊。合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，合金的過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且合金含有小于0.6重量％的氧。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種制造發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)裝置的方法，它包括提供發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)裝置，使含有至少一個未磁化合金塊的第一前體附著于該裝置，并且在附著所述第一前體的步驟之后，使該至少一個未磁化的合金塊磁化以形成第一永磁體。


圖1-3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案制造前體的方法的側(cè)剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的示范性永磁體的透視圖。
圖5是一種裝置的截面?zhèn)纫晥D，該裝置可用來使根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的安裝在MRI系統(tǒng)中的永磁體磁化。
圖6是圖5裝置的透視圖。
圖7是含有“C”型磁軛的MRI系統(tǒng)的透視圖。
圖8是所含的磁軛具有許多連接母線(connecting bar)的MRI系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。
圖9是含有管式磁軛的MRI系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)稀土-過渡金屬-硼永磁體合金具有豐富的鐠(Pr)含量和低于0.6重量％的低氧含量時，這些合金具有高的耐腐蝕性。這些富Pr永磁體合金在應(yīng)用于MRI系統(tǒng)和其他用途時顯示出可接受的頑磁、矯頑力和磁能積，與此同時，在環(huán)境條件下可在長時間內(nèi)保持高的耐腐蝕/抗氧化性能，由此增加了它們的有用放置時間。例如，在大氣環(huán)境下和未被涂覆的條件下，在至少四年內(nèi)該富Pr的低氧含量永磁體合金能夠保持基本上不受腐蝕。富Pr永磁體合金為這樣一種合金，合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成。優(yōu)選合金的稀土含量的至少50重量％由Pr組成。
本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，一種適合作為永磁鐵的物質(zhì)組合物包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中該合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。優(yōu)選的是，合金含有大于0但是小于0.6重量％的氧。更優(yōu)選的是，合金含有約0.1-約0.2重量％的氧。以氧的原子百分?jǐn)?shù)計，合金優(yōu)選含有約0.04-約0.08原子％的氧。上述適合作為永磁鐵的物質(zhì)組合物可包括磁化的永磁體、或被磁化時適合作為永磁體的未磁化的前體組合物，這將在下面詳細(xì)描述。
稀土-過渡金屬-硼合金優(yōu)選包括以原子百分?jǐn)?shù)計為RE13-19B4-20M61-83的合金以及余量為雜質(zhì)和氧，其中RE是一種或多種稀土元素，并且M是一種或多種過渡金屬。換言之，富鐠Re-M-B合金優(yōu)選包括約13-約19原子％的一種或多種稀土元素(優(yōu)選約13-約17原子％)，其中稀土成分是大于50原子％的鐠、有效量的選自鈰、鑭、釔及其混合物的輕稀土元素、以及余量為釹；約4-約20原子％的硼；以及約61-約83原子％的過渡金屬，其中至少50原子％是鐵；小于0.6重量％的氧；并且任選地含有不可避免的雜質(zhì)和/或其它的合金化元素。例如，該合金可含有13.45原子％的RE，74.4原子％的Fe和5.6原子％的B，小于0.6重量％的氧和3重量％或更少的其它合金化元素以及不可避免的雜質(zhì)。
