專利名稱：制造納米晶磁芯的方法及用于實(shí)施此方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造納米晶磁芯的方法及用于實(shí)施該方法的裝置。
納米晶軟磁鐵基合金很久以來就已眾所周知了并且已在如EP 0271 651 B1里公開了。這篇文獻(xiàn)所述的軟磁鐵基合金一般具有用如下公式表示的成分(Fe1-a Ma)100-x-y-z-αCuxSiyBzM’α其中M是鈷和/或鎳；M’是以下元素中的至少一種鈮、鎢、鉭、鋯、鉿、鈦和鉬；下標(biāo)a，x，y，z和α分別滿足以下條件0≤a≤0.5；0.1≤x≤3.0；0≤y≤30.0；0≤z≤25.0；5≤y+z≤30.0及0.1≤α≤30。
此外，軟磁鐵基合金也可以具有用以下通式表示的成分(Fe1-a Ma)100-x-y-z-α-β-γCuxSiyBzM’αM”βXγ其中M為鈷和/或鎳；M’是以下元素中的至少一種鈮、鎢、鉭、鋯、鉿、鈦和鉬；M”是以下元素中的至少一種釩、鉻、錳、鋁、一種鉑族元素、鈧、釔、一種稀土元素、金、鋅、錫和/或錸；x是以下元素中的至少一種碳、鍺、磷、鎵、銻、銦、鈹和砷；其中a，x，y，z，α，β和γ分別滿足以下條件0≤a≤0.5；0.1≤x≤3.0；0≤y≤30.0；0≤x≤25.0；5≤y+z≤30.0；0.1≤α≤30.0；β≤10.0和γ≤10.0。
在雙合金體系中，至少含有50％的且平均粒度為100納米或更小的超細(xì)晶粒合金組織。這種軟磁納米晶合金越來越廣泛地作為電感中的磁芯被用于各種不同的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。例如已知的有用于交流電的和脈沖電流靈敏的故障電流保護(hù)開關(guān)的總電流換能器、用于接入電源設(shè)備的電抗器和變壓器、電流補(bǔ)償電感線圈、由帶狀鐵芯制成的濾波扼流圈或換能器，這種帶狀鐵芯由上面所描述的納米晶帶制成。這例如可從EP 0 299 498 B1中得知。此外，也已知道這樣的環(huán)帶狀鐵芯被用于無線通信中的濾波組，例如在ISDN-或者DSL應(yīng)用領(lǐng)域里作為接口傳送器件。
所提到的納米晶合金例如可以借助所謂快速凝固工藝技術(shù)(例如借助于熔化金屬離心鑄造或平面流動(dòng)鑄造)成本低廉地制成。在這種情況下首先要準(zhǔn)備一種合金熔體，此時(shí)，接著使之從熔化狀態(tài)急冷而首先制成非晶合金。上述合金體系所需的冷卻速度為大約106開爾文/秒。這要借助旋轉(zhuǎn)熔煉法來實(shí)現(xiàn)，其中通過一個(gè)窄小的噴嘴將熔化物噴注到快速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上并同時(shí)凝固為薄帶。該方法可以連續(xù)制造薄帶和薄膜，它直接由熔融物在唯一一個(gè)工序中制成，速度為10-50米/秒，其中帶厚可達(dá)20-50微米，帶寬可達(dá)大約幾個(gè)厘米。
借助快速凝固方法制成的首先是非晶態(tài)的帶材然后被卷成幾何松散地變化的磁芯，其中這些磁芯可以是橢圓的、矩形的或者圓形的。實(shí)現(xiàn)良好的軟磁體性能的主要步驟是對(duì)于至此仍為非晶態(tài)的合金帶進(jìn)行“納米晶”。這種合金帶從軟磁體角度看還只有較差的性能，這是因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)較高的約為25×10-6的磁致伸縮系數(shù)|λs|大。當(dāng)進(jìn)行一種匹配于合金的結(jié)晶熱處理時(shí)則產(chǎn)生了一種超細(xì)的組織構(gòu)造，也就是產(chǎn)生一合金組織，其中包含了至少50％的體心立方的鐵硅晶核的合金組織。這些晶核埋入在一個(gè)由金屬和金屬氧化物構(gòu)成的非晶態(tài)余相里。有關(guān)產(chǎn)生細(xì)結(jié)晶組織并因而進(jìn)一步大大改善軟磁體性能方面的固體物理學(xué)的背景例如已經(jīng)在G.Herzer所著IEEE磁學(xué)會(huì)刊，25期(1989)，3327頁中作了敘述。照此通過求出隨機(jī)定向的納米晶“組織構(gòu)造”的晶體各向異性Ku而形成良好的軟磁體性能，如高的磁導(dǎo)率或小的磁滯損耗。
