[发明专利]加工脆性金属薄带的方法及由纳米晶合金带制成的磁性元件

说明书

本发明涉及一种用于加工脆性金属薄带的方法及通过加工这种带材而获得的产品，该方法包括如切割这样的加工工序。尤其是，本发明涉及通过切割具有纳米晶结构的金属带获得磁性元件的方法。

已经有人提出了制造磁性合金薄带，尤其是具有高导磁性的合金带材，该合金在非晶态母材中具有主要由很细晶粒构成的组织，晶粒大小可例如为1纳米-100纳米。这种合金被称作纳米晶合金。

例如以约20微米厚的薄带方式从非晶态带中获得纳米晶金属材料，在冷却辊上或在两个冷却辊之间浇铸和快速冷却金属液地生产出所述非晶带材。非晶态带或带状物通过保持在约550℃温度中约1小时而受到热处理，从而在相当大部分带材如大于其体积的50％的范围中形成了纳米晶结构。

在该热处理前，可在较低温度下如约200℃下预热处理。

当软磁铁基合金被浇铸、冷却并随后热处理时，可以从纳米晶态带材中获得如具有卓越磁性的磁路铁芯等的产品，通常在材料结构不同于纳米晶结构的情况下，无法获得这种优异磁性能。

然而，具有纳米晶结构的带材或带状物的缺点是，这种带材或带状物非常脆性，以至于极小的机械应力将导致带材或带状物破裂。如果不非常小心，甚至不能处理具有纳米晶结构的带材或带状物，因为在带材内引起的一点点应力就会导致其脆性开裂。目前已知的由具有纳米晶结构的带材制造金属元件如磁芯的唯一方法包括，卷绕非晶态磁性合金带，然后，在形成纳米晶结构的温度中热处理带材。选择性地，可在磁场内实施热处理，以改变这些纳米晶合金的磁滞回线。

因此，目前不可能通过包括如切割的机械处理或机加工来制造纳米晶磁性元件。

由纳米晶磁性合金的带材获得具有非常确定几何形状剖面的磁性元件是非常有意义的。尤其是，能够从纳米晶带中制造具有垫圈形、U形或E形的磁性元件或甚至制造用于钟或表的具有复杂形状的元件是非常有益的。

通常，获得一种允许加工通常厚度小于0.1微米的小厚度的脆性金属薄带的方法是非常有益的，所述带材加工包括至少一个脆性带材承受应力且尤其是切割或弯曲应力的步骤。

因此，本发明的目的是提供一种用于加工至少一个厚度小于0.1mm的脆性金属薄带的方法，它包括至少一个使薄带承受应力的步骤，该方法可以避免脆性带材在加工过程中破裂的危险，尤其是，由脆性薄带获得具有精确的和/或复杂的几何形状的元件。

为此，在使薄带承受应力的加工步骤之前，至少带材的一侧覆有由至少一种聚合材料制成的涂层以便在带材上获得厚度在1微米-100微米之间的粘附层，该粘附层改变了金属薄带的变形和破裂性能，并在覆有涂层的带材上进行带材承受应力的加工步骤。

为了清楚地理解本发明，现在将参见附图来举例描述用于从纳米晶磁性合金带材上切制出磁性元件的本发明方法。

图1是根据第一实施例的实施本发明方法的设备的侧视示意图。

图2是根据第二实施例的实施本发明方法的设备的侧视示意图。

图3和4是根据第三实施例的实施本发明方法的两个连续步骤的设备的侧视示意图。

图5是根据第四实施例的实施本发明方法的设备的侧视图。

图6A、6B和6C是通过本发明加工方法获得的变压器元件的透视图，该方法包括切割纳米晶磁性薄带的步骤。

图7A、7B和7C通过本发明加工方法获得的环面磁芯的透视图，该方法包括切割步骤。

图8是通过本发明的纳米晶薄带加工方法获得的电路元件的透视图。

图9A、9B和9C是表示在实施本发明加工方法过程中的三个连续步骤的示意图，其中该方法包括化学切割步骤。

图10是通过本发明方法获得的大量元件的俯视图，该方法包括化学切割步骤。

图11A、11B、11C、11D和11E是表示在制造变压器的本发明方法的实施过程中的连续步骤的示意图，其中所述变压器被集成或没有被集成到印刷电路中。

下述的本发明方法被用于制造由纳米晶磁性材料制成的扁平磁性元件。

磁性材料是软磁材料，它通常由主要含铁或任选含铁和铁磁金属如镍和钴的混合物以及铜、硅、硼和一种如铌的金属的合金组成。

磁性材料还可以含铁、锆和硼和选择性的铜和硅。

本发明所用的磁性合金是这样的，例如，Fe-Cu-Nb-B-Si或Fe-Zr-(Cu)-B-(Si)合金(括弧所包括的符号Cu和Si表示可能没有这些元素)。

当然，本发明可适用于其它磁性合金。

例如，制造具有下列原子组成的铁基合金：