但是，也可使用其它的組成范圍。例如，稀土可占合金的19原子％以上、比如合金的20-26原子％。
優(yōu)選的是，稀土成分中鐠的百分?jǐn)?shù)是至少70原子％，并且可高達(dá)100原子％，這取決于稀土成分總量中存在的輕稀土元素的有效量。更優(yōu)選的是，稀土成分包括約50-約90原子％的Pr，約9.5-約45原子％的Nd和約0.5-約5原子％的Ce。如果需要，也可以不加入輕稀土元素(即，零原子％或以不可避免的雜質(zhì)成分存在)，或者可存在達(dá)到10原子％，并且Nd成分占稀土成分總量可在約10原子％-約50原子％之間變化。
優(yōu)選的是，鐵占合金的過渡金屬總量的約75原子％-約100原子％。更優(yōu)選的是，過渡金屬包括約80原子％-約99原子％的鐵和約0.5原子％-約20原子％的Co，比如包括約85原子％-約95原子％的鐵和約5原子％-約15原子％的Co。
優(yōu)選的是，合金、比如各向同性合金包括至少80重量％的具有四方晶格結(jié)構(gòu)的RE2Fe14B的磁性相，更優(yōu)選包括90重量％-100重量％的磁性相。該合金可任選地包括除RE2Fe14B相之外的其它磁性相和非磁性相。
不應(yīng)認(rèn)為永磁體合金受以上所例舉的成分的限制。除了鐵和鈷之外，過渡金屬可包括其它任選的元素，比如但不限于鈦、鎳、鉍、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、錳、鋁、鍺、錫、鋯、鉿及其混合物。優(yōu)選的是，這些其它的金屬元素量占合金中過渡金屬成分總量的低于10原子％，更優(yōu)選低于5原子％。
如果需要，合金中也可任選地存在重稀土元素。重稀土元素包括選自鏑、釓、釤、鐿、鋱、鈥及其混合物的元素。優(yōu)選的是，稀土成分總量中重稀土元素的量小于1原子％，比如是約0.2-0.9原子％。如果需要，合金中也可存在其它合金化元素和不可避免的雜質(zhì)。例如，合金中可任選地存在碳和/或氮。優(yōu)選的是，合金中碳和/或氮的量小于合金的0.1重量％，比如小于0.05重量％。
可利用任何合適的方法使上述RE-M-B合金成型為合金塊。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，在使合金塊附著于成像系統(tǒng)比如MRI系統(tǒng)的磁軛部分之前，使之被磁化。例如，在該優(yōu)選實(shí)施方案中，在基本上為惰性的氣氛的中比如氬氣氛中，通過電弧熔化或感應(yīng)加熱熔融使適宜量的鐵、硼和稀土金屬熔化在一起，并且使熔體凝固，由此制備了前體合金?？衫脕碓从诃h(huán)境中的氧或利用含氧的原料將適量的氧摻入前體合金中。優(yōu)選將熔體鑄成錠。
如果各向同性材料(合金)以錠的形式存在，則可通過任何適宜的方法比如粉碎或破碎將其轉(zhuǎn)化成顆粒形式，以形成顆?；蚍勰┣绑w材料，比如通過研缽和搗杵研磨并且接著利用噴射研磨進(jìn)行粉碎，以形成更細(xì)的顆粒。也可通過球磨或Alpine噴射研磨來制造該粉末。
接著，在將前體粉末壓制成生坯時施加磁場。可使用至少7kOe，優(yōu)選約10-約30kOe的磁場。在施加磁場的過程中，顆粒晶粒自身磁性地排列，以使得主磁性相是RE2Fe14B，并且晶粒沿它們的易磁化軸(easy axis)磁性地排列。
可利用任何合適的方法、比如靜液壓制成型或利用鋼模的方法來壓實(shí)或壓制所得到的生坯。接著將生坯燒結(jié)以制造所需密度的燒結(jié)的金屬間化合物塊體。優(yōu)選的是，將生坯燒結(jié)以制造孔隙基本上不互連的燒結(jié)的金屬間化合物塊體?？墒褂萌魏魏线m的燒結(jié)溫度。燒結(jié)溫度主要取決于所選擇的合金組成和顆粒尺寸。例如，燒結(jié)溫度的范圍可以是約950-約1200□，并且燒結(jié)時間可以在一至五小時之間。燒結(jié)的金屬間化合物塊體的密度可以變化，但是優(yōu)選是80-100％、比如87％或更大。如果需要，可任選地在低于其燒結(jié)溫度400°以內(nèi)的溫度下，優(yōu)選在低于其燒結(jié)溫度300°-100□的溫度下，將燒結(jié)的金屬間化合物塊體進(jìn)行熱時效(heat-age)處理。所得到的金屬間化合物塊體被磁化，并且接著將其附著于未進(jìn)行磁化的成像系統(tǒng)的磁軛板。
