CN116598112A - 双相软磁颗粒组合、部件和制造方法 - Google Patents

双相软磁颗粒组合、部件和制造方法 Download PDF

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黄慎言
孙常杰
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Abstract

用于制造双相软磁部件的方法,所述方法包括:将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合,形成部件结构,多个软铁磁颗粒各自具有电绝缘涂层;以及对部件结构进行热处理,使多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒固结。

Description

双相软磁颗粒组合、部件和制造方法
技术领域
本公开总体上涉及多材料冶金,更具体涉及双相软磁颗粒组合、部件和制造方法。
背景技术
电机(例如电动机和发电机)可以使用高功率密度和高效率部件以用于多种应用。例如,此类电动机和发电机可以用于机动车、航空、机器人和/或电器应用。这些电机的功率密度可能部分地取决于机器尺寸、热管理、转子速度和/或磁利用。
例如,在一些应用中,可以增加旋转速度以提高机器的功率密度,从而潜在地降低其质量和成本。然而,增加旋转速度可能导致功率密度、效率和受转子机械强度限制的机器恒定功率之间的潜在折衷。
类似地,可以通过增加磁利用以影响功率密度。例如,选择性渗氮工艺可以包括选择性地遮盖包含磁性铁材料的部件表面的区域,并向部件施加氮气。氮气可以将部件表面的未遮盖区域的磁性铁材料转化为非磁性奥氏体成分,而部件表面的遮盖区域的铁磁性质基本上保持不变。然而,选择性渗氮可能导致在部件表面产生二维磁通量,从而影响机器的功率密度和效率。
因此,用于磁利用(例如通过双相软磁颗粒组合、部件和制造方法)的替代工艺在本领域中将是受欢迎的。
附图说明
在参考附图的说明书中针对于本领域普通技术人员阐述了本公开的完整且可行的公开,包括其最佳模式,其中:
图1A和1B显示了根据本公开的一个以上示例性方面的双相软磁颗粒组合。
图2显示了根据本公开的一个以上示例性方面的多个软铁磁颗粒。
图3显示了根据本公开的一个以上示例性方面的多个顺磁颗粒。
图4显示了根据本公开的一个以上示例性方面的包含双相软磁颗粒组合的部件结构。
图5显示了根据本公开的一个以上示例性方面的双相软磁部件。
图6显示了根据本公开的一个以上示例性方面的用于制造双相软磁部件的方法。
在本说明书和附图中重复使用的参考标记旨在表示本公开的相同或相似的特征或元素。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施方式,其中一个以上的示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中相近或相似的标记用于指代本公开的相近或相似的部分。
本文使用的词语“示例性”指“用作示例、实例或说明”。不必要将本文中描述为“示例性”的任何实施方式解释为相对于其他实施方式更好或更有优势。此外,除非另有明确说明,否则本文所描述的所有实施方式都应被视为示例性的。
如本文所用,术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代,除非上下文另有明确规定。
应用近似性语言(如本文在整个说明书和权利要求书中所用)修饰任何可以允许变化而不导致与其相关的基本功能发生改变的数量表示。因此,由例如“约”、“近似”和“基本上”等术语修饰的值不限于特定的精确值。在至少一些情况下,近似性语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度,或者用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如,近似性语言可以指在1%、2%、4%、10%、15%或20%的差额内。这些近似性差额可适用于单个值、定义数值范围的任一端点或两个端点,和/或端点之间范围的差额。
本文以及整个说明书和权利要求中,范围限定可被组合和互换,这类范围被确定并包括其中包含的所有子范围,除非上下文或语言文字另有说明。例如,本文公开的所有范围均包括端点,并且端点可以彼此独立组合。
如本文所用,“组合”、“结合”等用于描述不同材料的任何集合,无论所述材料是否彼此相邻、散布或部分混合,以及无论不同材料的组合是否对称。
如本文所用,用于描述结构的术语“整体”、“一体”或“单片”指由连续的材料或材料组整体形成的结构,所述结构没有接缝、连接节点等。本文所述的整体结构、一体结构可以通过增材制造形成以具有所述结构,或可替代地通过铸造工艺等形成。
如本文所用,术语“增材制造”通常指以逐层方式制造部件的制造技术。示例性的增材制造机器可以被配置为使用任何期望的增材制造技术。