根據(jù)從EP 0 271 657 B1或0 299 498 B1中了解的背景技術(shù)，首先在專門的卷繞機(jī)上盡可能無張力地將非晶態(tài)帶卷成環(huán)狀帶芯。為此，非晶態(tài)帶先卷成一個(gè)圓形環(huán)狀帶芯，必要的話，借助適合的成型工具形成不同于圓的形狀。然而，由于使用了適合的卷軸，也可以在將非晶態(tài)帶卷繞成環(huán)狀帶芯時(shí)就實(shí)現(xiàn)與圓形不同的形狀。
然后，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使無張力卷繞的環(huán)狀帶芯在所謂甑式爐內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶熱處理，這種處理用于實(shí)現(xiàn)納米晶組織構(gòu)造。此時(shí)使環(huán)形帶芯上下相互堆送并運(yùn)入一個(gè)這樣的爐內(nèi)。業(yè)已表明，這種方法的主要缺點(diǎn)在于由于弱的漏泄磁場(chǎng)，例如地磁場(chǎng)，從而在磁芯堆垛里感應(yīng)引起了磁性特征值對(duì)位置的依賴性。在堆垛邊緣上例如磁導(dǎo)率值較高，它具有一個(gè)本征所限定的較高的大于60％的剩磁比，而在堆垛中心部位的磁性值的特征在于或多或少的鮮明的扁平磁滯回線，其磁導(dǎo)率和剩磁的數(shù)值都較低。
這例如在

圖1中示出。圖1a則表示了在頻率為50赫茲時(shí)磁導(dǎo)率的漏泄，它與一個(gè)熱處理堆垛之內(nèi)的當(dāng)前的芯序號(hào)有關(guān)。圖1b表示了剩磁比Br/Bm與一個(gè)熱處理堆垛里的芯序號(hào)的關(guān)系。如由圖1a和1b可見，一種不進(jìn)行熱處理加工的堆垛的磁性值的分布曲線變化比較寬且連續(xù)不斷。分布曲線向著高的值單調(diào)地下降。在這種情況下，這種準(zhǔn)確的特有的變化情況則取決于合金、磁芯幾何形狀、當(dāng)然還有堆垛高度。
在所提到納米晶合金系統(tǒng)里，通常在溫度為Ta＝450℃至620℃時(shí)調(diào)定納米晶組織構(gòu)造，其中必要的保持時(shí)間可以在少數(shù)幾分鐘至大約12小時(shí)之間。尤其是從美國(guó)專利US 5,911,840得知，如果應(yīng)用一個(gè)持續(xù)時(shí)間0.1至10小時(shí)的固定不變的溫度平臺(tái)，其溫度在結(jié)晶所必要的250°至480℃以下，用來松馳磁芯，那么在具有一個(gè)圓的B-H回線的納米晶磁芯里達(dá)到的最大磁導(dǎo)率為μmax＝760.000。這增加了熱處理的持續(xù)時(shí)間并因而降低了經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)圖1a和1b所示的受靜磁學(xué)影響的拋物線圖形是在甑式爐內(nèi)對(duì)環(huán)形帶芯進(jìn)行堆垛熱處理時(shí)靜磁學(xué)的本質(zhì)，并且都?xì)w因于一個(gè)圓柱筒的退磁因素的位置關(guān)聯(lián)性。另外已經(jīng)確定；隨著芯重而增加的結(jié)晶過程的放熱的熱量只能不完全地放出至熱處理堆垛的周圍，并因此可能引起磁導(dǎo)率值的明顯的惡化?？梢钥吹?，該納米晶當(dāng)然是一個(gè)放熱的物理過程。這個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)在JP 03 146 615 A2里作了描述。結(jié)晶熱量的排出不夠的后果是堆垛內(nèi)環(huán)形帶芯的局部過熱，這可能導(dǎo)致較低的磁導(dǎo)率和較高的剩磁。因而在熱處理堆垛中心處的磁芯的磁導(dǎo)率和剩磁要低于在熱處理堆垛外端處環(huán)形帶芯的磁導(dǎo)率和剩磁。以前人們主要就此認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題，因而就避開這樣的問題例如同樣如在美國(guó)專利US 5,911,840中，在所使用的納米晶部位中，也就是從大約450℃起以并不經(jīng)濟(jì)的方式很緩慢地進(jìn)行加熱。典型的加熱速度在0.1和0.2開爾文/分鐘之間，因而單單通過這個(gè)區(qū)域起直至490℃的溫度就可能要7個(gè)小時(shí)。這種方法很不經(jīng)濟(jì)。