如果需要，可首先將燒結(jié)的塊體冷卻至室溫，并且接著加熱至合適的熱時效溫度。如果需要，可將燒結(jié)的金屬間化合物塊體粉碎成所需要的顆粒尺寸、優(yōu)選是粉末，所述顆粒尺寸特別適合定位調(diào)整(alignment)和與基體結(jié)合，從而得到了穩(wěn)定結(jié)合的永磁體。因此，如果需要，可通過干粉冶金方法來制造永磁體，而無需在壓制和磁化之前將前體粉末保存在溶劑或油中。
在本發(fā)明的第二個優(yōu)選實(shí)施方案中，在將金屬間化合物塊體放置于最終使用的裝置中之后、比如在將金屬間化合物塊體附著于MRI系統(tǒng)的磁軛之后，將該塊體磁化。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明第二個優(yōu)選實(shí)施方案制備永磁體的方法。優(yōu)選的是，在該實(shí)施方案中，在將前體的塊體裝配在MRI磁軛上之后對其進(jìn)行磁化。如圖1所示，許多未磁化的(全部或部分磁化)材料的塊體1、比如氧含量小于0.6重量％的富Pr的RE-M-B合金被放置在支撐體3上。優(yōu)選的是，支撐體3包括未磁化的金屬板或淺盤、比如涂覆有臨時粘合劑的1/16英寸鋁平板。但是，也可使用任何其它的支撐體。任選在塊體1上放置蓋板5，比如涂覆有臨時粘合劑的第二鋁板。
接著，在移去蓋板5和支撐體3之前，使裝配的塊體1成型以形成第一前體7，如圖2所示?？赏ㄟ^任何需要的方法、比如水噴射(waterjet)來使裝配的未磁化塊體1成型或進(jìn)行機(jī)械加工?？蓪⒌谝磺绑w7成型為適用于任何合適的裝置比如發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或成像體系例如MRI系統(tǒng)的盤狀、環(huán)狀或任何其它所需要的形狀。由于前體7未被磁化，因此，可容易地將其加工成所需的形狀，而無需太關(guān)注安全性，或擔(dān)心在機(jī)械加工過程中會退磁。因此，后裝配成型或機(jī)械加工允許安全地裝配，并改進(jìn)了磁場的均勻性，而且減少了填隙時間。
接著移去蓋板5，并且提供粘合材料9，從而使前體7的塊體1彼此結(jié)合，如圖3所示。例如，將附著于支撐體3的成型塊體1放置在環(huán)氧盤10中，并且在塊體1之間的間隙中放入環(huán)氧9，比如Resinfusion 8607環(huán)氧。如果需要，還可在塊體1之間的間隙中放入砂子、碎玻璃或其它填充材料，以增強(qiáng)塊體1之間的結(jié)合。優(yōu)選的是，倒入環(huán)氧9，以使其高度低于塊體1的上表面。接著可移去支撐體3。也可以但不太優(yōu)選的是，可在使裝配的塊體1與環(huán)氧9結(jié)合之后，利用例如水噴射來使塊體1成型。
另外，如果需要，在倒入環(huán)氧9之前，可將釋放板附著于塊體組件暴露的內(nèi)表面和外表面。在倒入環(huán)氧9之后移去釋放板，以暴露塊體1的裸表面。如果需要，可在裝配的塊體的外徑周圍纏繞2-4mm，優(yōu)選3mm的玻璃/環(huán)氧復(fù)合材料以增強(qiáng)保護(hù)。
在本發(fā)明的第二個優(yōu)選實(shí)施方案中，永磁體包括至少兩個疊壓的部分。優(yōu)選的是，按照與磁場方向垂直的方向(即，這些部分的厚度與磁場方向平行)將這些部分疊壓。更優(yōu)選的是，通過利用粘合劑將許多方形、六角形、梯形、環(huán)形部分或其它形狀的塊體粘結(jié)在一起、由此制成每個部分。環(huán)形部分是具有凹狀上部或短側(cè)和凸?fàn)畹撞炕蜷L側(cè)的梯形。
圖4中示出了前體7的一個優(yōu)選構(gòu)型。前體7包括盤形的基底部分11、環(huán)形的頂部部分15和任選的中間部分13。在基底部分11的大部分表面上形成頂部部分15。中間部分13也是盤形，并且包括與頂部部分中的開口19對齊的孔17，從而提供了一個階梯狀的表面，該表面適用于與成像系統(tǒng)的成像空間相對。所述部分11、13和15都可根據(jù)圖1-3所示的方法由塊體1制成。
在圖4所示的部分11、13和15形成之后，通過在它們之間提供粘結(jié)層而將彼此結(jié)合在一起。粘結(jié)層可包括帶有砂子和/或玻璃的環(huán)氧或CA 超強(qiáng)力膠水。應(yīng)指出的是，永磁體7可具有不同于圖4所示的任何所需的構(gòu)型，并且可具有一個、兩個、三個或多于三個的部分。優(yōu)選的是，部分11、13和15彼此之間被旋轉(zhuǎn)15-45度，最優(yōu)選約30度，以截斷由連續(xù)的環(huán)氧填充的通道防止其在整個結(jié)構(gòu)中傳播。