本公开总体上涉及双相软磁颗粒组合、部件及其制造方法。多个软铁磁颗粒可以与多个顺磁颗粒组合以形成双相软磁部件和/或双相软磁颗粒组合(例如用于形成双相软磁部件)。
多个软铁磁颗粒可以各自包括围绕软铁磁芯的电绝缘涂层。多个顺磁颗粒可以各自包含绝缘组分,例如通过围绕导电颗粒的非磁性电绝缘涂层。
如本文所公开的,可以通过软铁磁颗粒(具有电绝缘涂层)和顺磁颗粒的组合增加双相部件的磁饱和。这类双相软磁部件可以在电子元件中提供例如更高的饱和磁通量密度和/或更低的涡流损耗。此外,本文公开和讨论的双相软磁部件可具有来自部件的各向同性结构的三维磁通量流动方向。换言之,由于不同区域相对于彼此的相对低或相对高的磁导率,局部化的磁性和非磁性区域可以减少磁通损失。例如,磁性区域可以限制磁通量的路径,而非磁性区域可以允许磁通量的路径。得到的双相软磁部件可以用于例如轴向和/或横向磁通电机,例如用于机动车、航空、机器人和/或电器应用中的电动机和发电机,其具有改进的连续和峰值功率输出、功率密度、功率因数和/或效率。
现在参考附图,其中,在全部附图中相同的数字指示相同的元件。图1至图3示意性地显示了双相软磁颗粒组合10及其成分。双相软磁颗粒组合10通常可以包含多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30。
具体参考图1,应当理解,可以将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合以产生多种构造的双相软磁颗粒组合10。如上文所定义,现在进一步具体涉及双相软磁颗粒组合10,“组合”指多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的任何组合,无论多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30是否在各自区域彼此相邻或是否彼此部分混合,以及无论多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的组合是否对称。
例如,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可以位于它们各自的彼此相邻的区域内,例如图1中所示。换言之,单独的软铁磁颗粒20和单独的顺磁颗粒30可以很少地或可以忽略不计地彼此直接混合,使得多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的各自组仅在双相软磁颗粒组合10内彼此相邻,或在它们之间有任何事物。或者,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可包含部分混合,其中,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30在双相软磁颗粒组合10内以不同的浓度部分混合。
因此,在一些实施方式中,双相软磁颗粒组合10可以基本上包含多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的多相组合,其中,不同区域由各自相同类型的颗粒组成。在此类实施方式中,双相软磁颗粒组合10可以至少包含两个不同的区域,其中一个包含多个软铁磁颗粒20,另一个包含多个顺磁颗粒30。在其他实施方式中,多个区域可以呈现为具有各自的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30,通过例如对称或不对称的分层、堆叠或其他变形方式。
现在参考图1至图2,多个软铁磁颗粒20通常包含单个软铁磁颗粒25,每个软铁磁颗粒25具有软铁磁芯26和软磁电绝缘涂层27。单个软铁磁颗粒25的软铁磁芯26可以包含任何铁磁材料,例如具有高铁饱和度的材料。软铁磁芯26可以包含一种以上具有相对低的固有矫顽磁力(intrinsic coercivity)的材料以易于磁化和消磁。例如,在一些实施方式中,软铁磁芯26可以包含一种以上固有矫顽磁力小于1000A/m或甚至小于100A/m的材料。在一些实施方式中,软铁磁芯26可以包含铁钴、硅铁(iron silicone)、纯铁、磷酸铁和/或其他含铁磁粉或它们的组合。
在一些实施方式中,软铁磁芯26的最小固有饱和磁通密度可以例如高于约0.4特斯拉、高于约1.3特斯拉、高于约1.5特斯拉或高于约1.7特斯拉。如本文所用,固有饱和磁通密度指当施加的外部磁场进一步增加而材料的磁通密度(总磁通量除以其流经的横截面积)不再增加时,在该点(例如,磁化趋于平稳的点)处的材料的磁通密度。取决于多个软铁磁颗粒20在双相软磁颗粒组合10中的分散情况,此类实施方式可以增加最终部件的一个以上区域中的总体磁通量。
每个单个的软铁磁颗粒25还可以包含围绕软铁磁芯26的软磁电绝缘涂层27。软磁电绝缘涂层27可以包含任何不导电的软磁材料或可以至少部分地使软铁磁芯26电绝缘的材料。例如,在一些实施方式中,软磁电绝缘涂层27可以包含电阻比软铁磁芯26的电阻大至少50%、75%或100%的材料。在一些实施方式中,软磁电绝缘涂层27可以包含例如铁素体基材料(例如镍锌铁素体)。围绕软铁磁芯26的软磁电绝缘涂层27可以例如限制包含多个软铁磁颗粒20(例如本文公开的那些)的部件中的涡流损耗。