因而，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于制造環(huán)形帶芯的新方法，在此可避免開頭所述的一些問題，如磁性特征值的拋物線狀的漏泄以及其余的尤其是受放熱影響的磁性特征值的惡化，并且可以特別經(jīng)濟(jì)地工作。
按照本發(fā)明該項(xiàng)任務(wù)通過一種制造開頭所述種類的環(huán)狀帶芯的方法來解決，其中將卷繞好的非晶態(tài)環(huán)狀帶芯并不堆垛地連續(xù)地?zé)崽幚沓杉{米晶環(huán)形帶芯。
通過對(duì)環(huán)狀帶芯的分級(jí)造成每個(gè)單獨(dú)的環(huán)狀帶芯的有一致的靜磁學(xué)條件。這種對(duì)每個(gè)單獨(dú)的環(huán)狀帶芯同一的靜磁學(xué)結(jié)晶條件的后果是排除了圖1a和1b中所表示的“拋物線效果”并因而使磁泄漏限制于與合金有關(guān)的，幾何形狀的和/或熱方面的原因。
最好使未堆垛的非晶態(tài)環(huán)狀帶芯在散熱裝置上進(jìn)行熱處理，這種散熱裝置具有高的熱容量和高的導(dǎo)熱能力，這正如從JP 03 146 615 A2所已知的那樣。此時(shí)特別是一種金屬或者一種金屬合金考慮作為散熱裝置用的材料。尤其是金屬銅、銀以及能導(dǎo)熱的鋼證實(shí)尤為適合。
但是也可以在一個(gè)由陶瓷制成的散熱裝置上進(jìn)行熱處理。此外也可以考慮用本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)方案，其中需要熱處理的非晶態(tài)環(huán)狀帶芯就放入在一個(gè)造型床內(nèi)，該造型床由陶瓷粉末或金屬粉末，最好是銅粉末制成。
特別是氧化鎂、氧化鋁和氮化鋁已經(jīng)證明特別適合作為陶瓷材料用于一種實(shí)心的陶瓷板或一種陶瓷粉末床層。
結(jié)晶用熱處理在一個(gè)溫度區(qū)間大約450℃至620℃之間進(jìn)行，其中熱處理經(jīng)歷過一個(gè)從450℃至500℃的溫度窗口并以加熱速度0.1開爾文/分鐘至大約20開爾文/分鐘進(jìn)行。
本發(fā)明優(yōu)選用一個(gè)爐子來實(shí)施，其中該爐子具有一個(gè)爐子外殼，它至少有一個(gè)退火熱處理區(qū)和加熱源；有給退火熱處理區(qū)裝上未堆垛非晶態(tài)磁芯的裝置；有將未堆垛非晶態(tài)磁芯運(yùn)送通過熱處理區(qū)的裝置以及將未堆垛的熱處理過的納米晶磁芯從熱處理區(qū)里取出來的裝置。
優(yōu)選地，用一種保護(hù)氣體對(duì)這樣一個(gè)的爐子的熱處理區(qū)供氣。
在本發(fā)明的第一種實(shí)施形式中，該爐子外殼具有一種塔式爐的結(jié)構(gòu)，其中熱處理區(qū)為垂直布置。將未堆垛的非晶態(tài)磁芯通過該垂直布置的熱處理區(qū)運(yùn)送的裝置最好是一種垂直延伸的輸送帶。
垂直延伸的輸送帶具有垂直于輸送帶表面的支承座，它由一種具有高熱容量的材料制成，也就是或者由前面所描述的金屬制成或者由前面所描述的陶瓷制成，它們都具有高的熱容量和高的導(dǎo)熱能力。環(huán)狀帶磁芯狀就置于這些支承座上。
垂直布置的熱處理區(qū)處最好細(xì)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都設(shè)有單獨(dú)的加熱調(diào)節(jié)裝置。
在按本發(fā)明的爐子的另一種可選擇的實(shí)施形式中這種爐子具有塔式爐的構(gòu)造，其中熱處理區(qū)為水平延伸。此時(shí)水平延伸的熱處理區(qū)又細(xì)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都設(shè)有單獨(dú)的加熱調(diào)節(jié)裝置。作為將未堆垛的非晶態(tài)環(huán)狀帶磁芯通過該水平延伸的熱處理區(qū)來運(yùn)送的裝置則至少設(shè)置一個(gè)，但最好是多個(gè)圍繞塔式爐軸線旋轉(zhuǎn)的支承板。
支承板又完全地或部分地由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱性的材料制成，在該支承板上放置了磁芯。此處特別考慮到金屬板，這種板由前面所述的金屬，也就是銅、銀或能導(dǎo)熱的鋼制成。