在將未磁化的塊體1裝配、機(jī)械加工并且粘結(jié)之后，接著將前體7磁化以形成永磁體?？稍趯⑶绑w裝配在裝置比如發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或成像系統(tǒng)中之前，對其進(jìn)行磁化。但是，在本發(fā)明第二實(shí)施方案的優(yōu)選形式中，在將前體附著于最終的使用設(shè)備比如發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或成像系統(tǒng)中之后，對其進(jìn)行磁化?？梢栽趯⒕哂腥魏魏线m的合金成分的前體附著于最終的使用設(shè)備比如發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)中之后，對其進(jìn)行磁化，所述合金成分包括上述高Pr和低氧含量的RE-M-B合金以及其它合適的合金。在第二實(shí)施方案的優(yōu)選形式中，前體被附著于成像系統(tǒng)的支撐體，比如MRI系統(tǒng)的磁軛。
在將前體附著于最終的使用設(shè)備比如發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或MRI系統(tǒng)的磁軛或支撐體之后，可利用任何需要的磁化方法對未磁化的前體材料進(jìn)行磁化。例如，磁化第一前體的優(yōu)選步驟包括將線圈放置在第一前體的周圍，向第一前體施加脈沖磁場，從而將未磁化的第一前體轉(zhuǎn)化為第一永磁體，然后從第一永磁體移去線圈。
優(yōu)選的是，放置在前體7周圍的線圈21被設(shè)置在外殼23內(nèi)，外殼23與前體7緊貼在一起，如圖5和6所示。前體7位于最終使用設(shè)備比如發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或成像系統(tǒng)比如MRI系統(tǒng)的支撐體的一部分25上。例如，如圖5和6所示，支撐體可包括MRI系統(tǒng)的磁軛27。例如，對于具有圓柱形外部構(gòu)型的前體7而言，外殼23包括中空的環(huán)，該環(huán)的內(nèi)徑稍大于前體7的外徑。如圖5所示，線圈21位于外殼23的壁面的內(nèi)側(cè)。
優(yōu)選的是，為了改進(jìn)磁化工藝，還對外殼23提供了冷卻系統(tǒng)。例如，冷卻系統(tǒng)可包括一個或多個位于外殼23的壁面內(nèi)的冷卻流體通道29。在磁化步驟中，通過通道29提供來自冷卻流體存儲器或槽(未在圖5和圖6中示出)的冷卻流體、比如液氮。優(yōu)選的是，通過線圈來提供1.5特斯拉以上、最優(yōu)選2.0特斯拉以上的方向磁場，以使未磁化的前體材料被磁化。在永磁體被磁化之后，從成像系統(tǒng)中移去含有線圈21的外殼23。
如果成像系統(tǒng)，比如MRI系統(tǒng)含有多于一個永磁體前體，則可同時或依次對這些前體進(jìn)行磁化。例如，如圖5所示，含有線圈21、121的兩個或多個外殼23、123可被用于對附著于磁軛27的相對部分25、125的兩個前體7同時進(jìn)行磁化。還任選的是，可依次將含有線圈21的一個外殼23放置在成像系統(tǒng)的每個前體7周圍，由此依次磁化每個前體。如果MRI系統(tǒng)中存在任選的磁極片，則可在將磁極片放置于MRI系統(tǒng)之前或之后對前體7進(jìn)行磁化。
在第二個實(shí)施方案的優(yōu)選形式中，成像系統(tǒng)中的永磁體前體磁化可通過向磁化后的永磁體施加反沖脈沖(recoil pulse)來穩(wěn)定化。因此，通過將具有第一量級(magnitude)和第一方向的脈沖磁場施加于前體，對形狀適合用于成像系統(tǒng)中的前體進(jìn)行第一次磁化，從而將前體轉(zhuǎn)化為永磁體。接著將一個或多個反沖脈沖施加于永磁體。反沖脈沖具有小于第一量級磁化脈沖的第二量級。反沖脈沖具有與磁化脈沖第一方向相反的第二方向。這里所述的“第二方向與第一方向相反”的意思是第二方向與第一方向之差是約180度(即正好180度或180度±由于磁化設(shè)備誤差而導(dǎo)致的不可避免的小偏差)。在第二個實(shí)施方案的優(yōu)選形式中，如圖5和6所示，利用磁化前體7所使用的同一線圈21施加反沖脈沖。在施加脈沖磁場的步驟之后和在提供至少一個反沖脈沖的步驟之前，可通過使許多線圈的電源反向或通過手工改變電源引線的方向，利用相同的脈沖磁體(例如線圈21)來施加反沖脈沖。但是，如果需要，可在每個永磁體的周圍設(shè)置獨(dú)立的反沖脈沖線圈來施加反沖脈沖。