多个软铁磁颗粒20可以具有多种总体形状、尺寸和组合。例如,在一些实施方式中,多个软铁磁颗粒20总体上可以具有平均粒径,其中,粒径指穿过单个颗粒的最大尺寸,平均粒径指多个颗粒的平均值,所述多个颗粒的平均值为0.001mm至0.5mm、或0.01mm至0.4mm、或0.1mm至0.3mm。多个软铁磁颗粒20可以具有基本相似的粒径或可以具有各种不同的粒径(例如通过各种粒径的多峰分布)。
多个软铁磁颗粒20的软磁电绝缘涂层27可以具有各种不同的厚度。例如,在一些实施方式中,多个软铁磁颗粒20的软磁电绝缘涂层27的平均厚度可以为0.001mm至0.01mm、或0.005mm至0.009mm。在一些实施方式中,软磁电绝缘涂层27可以具有围绕单个软铁磁颗粒25的整个表面的基本上均匀的厚度。在一些实施方式中,围绕单个软铁磁颗粒25的软磁电绝缘涂层27的厚度可以是不均匀的,例如软磁电绝缘涂层27的厚度在整个单个软铁磁颗粒25的不同位置处变化。此类厚度的均匀性或厚度的变化可以是预期的设计选择或仅仅是特定制造工艺的可接受的的副产物。
在一些实施方式中,每个单个的软铁磁颗粒25可以基本上是球形的。在一些实施方式中,每个单个的软铁磁颗粒25可以是非球形的(例如具有不对称的几何形状)。在一些实施方式中,多个软铁磁颗粒20可以具有多种不同的形状(例如球形和不对称颗粒的组合)。此外,多个软铁磁颗粒20可以都具有基本上相同的形状,或者可以具有多种不同的形状。
多个软铁磁颗粒20可以是均一的、不同的或它们的组合。此外,在一些实施方式中,例如,当以粉末集合或其他形式提供时,多个软铁磁颗粒20可以与一种以上不同的添加剂组合。在此类实施方式中,可选的一种以上附加添加剂可以包括可用于粉末冶金的任何材料,例如一种以上固结剂(例如,烧结剂)。
多个软铁磁颗粒20可以包含彼此基本上均一的多个软铁磁颗粒20,或者可以包含单个软铁磁颗粒25之间的一个以上测量结果和/或特性中具有一个以上变化的多个软铁磁颗粒20。例如,在一些实施方式中,多个软铁磁颗粒20可以都具有基本上相同的组成(即,对于每个单个的软铁磁颗粒25,软铁磁芯26和软磁电绝缘涂层27中具有相似组成)。在一些实施方式中,多个软铁磁颗粒20可以包含一些具有第一尺寸、第一形状和第一组成的软铁磁芯26的单个软铁磁颗粒25,以及一些具有第二尺寸、第二形状和第二组成的软铁磁芯26的单个软铁磁颗粒25;其中,尺寸、形状和组成参数中的至少一种在软铁磁芯26之间是不同的。同样地,多个软铁磁颗粒20可以包含一些具有第一尺寸、第一形状和第一组成的软磁电绝缘涂层27的单个软铁磁颗粒25,以及一些具有第二尺寸、第二形状和第二组成的软磁电绝缘涂层27的单个软铁磁颗粒25;其中,尺寸、形状和组成参数中的至少一种在软磁电绝缘涂层27之间是不同的。因此,应当理解,在本文公开的实施方式的范围内,多个软铁磁颗粒20可以具有相同或不同的组成和/或特性。
现在参考图1和图3,双相软磁颗粒组合10还包含多个顺磁颗粒30。多个顺磁颗粒30中的每个单个的顺磁颗粒35一般可以具有顺磁电绝缘芯36,顺磁电绝缘芯36包含任何非磁性材料。例如,在一些实施方式中,多个顺磁颗粒30可以包括奥氏体钢、镍基合金、铁氧化物或它们的组合。
例如,在一些实施方式中,如图1所示,每个单个的顺磁颗粒35可以具有顺磁电绝缘芯36,顺磁电绝缘芯36包含同时具有顺磁特性和电绝缘特性的材料。例如,此类实施方式可以利用铁氧化物。此外,此类实施方式可以消除或减轻对补充涂层的需要,以实现单个顺磁颗粒35的净绝缘特性。
在一些实施方式中,例如图3的部分中所示,每个单个的顺磁颗粒35可以包含导电颗粒38和非磁性电绝缘涂层39。在此类实施方式中,导电颗粒38可以包含还可以至少部分导电的任何顺磁材料。因此,单个的顺磁颗粒35还可以包含非磁性电绝缘涂层39以使下面的导电颗粒38电绝缘。
甚至在一些实施方式中,多个顺磁颗粒30可以包含一些具有顺磁电绝缘芯36(例如,没有进一步的涂层)的单个顺磁颗粒35,以及一些包含导电颗粒38和非磁性电绝缘涂层39的单个顺磁颗粒35。例如,多个顺磁颗粒30中的一个以上可以具有顺磁电绝缘芯36,多个顺磁颗粒30中的一个以上可以包含导电颗粒38和非磁性电绝缘涂层39。
多个顺磁颗粒30可以具有各种总体形状、尺寸和组合。例如,在一些实施方式中,多个顺磁颗粒30总体上可以具有平均粒径,其中,粒径指穿过单个颗粒的最大尺寸,平均粒径指多个颗粒的平均值,所述多个颗粒的平均值为0.001mm至0.5mm、或0.01mm至0.4mm、或0.1mm至0.3mm。多个顺磁颗粒30可以具有基本相似的粒径或可以具有各种不同的粒径(例如通过各种粒径的多峰分布)。此外,多个顺磁颗粒30可以具有多种形状,例如但不限于球形、片状、不对称形状或它们的组合。