在本發(fā)明爐子的第三可選實(shí)施形式中，該爐子具有一個(gè)爐子外殼，該外殼具有水平連續(xù)爐的結(jié)構(gòu)，其中該熱處理區(qū)也是水平延伸的。尤其優(yōu)選此實(shí)施形式，因?yàn)檫@樣的爐子的制造比較簡(jiǎn)單。
作為用來將未堆垛的非晶態(tài)環(huán)狀帶鐵芯通過水平延伸的熱處理區(qū)來運(yùn)送的裝置則此處設(shè)置了一條輸送帶，其中輸送帶最好也設(shè)有支承座，這些支承座由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱性的材料制成，環(huán)狀帶鐵芯就放置在這些支承座上。這里又考慮到了前面所討論的金屬材料和/或陶瓷材料。
通常將水平延伸的熱處理區(qū)也劃分為多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，該加熱區(qū)設(shè)置分開的加熱調(diào)節(jié)裝置。
在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中用于產(chǎn)生扁平磁滯回線所必須的橫向磁場(chǎng)處理同樣也可以直接地而且同時(shí)連續(xù)地產(chǎn)生。為此至少有一部分被爐子外殼包圍住的連續(xù)通道引導(dǎo)到一個(gè)磁輪的二個(gè)極靴之間，從而對(duì)這連續(xù)的磁芯在軸向方向上用一個(gè)均勻的磁場(chǎng)加載荷，因而在其中形成了一個(gè)橫交于卷繞帶的方向的單軸各向異性。在這種情況下，磁軛的磁場(chǎng)強(qiáng)度必須足夠高，從而使磁芯在熱處理期間在軸向方向上至少局部地達(dá)到飽和。
磁滯回線變得越平緩和直線性，則有磁軛置于其上面的爐子通道的長(zhǎng)度的部分就越大。
在按本發(fā)明的所有三種可供選擇的設(shè)計(jì)方案的爐子里該單獨(dú)的加熱區(qū)具有一第一加熱區(qū)、一結(jié)晶區(qū)、一第二加熱區(qū)和一個(gè)結(jié)晶充分區(qū)。
以下根據(jù)附圖示例地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。附圖示出圖2環(huán)狀帶磁芯重量對(duì)于無散熱裝置時(shí)經(jīng)連續(xù)熱處理的環(huán)狀帶磁芯的磁導(dǎo)率(50Hz)的影響；
圖3不同厚度的散熱裝置對(duì)于連續(xù)熱處理的環(huán)狀帶磁芯的放熱的結(jié)晶特性的影響，圖4不同厚度的散熱裝置對(duì)于不同幾何形狀和不同的環(huán)狀帶磁芯質(zhì)量的連續(xù)熱處理的環(huán)狀帶磁芯的最大磁導(dǎo)率的影響；圖5環(huán)狀帶磁芯重量對(duì)于在一個(gè)10mm厚的銅散熱裝置上進(jìn)行連續(xù)熱處理之后對(duì)于磁導(dǎo)率(50Hz)的影響；圖6在無散熱裝置和有散熱裝置進(jìn)行連續(xù)熱處理之后兩個(gè)比較的環(huán)狀帶磁芯的端面；圖7一個(gè)按本發(fā)明的具有垂直布置的輸送帶的塔式爐的橫截面示意圖；圖8一種按本發(fā)明的多層轉(zhuǎn)爐；圖9一種按本發(fā)明的具有水平延伸輸送帶的連續(xù)爐；圖10借助一個(gè)在爐子通道上的磁軛產(chǎn)生一種橫磁場(chǎng)。
尤其對(duì)于制造所謂圓形的磁滯回線來說需要采用熱處理方法，這種方法可以在盡可能無磁場(chǎng)作用以及精確的加熱條件下得到一種超細(xì)的納米晶組織構(gòu)造并使之成熟。如文本開頭所述，按照現(xiàn)有技術(shù)通常在所謂甑式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，其中這些磁芯上下互相堆垛起來裝入爐內(nèi)。
這種方法的主要缺點(diǎn)是由于弱的漏泄磁場(chǎng)，例如地球磁場(chǎng)或類似的漏泄磁場(chǎng)使磁芯堆垛里感應(yīng)引起了磁性特征值對(duì)位置的依賴性。這可以稱作為天線效應(yīng)。在堆垛邊緣處事實(shí)上具有圓形的磁滯回線，其磁導(dǎo)率較高而且由本征限定的剩磁比高達(dá)大于60％，然而在堆垛中心處存在或多或少鮮明的扁平磁滯回線，其磁導(dǎo)率和剩磁比都較低。這已在前面圖1a和1b里表示過了。