在本發(fā)明第二個實(shí)施方案的另一優(yōu)選形式中，可通過在室溫以上的溫度下對前體進(jìn)行磁化降低磁化所需要的能量。因此，在磁化步驟中，前體被加熱至室溫以上。優(yōu)選的是，在磁化前體的步驟中，前體被加熱至高于室溫并且低于永磁體材料的居里溫度的溫度。更優(yōu)選的是，在磁化步驟過程中，前體被加熱至約40-約200℃。最優(yōu)選的是，在磁化步驟中，前體被加熱至約50-約100℃的溫度。在較高的溫度下，使磁性材料完全飽和所需的磁場較低(在剛剛低于居里溫度時接近零)。一旦在較高的溫度下飽和，則這種類型的磁性材料的一個特點(diǎn)是當(dāng)溫度降低至室溫時接近飽和，雖然在較低溫度下這使得材料處于磁化的更高數(shù)值狀態(tài)(因?yàn)樵谳^低溫度下飽和磁化更高)?？墒褂萌魏渭訜崆绑w的方法。例如，可通過將加熱帶放置在第一前體周圍并且啟用加熱帶來加熱前體?？蓪⒈砻婕訜崞鞲街恋谝磺绑w并且啟用表面加熱器來加熱前體。也可通過將加熱燈的輻照引導(dǎo)至前體來加熱前體。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的方法制備的永磁體優(yōu)選被用于成像系統(tǒng)，比如MRI系統(tǒng)的磁體組件中。但是，永磁體也可被用于其它的成像系統(tǒng)，比如MRT或NMR系統(tǒng)中。另外，永磁體也可被用于非成像設(shè)備，比如發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)中。
圖7-9示出的優(yōu)選MRI系統(tǒng)包括磁體組件51，該組件51包括由本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的方法制備的永磁體。優(yōu)選的是，在MRI系統(tǒng)60中，使用了至少兩個磁體組件51。
每個磁體組件51優(yōu)選包括由本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的方法制備的永磁體53。每個磁體組件51也可包括任選的磁極片55、任選的梯度線圈(未示出)和RF線圈(未示出)和墊片(未示出)。磁體組件被附著于MRI系統(tǒng)的磁軛或支撐體61。但是，如本文整體參考引用的專利US6518867所述，如果需要，可不用磁極片和梯度線圈，并且在磁軛和具有階梯狀成像表面的永磁體之間提供至少一個軟磁材料層。該至少一層軟磁材料優(yōu)選包括一層Fe-Si、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni或非晶形的Fe-或Co-基合金層。因此，在永磁體53的階梯狀成像表面和成像空間65之間以及在成像空間和第二永磁體153的階梯狀成像表面之間，MRI系統(tǒng)優(yōu)選不包括磁極片或梯度線圈。
可利用任何適宜形狀的磁軛來支撐磁體組件。例如，磁軛通常包括第一部分、第二部分以及至少一個使第一部分和第二部分相連接的第三部分，由此使得在第一和第二部分之間形成成像空間。圖7表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施方案的MRI系統(tǒng)60的側(cè)向透視圖。該系統(tǒng)包括磁軛61，磁軛61具有支撐第一磁體組件51的底部部分或底板62以及支撐第二磁體組件151的頂部部分或頂板63。應(yīng)理解的是，“頂部”和“底部”是相對的術(shù)語，因?yàn)镸RI系統(tǒng)60可被轉(zhuǎn)至側(cè)面，因此，磁軛包括左和右部分、而不是上和下部分。成像空間65位于磁體組件之間。