在单个顺磁颗粒35包含非磁性电绝缘涂层39的实施方式中,非磁性电绝缘涂层39可以具有多种不同的厚度。例如,在一些实施方式中,单个顺磁颗粒35的非磁性电绝缘涂层39的平均厚度可以为0.001mm至0.01mm、或0.005mm至0.009mm。在一些实施方式中,非磁性电绝缘涂层39可以具有围绕单个顺磁颗粒35的整个表面的基本上均匀的厚度。在一些实施方式中,非磁性电绝缘涂层39可以具有围绕单个顺磁颗粒35的不均匀的厚度,例如非磁性电绝缘涂层39的厚度在整个单个顺磁颗粒35的不同位置处变化。
在一些实施方式中,例如,当以粉末集合或其他形式提供时,多个顺磁颗粒30可以与一种以上不同添加剂一起提供。在此类实施方式中,可选的一种以上附加添加剂可以包括可用于粉末冶金的任何材料,例如一种以上固结剂(例如,烧结剂)。
多个顺磁颗粒30可以都包含基本相同的组成(例如,基本相似或一致的导电颗粒38和非磁性电绝缘涂层39的组合)或各种不同的组成。在一些实施方式中,多个顺磁颗粒30可以包含具有第一尺寸、第一形状和第一组成的单个顺磁颗粒35的部分,以及具有第二尺寸、第二形状和第二组成的单个顺磁颗粒35的部分;其中,尺寸、形状和组成参数中的至少一种在一些单个顺磁颗粒35之间是不同的。因此,应当理解,在本文公开的实施方式的范围内,多个顺磁颗粒30可以具有所有相同或不同的组成和/或特性。
现在参考图1至图4,多个软铁磁颗粒20可以与多个顺磁颗粒30组合以形成例如双相软磁颗粒组合10(例如,图1A和1B)和/或部件结构50(图4)。如本文所用,组合、结合以及它们的变体指多个颗粒的任何集合定位,例如通过将它们组合成粉末组合、将它们组合成部件形状,或以其他方式直接或间接地混合多个颗粒。例如,可以将多个软铁磁颗粒20直接与多个顺磁颗粒30组合,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30二者或其中之一可以在与其他的多个软铁磁颗粒20或多个顺磁颗粒30或它们的组合进行组合之前,最初与一种以上添加剂或其他材料进行组合。
如在本文中将理解的,可以进一步对组合的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30进行热处理以促进固结,例如通过在多个软铁磁颗粒20中的至少一些与多个顺磁颗粒30中的至少一些之间的烧结、熔融、粘合或其他结合。固结(例如,烧结、熔融、粘合或其他结合)可以通过各种潜在技术在有或没有模具的情况下进行。例如,最初可以形成未烧结或部分粘合的部件结构50,所述部件结构50包含多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30。可以进一步对部件结构50进行热处理以促进多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的烧结等,以便最终产生双相软磁部件100。如在本文中将理解的,热处理可以与组合过程依次进行,热处理可以与组合过程同时进行,或上述的组合。
可以通过多种合适的机制将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合以形成部件结构50。例如,在一些情况下,可以将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30组合到一个以上模具(例如部件结构50的模具)中。在此类示例中,可以在装载到限定部件结构50的一个以上模具中之前、期间和/或之后,将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30组合在一起。随后,例如可以对模具中组合的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30进行压制和/或加热以形成图5所示的双相软磁部件100。因此,此类实施方式可以使用任何粉末冶金方法来促进装载、压制和/或加热步骤,例如但不限于热压实、热压、烧结、热等静压、放电等离子烧结、钎焊、粉末挤压、粉末锻造、粉末轧制和热喷涂。
可替代地或附加地,可以通过一种以上增材制造方法将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30组合。增材制造技术通常可以被描述为以逐层方式制造部件的制造技术,例如通过通常在垂直方向上逐点、逐层构建物体的方式来制造物体。示例性的增材制造方法可以利用包括粉末床熔融(PBF)技术的增材制造技术,例如,直接金属激光熔化(DMLM)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、直接金属激光烧结(DMLS)技术或选择性激光烧结(SLS)技术。在示例性的PBF技术中,依次将薄层粉末材料施加至构件平面,然后以逐层方式选择性地彼此熔化或熔融,以形成一个以上三维物体。使用这些方法中的一种以上的增材制造物体通常可以在本质上是单片的,可能具有多种整体的子部件。