相應(yīng)地，一種不進(jìn)行熱處理加工的堆垛的磁性值分布曲線變化較寬，連續(xù)不斷并且向著高的值單調(diào)地下降。如前面所述，準(zhǔn)確的變化情況取決于各種所應(yīng)用的軟磁體合金、磁芯幾何形狀的堆垛高度。
除了受靜磁學(xué)影響形成拋物線圖形之外，在甑式爐內(nèi)進(jìn)行堆垛熱處理具有另外的缺點(diǎn)隨著磁芯重量的增大，結(jié)晶過程的放熱熱量只能不完全也排出到周圍環(huán)境中。其結(jié)果是堆垛磁芯的過熱，這可能引起較低的磁導(dǎo)率和較高的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度。為了避開這個(gè)問題，必須在結(jié)晶部位、也就是從大約450℃起很緩慢地加熱，這樣就不經(jīng)濟(jì)了。在這里典型的加熱速度為0.1至0.2開爾文/分鐘，而單單經(jīng)過這個(gè)區(qū)域至490℃就可能要到達(dá)7小時(shí)。
唯一可以經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)在甑式爐內(nèi)進(jìn)行堆垛熱處理的工業(yè)規(guī)模的可選方案就是按照本發(fā)明的連續(xù)進(jìn)行的熱處理。通過這種連續(xù)進(jìn)行的方法而對(duì)磁芯進(jìn)行的分級(jí)，為每個(gè)單獨(dú)的磁芯都創(chuàng)造了相同的靜磁條件。結(jié)果是排除了上述的拋物線效應(yīng)，這使磁漏泄限制于與合金有關(guān)的、磁芯工藝和熱方面的原因。
當(dāng)這兩個(gè)第一因素可以良好控制時(shí)，這種對(duì)于連續(xù)熱處理來說通常為快速的加熱速度即使對(duì)于經(jīng)分級(jí)的磁芯來說也引起了放熱，這按照?qǐng)D2所示，引起了隨磁芯重量而對(duì)磁特性的損傷有所增加。圖2表示了當(dāng)磁芯在沒有散熱裝置而直接連續(xù)地進(jìn)行熱處理時(shí)，磁芯重量對(duì)于磁特性值(μ10≈μmax)的影響。
由于延滯的加熱可能導(dǎo)致使連續(xù)處理段的長(zhǎng)度倍增，這是不經(jīng)濟(jì)的，因而這個(gè)問題可以通過采用吸熱的、由良好導(dǎo)熱的金屬制成的熱層(散熱裝置)或者通過金屬的或者陶瓷粉末床層來解決。銅板已經(jīng)證實(shí)是尤其適合的，因?yàn)樗哂懈叩谋葻岷秃芎玫膶?dǎo)熱能力。因而可以從磁芯里從端面處取走放熱所產(chǎn)生的結(jié)晶熱量。此外這種散熱裝置降低了加熱速度，因而可以進(jìn)一步限制放熱的過熱溫度。這由圖3作了明確表示。圖3表示了不同厚度的銅散熱裝置對(duì)于環(huán)狀帶磁芯(其外形尺寸約為21×11.5×25立方毫米)里的放熱特性的影響。
由于溫度平衡的速率取決于磁芯和散熱裝置之間的溫度差，因而其厚度上的熱容量適應(yīng)于磁芯的質(zhì)量的高度。
圖4表示了散熱裝置的厚度對(duì)于不同幾何形狀或磁芯質(zhì)量的環(huán)狀帶磁芯的最大磁導(dǎo)率的影響。按圖4所示當(dāng)磁芯重量較小和/或磁芯高度較小時(shí)，4毫米厚的銅散熱裝置就造成良好的磁特性值，而較重的或者較高的磁芯則需要較厚的具有較高熱容量的散熱裝置。作為經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)便規(guī)則得知板厚d應(yīng)大于等于磁芯高度h的0.4倍。
由圖5可見，考慮到這項(xiàng)規(guī)則可以得到超出一個(gè)寬的重量范圍以外的磁特性值(μmax(50Hz)大于500000；μ1＞100000)。
在無散熱裝置進(jìn)行連續(xù)熱處理時(shí)，磁性特性的降低大多與帶層的片狀的撓曲和折彎有關(guān)，這種情況由圖6可見。圖6表示了兩個(gè)外形尺寸為50×40×25立方厘米的環(huán)狀帶磁芯的端面，它們是在連續(xù)熱處理之后的情況，左邊的磁芯為無散熱裝置時(shí)，右邊的磁芯位于一種10毫米厚的銅散熱裝置之上時(shí)。在右邊的磁芯中，在端面上實(shí)際上并沒有出現(xiàn)有撓曲。相反在左邊的磁芯中最大磁導(dǎo)率μmax為127000，相反在右邊磁芯中該值約為620000。
業(yè)已表明，只有當(dāng)磁芯的大約85％以上的端面沒有發(fā)生撓曲，才能達(dá)到良好的磁特性值。