第一磁體組件51包括第一永磁體53，該永磁體53包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有小于0.6重量％的氧。第一永磁體53具有背面和與成像空間相對的階梯狀的第二表面，這在圖4中有更清楚的表示。該至少一個第一軟磁材料層(在圖7中未清楚示出)位于第一磁軛部分62和第一永磁體53的背面之間。
類似地，第二磁體組件151包括第二永磁體153，該永磁體153包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有小于0.6重量％的氧。第二永磁體153具有背面和與成像空間相對的階梯狀的第二表面。該至少一個第二軟磁材料層(在圖7中未清楚示出)位于第二磁軛部分63和第一永磁體153的背面之間。
MRI系統(tǒng)60還包括常規(guī)的電子元件比如圖像處理器(即計算機(jī))，它可以將來自RF線圈的數(shù)據(jù)/信號轉(zhuǎn)換為圖像，并且可任選地存儲、傳輸和/或顯示該圖像。圖7進(jìn)一步顯示了MRI系統(tǒng)60的各種任選的特征。例如，系統(tǒng)60可任選地包括床或患者支架70，它可用于支撐身體正被成像的患者69。系統(tǒng)60也可任選的包括限制器71，它剛性地支撐患者身體的一部分比如頭、胳膊或腿，從而可阻止患者69被成像的部分身體移動。系統(tǒng)60可具有任何所需要的尺寸?；谒枰拇艌鰪?qiáng)度、構(gòu)成磁軛61和組件51、151的材料類型以及其它設(shè)計因素來選擇系統(tǒng)每部分的尺寸。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方式中，MRI系統(tǒng)60僅包括一個使磁軛61的第一部分62和第二部分63相連接的第三部分64。例如，磁軛可具有如圖7所示的“C”形構(gòu)型?！癈”形的磁軛61具有一個直的或彎曲的連接母線或柱64，以連接磁軛部分的底部62和頂部63。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案中，如圖8所示，MRI系統(tǒng)60具有不同的磁軛61構(gòu)型，它包括許多連接母線或柱64。例如，兩個、三個、四個或更多的連接母線或管64可連接支撐磁體組件51、151的磁軛部分62和63。
在本發(fā)明的又一個優(yōu)選方式中，如圖9所示，磁軛61包括具有圓形或多邊形截面、比如六角形截面的單一管體66。第一磁體組件51被附著于管體66內(nèi)壁的第一部分62，而第二磁體組件151被附著于磁軛61的管體66內(nèi)壁的相對部分63。如果需要，附著于磁軛61的磁體組件可以不止兩個。成像空間65位于管體66的中空的中間部分。
接著，利用成像裝置比如包含永磁體組件51的MRI 60通過磁共振成像來使患者的一部分身體成像。如圖7所示，患者69進(jìn)入MRI系統(tǒng)60的成像空間65。通過RF線圈檢測來自位于成像空間65中的患者69身體一部分的信號，并且利用處理器，比如計算機(jī)處理檢測到的信號。該處理包括將來自于RF線圈的數(shù)據(jù)/信號轉(zhuǎn)換為圖像，并且可任選地存儲、傳輸和/或顯示該圖像。
以下的具體實(shí)施例僅僅是為了解釋的目的，而不是對本發(fā)明范圍的限制。制備了兩個合金塊體，并且在室溫和大氣中以未涂覆的狀態(tài)保存了約4年。換言之，在保存過程中，該合金塊體沒有被涂漆，并且沒有利用環(huán)氧或其它的涂覆層進(jìn)行覆蓋。在保存過程中，認(rèn)為合金磁疇方向是無序的，并且磁疇彼此抵消。在保存了4年以后，對塊體進(jìn)行視覺上的檢察。在視覺檢察過程中，沒有發(fā)現(xiàn)有腐蝕的跡象，因此在保存了四年之后，塊體基本上沒有被腐蝕。塊體的合金成分含有約0.12重量％的氧(約0.048原子％的氧)。第一塊體含有約0.125重量％的氧、約0.0146重量％的氮和約0.0455重量％的碳。第二塊體的合金成分含有約0.124重量％的氧、約0.0150重量％的氮和約0.0459重量％的碳。由于實(shí)驗(yàn)條件的原因，第三和第四小數(shù)位上的測量級有一些變化。
下表中給出了以重量和原子百分?jǐn)?shù)計的合金中合金元素的平均含量。第1欄提供了元素名稱，第2欄提供了該元素的重量％含量，第3欄提供了該元素的原子％含量，并且第4欄提供了測量方法。重量百分?jǐn)?shù)已被標(biāo)準(zhǔn)化成100％。