附加地或可替代地,合适的增材制造技术包括例如粘结剂喷射技术、冷喷涂技术、熔融沉积成型(FDM)技术、直接能量沉积(DED)技术、激光工程净成形(LENS)技术、激光网形制造(LNSM)技术、直接金属沉积(DMD)技术、数字光处理(DLP)技术、Vat聚合(VP)技术、立体光刻(SLA)技术、粘结剂喷射(BJ)技术和/或其他利用一种以上能量束或能量源的增材制造技术。
其他的制造方法被预期并在本公开的范围内。例如,尽管本文的讨论涉及增加材料以形成连续的层,但本公开的主题可以用任何增材制造技术或其他制造技术来实践,包括层增材工艺、层减材工艺或混合工艺。
部分地取决于增材制造方法,可以通过多种组合将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30相对于彼此放置。如上所述,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可以在不同的区域中彼此相邻、以不同的浓度部分混合、或在它们之间有任何事物。因此,增材制造方法可以例如分别放置多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30(例如通过不同的送粉器),以实现多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30在双相软磁颗粒组合10中的期望水平的定位和/或混合。
可以通过将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30组合,以及随后和/或同时进行热处理,产生双相软磁部件100。双相软磁部件100由此可以包含具有微结构的部件,所述微结构具有一个以上磁性区域110和一个以上非磁性区域120。例如,可以通过多个软铁磁颗粒20形成一个以上磁性区域110。此外,双相软磁部件100可以包含一个以上绝缘区域130(例如通过软磁电绝缘涂层27和/或非磁性电绝缘涂层39)。一个以上绝缘区域130由此可以组合以在双相软磁部件100内形成绝缘网络。绝缘网络可以延伸贯穿整个双相软磁部件100,包括在磁性区域和非磁性区域之间。因此,即使考虑到各种磁性和非磁性特性,绝缘网络也可以为整个双相软磁部件100提供电绝缘特性。由于多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的初始放置,各种区域和特性可以在整个双相软磁部件100中相对分布。因此,本文公开的双相软磁部件100可以是单片的,并且可以具有更高的饱和磁通密度和/或更低的涡流损耗。
此外,本文公开的双相软磁部件100可以具有来自部件的各向同性结构的三维磁通量流动方向。例如,部分地基于多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的混合水平,三维磁通量的方向和值可以在双相软磁部件100的不同区域中变化。因此,可以通过在各自区域中保持各自的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30,来定制双相软磁部件100以在其形状和表面上获得期望的各自的磁通量特性。例如,双相软磁部件100的第一部分可以包含多个软铁磁颗粒20,而双相软磁部件100的第二部分可以包含多个顺磁颗粒30。因此,双相软磁部件100的第一部分将相对于双相软磁部件100的第二部分具有不同的磁通量流动方向和值。取决于双相软磁部件100的设计,不同区域的多种排列可以策略性地定位于双相软磁部件100。这些区域可以在各自的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的浓度上全部或部分地变化,以产生高度可定制的双相软磁部件100,其具有高度可定制的三维磁通量流动的方向和值的变化。总之,由于不同区域相对于彼此的相对低或相对高的磁导率,局部化的磁性区域和非磁性区域可以减少磁通量损失。例如,磁性区域可以限制磁通量的路径,而非磁性区域可以允许磁通量的路径。
双相软磁部件可以包括多种不同潜在部件中的一种以上。例如,双相软磁部件100可以包括轴向和/或横向磁通电机的一种以上部件,例如用于电动机和发电机(包括例如涡轮机)。此类电动机和发电机可用于例如机动车、航空、机器人和/或电器应用。
现在另外参考图6,图6显示了用于制造双相软磁部件100的方法200。
在一些实施方式中,方法200可以可选地包括在步骤202中生产多个软铁磁颗粒20和/或在步骤204中生产多个顺磁颗粒30。此类生产可以根据多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的特定类型通过任何合适的方式实现。例如,在步骤202中生产多个软铁磁颗粒20可以包括用软磁电绝缘涂层27涂覆多个软铁磁芯26。类似地,在步骤204中生产多个顺磁颗粒30可以包括用非磁性电绝缘涂层39涂覆多个导电颗粒38。