圖7示意地表示了本發(fā)明的第一種實(shí)施形式，即一種所謂的塔式爐。塔式爐具有一個(gè)爐外殼，其中熱處理區(qū)為垂直延伸。未堆垛的非晶態(tài)磁芯在這種情況下則通過一條垂直延伸的皮帶輸送機(jī)經(jīng)過一個(gè)垂直延伸的熱處理區(qū)而輸送。
垂直延伸的皮帶輸送機(jī)具有垂直于輸送帶表面的散熱裝置，這種裝置由一種具有高熱容量的材料最好是銅制成。在這里環(huán)狀帶磁芯以其端面放在支承座上。垂直延伸的熱處理區(qū)細(xì)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱裝置，它們具有單獨(dú)的加熱控制裝置。
圖8表示了本發(fā)明的另外一種實(shí)施形式。此處該爐子的構(gòu)造又是一種塔式爐，但其中熱處理區(qū)為水平延伸。在這種情況下水平延伸的熱處理區(qū)又細(xì)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都沒有單獨(dú)的加熱控制裝置。作為將未堆垛的非晶態(tài)環(huán)狀帶磁芯通過該水平延伸的熱處理區(qū)來輸送的裝置又設(shè)置了一個(gè)、但最好是多個(gè)圍繞塔式爐軸線旋轉(zhuǎn)的、用作散熱裝置的支承板。
支承板又完全地或者部分地由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，其中磁芯以其端面放置在該支承板上。
最后，圖9表示了本發(fā)明的第三種特別優(yōu)選的可供選擇的實(shí)施形式，其中爐子外殼具有一種水平的連續(xù)爐的構(gòu)造。在這種情況下熱處理區(qū)又是水平延伸的。這種實(shí)施形式是特別優(yōu)選的，因?yàn)榕c上述兩種爐子相比，這種爐子的制造費(fèi)用較低。
此時(shí)環(huán)狀帶磁芯通過一個(gè)皮帶輸送機(jī)經(jīng)過這些水平延伸的熱處理區(qū)進(jìn)行輸送，其中皮帶輸送機(jī)最好又設(shè)有用作散熱裝置的支承座。此處銅板又是特別優(yōu)選的。在輸送裝置另一種可供選擇的設(shè)計(jì)方案中，將這些在輥?zhàn)由辖?jīng)過爐子外殼滑動(dòng)的板作為散熱裝置。
如由圖9可見，水平延伸的熱處理區(qū)又細(xì)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都設(shè)有單獨(dú)的加熱控制裝置。
在圖9中所示的連續(xù)爐的一種特殊的實(shí)施形式中，用于產(chǎn)生一種扁平磁滯回線所必需的橫向磁場(chǎng)處理就直接連續(xù)地進(jìn)行。圖10表示了為此所需要的裝置。這里至少有一部分位于一個(gè)磁軛的極靴之間的爐子的直通道，從而使連續(xù)的磁芯在軸向方向上作用一個(gè)均勻的磁場(chǎng)，因而在其中形成了一個(gè)橫交于卷繞帶方向的單軸各向異性。磁軛的場(chǎng)強(qiáng)必須高到使磁芯在熱處理時(shí)沿軸向方向上至少是局部地達(dá)到飽和。
放置磁軛的爐子通道的長(zhǎng)度所占比例越大，磁滯回線就越平坦并趨于直線。
用這種措施得到以下結(jié)果磁軛沿著整個(gè)加熱段都是有效的，當(dāng)該磁軛的極靴之間的場(chǎng)強(qiáng)為0.3特斯拉時(shí)就產(chǎn)生了外形尺寸為21毫米×11.5毫米×25毫米的磁芯，其組成為FebalCu1.0Si15.62B6.85Nb2.98，磁芯的磁導(dǎo)率數(shù)值約μ＝23000(f＝50Hz)。剩磁比則由于軸向場(chǎng)的作用而降到5.6％。
若只是占了加熱段的一半，那么單軸各向異性仍保持得比較弱，而磁滯回線就不太扁平了。
在不對(duì)磁軛進(jìn)行退火時(shí)剩磁比相對(duì)來說位于50％左右或者高于50％，而且隨場(chǎng)強(qiáng)而相關(guān)變化的磁導(dǎo)率曲線對(duì)應(yīng)于圓形的磁滯回線。
使用該根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置就可以進(jìn)行大規(guī)模的制造加工了，其方法是首先使所有出現(xiàn)的磁芯連續(xù)地結(jié)晶。根據(jù)所要求的磁滯回線是否應(yīng)該是圓的、扁的或者矩形的，而將這些磁芯接著或者立即進(jìn)行最終加工處理，也就是裝在外殼里，在一個(gè)縱向磁場(chǎng)內(nèi)調(diào)整到一個(gè)矩形的磁滯回線，或者在一個(gè)橫磁場(chǎng)內(nèi)調(diào)整退火到一個(gè)扁平的磁滯回線，然后再進(jìn)行最終加工處理。