因此，如上表所示，合金成分優(yōu)選包括少于0.5重量％的Al、少于0.05重量％的碳、少于0.3重量％的Cl、少于2重量％的Co、痕量的Mg、少于0.2重量％的Mo、少于0.02重量％的氮、少于0.05重量％的硫和小于2.5重量％的Si。優(yōu)選但并非必要的是，合金中存在的這些元素的量不是零。優(yōu)選的是，合金成分含有約13-約19原子％的稀土元素，約61-約83原子％的過渡金屬元素，約4-約20原子％的硼，少于0.08原子％的氧和少于7原子％的其它元素；其中，優(yōu)選稀土元素的至少50原子％，并且更優(yōu)選至少70原子％由Pr組成，并且剩余的選自Nd、Ce和任選的La和/或Dy；過渡金屬的至少80原子％，并且更優(yōu)選至少90原子％由Fe組成，并且剩余的選自Co、Mo和其它過渡金屬元素。
為了解釋和說明的目的，已對本發(fā)明進(jìn)行了上述的描述。這并不是打算對本發(fā)明的精確形式窮舉或限制，根據(jù)上述指導(dǎo)或通過實(shí)踐本發(fā)明可作出修正和改變。所選擇的附圖和說明是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用。希望本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物來限定。
部件列表塊體1 蓋板5前體7 環(huán)氧9環(huán)氧盤10盤形的基底部分11任選的中間部分13環(huán)形的頂部部分15孔17開口19線圈21/121外殼23/123磁軛部分25/125磁軛27冷卻流體通道29第一磁體組件51永磁體53磁極片55MRI系統(tǒng)60磁軛61底部部分或底板62頂部部分或頂板63第三部分64成像空間65單一管體66患者69床或患者支架70限制器71第二磁體組件151第二永磁體15權(quán)利要求
1.一種適合用作永磁體(53)的物質(zhì)的組合物，它包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中該合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金的過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該稀土-過渡金屬-硼合金包括以原子百分?jǐn)?shù)計為RE13-19B4-20M61-83的合金以及余量為雜質(zhì)和氧，其中RE是稀土，并且M是過渡金屬；RE包括至少50原子％的Pr以及有效量的Nd和至少一種選自Ce、La、Y及其混合物的輕稀土元素；該合金含有大于零但小于0.6重量％的氧；并且該組合物包括磁化的永磁體。
3.一種磁共振成像(MRI)系統(tǒng)(60)，它包括磁軛(61)，它包括第一部分(62)、第二部分(63)以及至少一個連接第一部分和第二部分的第三部分(64)，從而在第一和第二磁軛部分之間形成成像空間(65)；附著于第一磁軛部分的第一磁體組件(51)；和附著于第二磁軛部分的第二磁體組件(151)；其中，第一磁體組件(51)包括含有稀土-過渡金屬-硼合金的第一永磁體(53)，其中該合金中稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金中過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧，該第一永磁體具有第一表面和與成像空間相對的階梯狀第二表面；以及至少一個設(shè)置在第一磁軛部分和第一永磁體的第一表面之間的第一軟磁材料層。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，它進(jìn)一步包括附著于第二磁軛部分(63)的第二磁體組件(151)，其中該第二磁體組件包括含有稀土-過渡金屬-硼合金的第二永磁體(153)，其中該合金中稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金中過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧，該第二永磁體具有第一表面和與成像空間相對的階梯狀第二表面；以及至少一個設(shè)置在第二磁軛部分和第二永磁體的第一表面之間的第二軟磁材料層。