[发明专利]高性能永磁体制备方法及含该永磁体的真空波荡器磁结构有效

专利信息
申请号: 201710025410.5 申请日: 2017-01-13
公开(公告)号: CN106847494B 公开(公告)日: 2018-08-24
发明(设计)人: 何永周 申请(专利权)人: 中国科学院上海应用物理研究所
主分类号: H01F41/02 分类号: H01F41/02;H01F1/057
代理公司: 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人: 邓琪;余中燕
地址: 201800 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 性能 永磁体 制备 方法 真空 波荡 结构
【说明书】:

发明提供一种高性能永磁体制备方法及含该永磁体的真空波荡器磁结构,其中所述永磁体制备方法包括:S1,提供一磁化方向厚度为2.0mm‐2.5mm的永磁体;S2,在所述永磁体的表面覆盖TbF3粉末后将其置于一钼金属盒内,而后对其依次进行高温晶界扩散处理及回火处理;S3,在经过所述步骤S2的永磁体表面镀NiCuNi层、TiN层或NiCuTiN层;S4,对经过所述步骤S3的永磁体进行饱和磁化处理;S5,对经过所述步骤S4的永磁体进行老化处理。本发明解决了现有技术中永磁体内禀矫顽力的一致性欠佳、永磁体取向厚度未优化等问题。

技术领域

本发明涉及永磁材料技术,尤其涉及一种高性能永磁体制备方法及含该永磁体的真空波荡器磁结构。

背景技术

Halbach永磁阵列概念最早是在20世纪80年代初由美国劳伦斯伯克利国家实验室的Ⅺaus Halbach教授提出。永磁型真空波荡器(IVU)为典型的Halbach磁路结构,是第三代同步辐射光源及自由电子激光装置的关键设备之一。近三十多年,基于各种性能的永磁波荡器占据同步辐射光源和自由电子激光装置波荡器的绝大多数。在众多永磁波荡器中,永磁真空波荡器的比例较大,特别是同步辐射光源装置中永磁真空波荡器数量几乎达到70%以上;在自由电子激光领域真空波荡器数量也很多,且随时间推移呈现逐年增加趋势。数量众多的各种永磁真空波荡器在线运行,为同步辐射及自由电子激光用户的各种丰富多彩科学实验提供了有力的保障。

永磁体是真空波荡器的“心脏”,其综合磁特性对真空波荡器整机的磁场峰值、磁场均匀性、磁场稳定性、真空性能、运行维护等都有着极为重要影响。目前国内外常规真空波荡器主要采用两种永磁体:一种是2:17型与1:5型钐钴,另一种是钕(镨)铁硼,由于要适应真空波荡器小磁间隙环境下的强电磁辐射等环境,绝大多数采用高稳定耐电磁辐射钐钴永磁体。近若干年,日本等极少数国家的高能物理研究机构通过和永磁公司合作采用特殊工艺研制了高性能高稳定钕(镨)铁硼作为永磁真空波荡器的磁场源,一定程度上提高了真空波荡器磁场的峰值与品质(相比于钐钴真空波荡器)。低温永磁波荡器(CPMU)实为低温下工作的永磁真空波荡器,这几年正成为国际同步辐射领域研究的热点,采用的永磁体也有两种:一种是具有自旋再取向效应的钕铁硼,另一种是低温磁性能近线性变化的镨铁硼。

随着用户对同步辐射及自由电子激光永磁真空波荡器提出了越来越高的要求。目前国内外在线运行的几种真空波荡器或多或少存在着不少缺陷与不足,具体如下:

对于基于钐钴真空波荡器,目前国内外大多数常规真空波荡器采用钐钴永磁体作为磁场源,其特点是波荡器磁场稳定,但峰值偏低,且由于钐钴本身缺陷对波荡器磁场均匀性(如相位误差及积分场)带来不利影响,制约了用户的一些科学实验需求。这一点在我国显得由为明显,国产钐钴磁性能及磁场均匀性和国际先进水平还有不小距离(如我国和日本钐钴最高有效剩磁分别为1.06T和1.12T,平均磁化偏角分别约为1.0°和0.5°),制约了我国真空波荡器发展,如SSRF(上海光源)首批真空波荡器及出口加拿大CLS(Canadian LightSource)的真空波荡器IVU20及扭摆器IVW80被迫使用日本钐钴,交货期长且价格昂贵。

对于基于钕铁硼的真空波荡器,其特点是磁场峰值相比钐钴有一定程度提高(一般约5-10%),波荡器磁场均匀性也有所改善,但这需要高品质的钕铁硼永磁体并对基于钕铁硼真空波荡器做相应的前期基础应用研究才能获得实际应用。与钐钴真空波荡器相比,基于钕铁硼真空波荡器磁场峰值提高的并不多,目前掌握并采用这一技术的仅有日本等极少数国家。

对于基于钕铁硼或镨铁硼的CPMU,其特点是低温运行磁场峰值可获得大幅度提高(一般约10-25%),耐辐射性能优良,但这几年国内外研究经验表明,CPMU也有磁场均匀性不佳(如一般情况下磁场相位误差不如常规IVU)、故障较频繁、研制运行成本高等缺点;而且特殊设计的低温系统结构也对同步辐射光源或自由电子激光装置宝贵的直线节带来一定长度的损失;并且需要研制复杂的低温磁测系统及低温冷却系统,价格较贵。同时,由于软铁极头饱和效应,使CPMU深冷低温磁场增加幅度和永磁体低温Br(剩磁)增加幅度不成正比,造成Br较大“浪费”。

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