與傳統(tǒng)方法不同，磁芯的制造可以以更迅速的且更經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于制造由一軟磁鐵基合金制成的磁芯的方法，其中至少包含50％的、平均粒度為100納米或更小的超細(xì)晶粒合金組織，該方法采用以下步驟a)準(zhǔn)備出一種熔融合金；b)借助快速凝固工藝由該熔融合金制造出一非晶合金帶；c)將該非晶態(tài)帶卷成非晶態(tài)磁芯；d)將未堆垛的非晶態(tài)磁芯連續(xù)進(jìn)行熱處理，成為納米晶磁芯。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該未堆垛的非晶態(tài)磁芯在具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的散熱裝置上進(jìn)行熱處理。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，作為用于該散熱裝置的材料，采用一金屬或一金屬合金或一金屬粉末。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將銅、銀或一種能導(dǎo)熱的鋼用做該金屬或該金屬粉末。
5.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，作為用于該散熱裝置的材料而采用一種陶瓷。
6.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，作為用于該散熱裝置的材料而采用一種陶瓷粉末。
7.按權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，將氧化鎂、氧化鋁或氮化鋁用作該陶瓷或該陶瓷粉末。
8.按權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該熱處理在約450℃-約620℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在該熱處理時(shí)，經(jīng)過一個(gè)450℃-500℃的溫度窗口。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，以0.1開爾文/分鐘-約20開爾文/分鐘的加熱速度經(jīng)過該溫度窗口。
11.一種用于實(shí)施按權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述方法的爐子，它具有A)一個(gè)爐子外殼，它至少具有一個(gè)熱處理區(qū)和一個(gè)加熱源；B)將未堆垛的非晶態(tài)磁芯供給該熱處理區(qū)的裝置；C)運(yùn)送未堆垛的非晶態(tài)磁芯經(jīng)過該熱處理區(qū)的裝置；和D)將末堆垛的、已熱處理的納米晶磁芯從該熱處理區(qū)里取出的裝置。
12.按權(quán)利要求11所述的爐子，其特征在于，還設(shè)有E)對(duì)熱處理區(qū)提供保護(hù)氣體的裝置。
13.按權(quán)利要求11或12所述的爐子，其特征在于，該爐子外殼具有一種塔式爐的構(gòu)造，其中該熱處理區(qū)垂直延伸。
14.按權(quán)利要求13所述的爐子，其特征在于，一種垂直延伸的皮帶輸送機(jī)被用作所述的使未堆垛的非晶態(tài)磁芯經(jīng)過垂直延伸的熱處理區(qū)輸送的裝置。
15.按權(quán)利要求14所述的爐子，其特征在于，該垂直延伸的皮帶輸送機(jī)設(shè)有垂直于輸送帶表面的支承座，該支承座由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，所述磁芯放置在該支承座上。
16.按權(quán)利要求13所述的爐子，其特征在于，作為所述的運(yùn)送未堆垛的非晶態(tài)磁芯通過該垂直延伸的熱處理區(qū)的裝置是支承在輥?zhàn)由系闹С凶?br> 17.按權(quán)利要求16所述的爐子，其特征在于，該支承座由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，該磁芯放置在該支承座上。