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中該至少一個第一軟磁材料層包括Fe-Si、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni或非晶形Fe-或Co-基合金層的第一疊層；該至少一個第二軟磁材料層包括Fe-Si、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni或非晶形Fe-或Co-基合金層的第二疊層；第一永磁體(53)和第二永磁體(153)中的稀土-過渡金屬-硼合金包括以原子百分?jǐn)?shù)計為RE13-19B4-20M61-83的合金以及余量為雜質(zhì)和氧，其中RE是稀土元素，M是過渡金屬；并且該合金含有大于零但小于0.6重量％的氧；在第一永磁體的第二表面和成像空間(65)之間，以及在成像空間和第二永磁體的第二表面之間，系統(tǒng)(60)不包括磁極片(55)或梯度線圈；并且該系統(tǒng)進(jìn)一步包括RF線圈和圖像處理器。
6.一種制造MRI設(shè)備(60)的方法，它包括提供磁軛(61)，所述磁軛包括第一部分(62)、第二部分(63)以及至少一個連接第一部分和第二部分的第三部分(64)，從而在第一和第二磁軛部分之間形成成像空間(65)；使第一前體(7)附著于第一磁軛部分；使第二前體(7)附著于第二磁軛部分；在附著第一前體的步驟之后，使第一前體磁化以形成第一永磁體(53)；和在附著第二前體的步驟之后，使第二前體磁化以形成第二永磁體(153)；其中，第一和第二前體包括稀土-過渡金屬-硼合金，其中該合金中稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金中過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。
7.權(quán)利要求6的方法，其中使第一前體(7)磁化的步驟包括將線圈(21)放置在第一前體的周圍；向第一前體施加脈沖磁場以形成至少一個第一永磁體(53)；從第一永磁體移去線圈；和使第二前體(7)磁化的步驟包括將線圈(21、121)放置在第二前體的周圍；向第二前體施加脈沖磁場以形成至少一個第二永磁體(153)；從第二永磁體周圍移去線圈。
8.一種制造永磁體(53)的方法，它包括提供一種稀土-過渡金屬-硼合金前體粉末；在施加磁場的同時將該前體粉末壓實(shí)成生坯；壓制并且燒結(jié)該生坯以形成燒結(jié)的金屬間化合物塊體(1)；并且使該燒結(jié)的金屬間化合物塊體磁化以形成含有稀土-過渡金屬-硼合金的永磁體塊體，其中該合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金的過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。
9.一種制造發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)設(shè)備的方法，它包括提供發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)設(shè)備；使包括至少一個未磁化合金塊(1)的第一前體(7)附著于該設(shè)備；并且在附著第一前體的步驟之后，使該至少一個未磁化的合金塊磁化以形成第一永磁體(53)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該至少一個未磁化的合金塊含有稀土-過渡金屬-硼合金，其中該合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金的過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。
全文摘要
一種適合用作永磁體(53)的物質(zhì)組合物，它包括稀土－過渡金屬－硼合金，其中該合金的稀土含量的至少30重量％由Pr組成，該合金的過渡金屬含量的至少50重量％由Fe組成，并且該合金含有少于0.6重量％的氧。
文檔編號H01F13/00GK1601660SQ200410082490
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者J·S·馬特, J·C·謝, M·G·本茲 申請人:通用電氣公司