[发明专利]复合磁性陶瓷超环面体

说明书

相关申请：本申请要求于1998年10月29号提出的临时申请60/106,135的优先权。

政府资助研究：不是

发明背景

1、本项发明的领域：本项发明的领域是铁磁性陶瓷设备的制造，主要用于电路中。

2、本发明背景简介

铁超环面体(toroid)在电路中用作感应器和变压器。铁超环面体的一些应用场合要求磁性通路被非磁性间隙中断。目前沟道式铁超环面体的制造方法是用金刚石刀片和其它的切割方式在一个超环面体上切割一个沟道，如图1所示。另外一种方法是用非常精致的机器制造双道沟超环面体。后面的工序包括胶合铁块，在两个铁块之间要有隔板。沟道式铁超环面体是从各个粘结在一起的铁块中心钻孔而得到的，中心钻位于铁块之间沟道的中心，方法如图2所示。

其它一些磁性设备是将磁性铁器件和非磁性隔板组合在一起而构成的。例如在美国专利号4,045,864和美国专利号4,182,643中介绍的磁带和磁盘中进行录音的读写磁头的构成。美国专利号5,655,287介绍的是将印刷有金属导体的多层非磁性陶瓷原始薄层压缩成一个圈，并将磁性原始薄层包围在其周围形成磁性电路，然后将它们烧结成一个整体。美国专利号5,479,695介绍了一种相似的成层以及烧结磁性与非磁性陶瓷电子元器件的方法。美国专利号3,535,200介绍了一种强制式永磁体，它是由不同磁特性的陶瓷铁性物质交替层叠，然后压缩烧结而成的。

发明概述

本项发明涉及一种不用机器生产沟道式铁超环面体的方法，它可以对有严格控制要求的储能磁元件和稳定感应器进行高效生产。本发明中的复合铁超环面体有很广泛的应用范围，并且可以用来替代一些价格昂贵和低使用效率的磁元件。本发明提供了一种生产复合铁超环面体的方法，这种复合铁超环面体有一个非磁性沟道，它利用一种成层技术(如浇铸)，把单片磁性和非磁性陶瓷结构层叠在一起烧结而成。在最后烧结之前，从叠层中打孔就得到铁超环面体。这种新奇的方式提供了一种非常好的生产可控式沟道结构的方法。与以前的工艺方法相比，它可以进行低成本制作，高效率生产。

附图简介

图1是按照传统方法生产的沟道式铁超环面体的简图，包括铁超环面体的加工。

图2是按照传统方法生产的沟道式铁超环面体的简图，它依赖于烧结的铁材料的加工。

图3是一种典型的浇铸过程的流程图。

图4是按照图3中所示的过程生产的铁和铝质带(tape)简图。

图5a是将多层铁带和非磁性陶瓷带碾压成块后的简图。

图5b是一个碾压块被从中打孔后的的简图。

图5c是产生最后结果的沟道铁超环面体和块前身(precursor)的简图。

图6是打孔之前铁和非磁性各层交替排列的简图。

图7是复合铁片的简图，其中打孔方向垂直于该片的平面。

图8是由两种不同铁材料和两个非磁性缓冲层组成的复合铁片简图。

图9是图8中的铁片按照图7所示的方向打孔而成的超环面体简图。

图10a是按照图3所示的过程生产出的铁、扩散壁垒和氧化铝的简图。

图10b是含有壁垒层的碾压块简图。

图10c是从碾压块中打孔的超环面体简图。

图10d是沟道式铁超环面体和块前身的简图。

图11是壁垒层超环面体部分的显微照片简图。

图12是本项发明设备的磁性能曲线图。

发明详述

本项发明是关于铁超环面体生产的一项发明，在铁超环面体的磁道上有沟道(gap)，并能够将所说的沟道式铁超环面体做成单片结构。这种沟道不需要机械加工，成品元件更坚固，而且可以保持沟道宽度的严格要求。很多铁材料都可以用作沟道铁超环面体的磁性介质。这些材料包括锰锌铁、尤其是强力(power)铁、镍锌铁、锂锌铁、镁锰铁，还有其它商用类型的铁。很多陶瓷材料可以用作非磁性介质，包括氧化铝、氧化铝和玻璃的混合物、堇青石、堇青石和玻璃的混合物、多铝红柱石、多铝红柱石和玻璃的混合物、氧化锆、氧化锆和玻璃的混合物、钡钛酸盐以及其它的酸盐、滑石、铁和非磁性陶瓷的混合物，还有其它的一些非磁性或弱磁性陶瓷材料，它们可以和铁一起烧结。向非磁性陶瓷材料中添加玻璃可以改变其烧结温度和烧制收缩度。像非磁性陶瓷必须紧密配合磁性材料的温度性能一样，这也是很重要的(例如铁)。