18.按權(quán)利要求13至17中的任一項(xiàng)所述的爐子，其特征在于，所述垂直延伸的熱處理區(qū)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都設(shè)有單獨(dú)的加熱控制裝置。
19.按權(quán)利要求11或12所述的爐子，其特征在于，該爐子外殼具有一種塔式爐的構(gòu)造，其中該熱處理區(qū)是水平延伸的。
20.按權(quán)利要求19所述的爐子，其特征在于，該水平延伸的熱處理區(qū)分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，它們都設(shè)有單獨(dú)的加熱控制裝置。
21.按權(quán)利要求17或18所述的爐子，其特征在于，至少設(shè)有一個(gè)圍繞塔式爐軸線旋轉(zhuǎn)的支承板來作為用于所述的運(yùn)送來堆垛的非晶態(tài)磁芯經(jīng)過該水平布置的熱處理區(qū)的裝置。
22.按權(quán)利要求19所述的爐子，其特征在于，該支承板完全地或局部地由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，該磁芯放置在該支承板上。
23.按權(quán)利要求18至20中任意一項(xiàng)所述的爐子，其特征在于，設(shè)有多個(gè)圍繞塔式爐軸線旋轉(zhuǎn)的、上下相互堆垛的支承板。
24.按權(quán)利要求11或12所述的爐子，其特征在于，該爐子外殼具有水平連續(xù)爐的構(gòu)造，其中該熱處理區(qū)是水平延伸的。
25.按權(quán)利要求24所述的爐子，其特征在于，一個(gè)皮帶輸送機(jī)被設(shè)置用作所述的運(yùn)送未堆垛的非晶態(tài)磁芯通過該水平延伸的熱處理區(qū)的裝置。
26.按權(quán)利要求25所述的爐子，其特征在于，該皮帶輸送機(jī)設(shè)置有支承座，它們由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，該磁芯放置在該支承座上。
27.按權(quán)利要求13所述的爐子，其特征在于，支承在輥?zhàn)由系闹С凶挥米魉龅倪\(yùn)送未堆垛的非晶態(tài)磁芯通過該垂直沿伸的熱處理區(qū)的裝置。
28.按權(quán)利要求27所述的爐子，其特征在于，該支承座由一種具有高熱容量和高導(dǎo)熱能力的材料制成，該磁芯放置在該支承座上。
29.按權(quán)利要求22至23中任意一項(xiàng)所述的爐子，其特征在于，該水平延伸的熱處理區(qū)被分成多個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)，這些加熱區(qū)具有單獨(dú)的加熱控制裝置。
30.按權(quán)利要求14，18或24所述的爐子，其特征在于，這些單獨(dú)的加熱區(qū)包括一個(gè)第一加熱區(qū)、一個(gè)結(jié)晶區(qū)、一個(gè)第二加熱區(qū)和一個(gè)結(jié)晶充分區(qū)。
31.按權(quán)利要求11至30中任意一項(xiàng)所述的爐子，其特征在于，為了調(diào)節(jié)單軸各向異性，至少局部地在該由爐子外殼所包圍的連續(xù)通道上布置一個(gè)磁軛的極靴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和實(shí)現(xiàn)一種加工過程的裝置，其中首先所有產(chǎn)生的磁芯都連續(xù)不斷地結(jié)晶。根據(jù)所要求的磁滯回線是圓的、扁平的或者矩形的，使這些磁芯緊接著或者立即進(jìn)行最終加工，也就是裝在外殼里，在一個(gè)縱向磁場(chǎng)里調(diào)整到一種矩形磁滯回線，或者在一個(gè)橫向磁場(chǎng)里調(diào)整到一種扁平的磁滯回線，然后再進(jìn)行最終加工。
文檔編號(hào)H01F1/12GK1505822SQ02809188
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者J·佩特佐德, V·克里斯皮斯, H·-R·希爾辛格, J 佩特佐德, は６ 糧, 鎪蠱に 申請(qǐng)人:真空融化兩合公司