在一些实施方式中,方法200可以不包括在步骤202中生产多个软铁磁颗粒20和/或在步骤204中生产多个顺磁颗粒30的明确步骤。例如,可以已经提供了多个软铁磁颗粒20和/或多个顺磁颗粒30。
因此,方法200还可以包括(或最初包括)在步骤210中将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30组合以形成部件结构50。
如上所述,可以通过任何合适的机制实现将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合,例如模具、增材制造和/或其他粉末冶金制造技术。多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可以在单个步骤中组合或通过多次重复而组合。例如,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可以在步骤210中组合为放置在模具中的预组合的双相软磁颗粒组合10,从而在单个步骤中填充模具。或者,多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30可以在多次重复中组合,例如通过设置多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的各自的区域、浓度,或它们的混合物。
可替代地或附加地,可以在步骤210中通过设置多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的各自的多个区域的增材制造,将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合,以逐步方式构建部件结构50。这些区域各自的多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30的浓度可以全部或部分地变化,以产生高度可定制的双相软磁部件100,其具有高度可定制的三维磁通量流动方向和值的变化。
方法200还可以包括在步骤220中对部件结构50进行热处理。如上所述,步骤220中的热处理可以包括促进双相软磁部件100的固结和形成的任何加热,例如通过对多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30(它们已被或正被组合)进行烧结、熔融或其他结合方式以形成部件结构50。此外,步骤220中的热处理可以进行各种不同的时间以及通过各种不同的技术进行。
在一些实施方式中,可以在步骤210中将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合之后,在步骤220中对部件结构50进行热处理。例如,如果通过将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30装载到模具中在步骤210中将多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30中组合以形成部件结构50,则随后可以在步骤220中对部件结构50进行热处理以生产双相软磁部件100。
可替代地或附加地,在步骤220中对部件结构50进行热处理可以与组合多个软铁磁颗粒20和多个顺磁颗粒30部分或完全地同时发生。例如,如果使用了一种以上增材制造技术,可以同时进行将多个软铁磁颗粒20与多个顺磁颗粒30组合以形成部件结构50以及进行热处理以形成双相软磁部件100。
虽然方法200被显示为至少包括步骤210和步骤220,但是应当理解,方法200还可以包括本公开的范围内的一个以上附加制造步骤。例如,方法200还可包括对多个软铁磁颗粒20、多个顺磁颗粒30、部件结构50和/或双相软磁部件100进行的一个以上加工、处理或精加工步骤。
本书面描述使用示例来披露本公开(包括最佳模式),并且还使任何本领域技术人员能够实践本公开,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包括的方法。本公开的专利范围由权利要求限定,可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包含与权利要求的文字语言没有区别的结构元素,或者如果它们包含与权利要求的文字语言没有实质性区别的等同结构元素,则这些其他示例旨在包括在权利要求的范围内。
进一步的方面由以下条款的主题提供:
一种用于制造双相软磁部件的方法,所述方法包括:将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合,形成部件结构,所述多个软铁磁颗粒各自具有电绝缘涂层;以及对所述部件结构进行热处理,使所述多个软铁磁颗粒与所述多个顺磁颗粒固结。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个顺磁颗粒包含多个导电颗粒,所述多个导电颗粒各自具有非磁性电绝缘涂层。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒的固有饱和磁通密度为约0.4特斯拉以上。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒的固有饱和磁通密度为约1.7特斯拉以上。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒和所述多个顺磁颗粒被设置在各自的区域内。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述双相软磁部件具有一个以上磁性区域和一个以上非磁性区域。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述双相软磁部件具有延伸贯穿所述一个以上磁性区域和所述一个以上非磁性区域的绝缘网络。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个顺磁颗粒包括奥氏体钢、镍基合金或它们的组合。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合包括将多个软铁磁颗粒和多个顺磁颗粒装载到模具中。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合包括使用多个软铁磁颗粒和多个顺磁颗粒增材制造所述部件结构。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒的平均粒径为0.001mm至0.5mm。
如本文中任一项条款所述的方法,其中,所述多个顺磁颗粒中的一个以上具有顺磁电绝缘芯。
一种双相软磁颗粒组合,其中,所述双相软磁颗粒组合包含:多个软铁磁颗粒,所述多个软铁磁颗粒各自具有软磁电绝缘涂层;以及多个顺磁颗粒。
如本文中任一项条款所述的双相软磁颗粒组合,其中,所述多个顺磁颗粒包含多个导电颗粒,所述多个导电颗粒各自具有非磁性电绝缘涂层。
如本文中任一项条款所述的双相软磁颗粒组合,其中,所述多个软铁磁颗粒各自的固有饱和磁通密度为约0.4特斯拉以上。
如本文中任一项条款所述的双相软磁颗粒组合,其中,所述多个软铁磁颗粒各自的固有饱和磁通密度为约1.7特斯拉以上。
如本文中任一项条款所述的双相软磁颗粒组合,其中,所述多个软铁磁颗粒和所述多个顺磁颗粒被设置在各自的区域内。
如本文中任一项条款所述的双相软磁颗粒组合,其中,所述多个顺磁颗粒包括奥氏体钢、镍基合金或它们的组合。
一种双相软磁部件,其中,所述双相软磁部件包含:多个软铁磁颗粒和多个顺磁颗粒,所述多个软铁磁颗粒与所述多个顺磁颗粒固结,所述多个软铁磁颗粒各自具有电绝缘涂层;所述双相软磁部件具有一个以上磁性区域和一个以上非磁性区域,以及所述双相软磁部件具有三维磁通量流动方向。
如本文中任一项条款所述的双相软磁部件,其中,所述双相软磁部件还具有延伸贯穿所述一个以上磁性区域和所述一个以上非磁性区域的绝缘网络。

Claims (10)

1.一种用于制造双相软磁部件的方法,所述方法包括:
将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合,形成部件结构,所述多个软铁磁颗粒各自具有电绝缘涂层;以及
对所述部件结构进行热处理,使所述多个软铁磁颗粒与所述多个顺磁颗粒固结。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个顺磁颗粒包含多个导电颗粒,所述多个导电颗粒各自具有非磁性电绝缘涂层。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒的固有饱和磁通密度为约0.4特斯拉以上。
4.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒的固有饱和磁通密度为约1.7特斯拉以上。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个软铁磁颗粒和所述多个顺磁颗粒被设置在各自的区域内。
6.如权利要求5所述的方法,其中,所述双相软磁部件具有一个以上磁性区域和一个以上非磁性区域。
7.如权利要求6所述的方法,其中,所述双相软磁部件具有延伸贯穿所述一个以上磁性区域和所述一个以上非磁性区域的绝缘网络。
8.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个顺磁颗粒包括奥氏体钢、镍基合金或它们的组合。
9.如权利要求1所述的方法,其中,将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合包括将多个软铁磁颗粒和多个顺磁颗粒装载到模具中。
10.如权利要求1所述的方法,其中,将多个软铁磁颗粒与多个顺磁颗粒组合包括使用多个软铁磁颗粒和多个顺磁颗粒增材制造所述部件结构。
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