KR20010085994A - 벌크 비정질 금속 자기 구성물 - Google Patents

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Abstract

벌크 비정질 금속 자기 구성물은, 다면체의 형태를 갖는 일반적으로 3-차원 부분을 형성하도록, 함께 라미네이트된 복수층의 비정질 금속 스트립들을 갖는다. 상기 벌크 비정질 금속 자기 구성물은 아치형의 표면을 포함하고, 바람직하게는 서로 마주보며 배치된 두개의 아치형 표면을 포함할 수 있다. 상기 자기 구성물은 약 60Hz~20,000Hz의 주파수 범위에서 작동가능하고, 약 60Hz의 주파수와 약 1.4Tesla(T)의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 1W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실과, 약 20,000Hz의 주파수와 약 0.30T의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 70W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실을 나타낸다. 본 발명의 벌크 비정질 금속 자기 구성물에 대한 성능 특성은, 같은 주파수 범위에 걸쳐 작동된 실리콘 강 성분들과 비교시 상당히 우수하다.

Description

벌크 비정질 금속 자기 구성물{BULK AMORPHOUS METAL MAGNETIC COMPONENTS}
무방향성 전기 강들과 비교시 비정질 금속들이 우수한 자기적 성능을 제공한다 하더라도, 특정 물리적 성질들과 그에 따른 제조한계들로 인해, 자기공명 영상시스템(MRI)용 자극면 자석들(poleface magnets) 타일과 같은 벌크 자기 구성물들에 사용하기에는 부적절한 것으로 생각되어 왔다. 예를 들어, 비정질 금속들은 무방향성 강보다 얇고 단단하여 결과적으로 제조 공구들과 다이들을 빨리 마모시킨다. 상기 공구 및 제조비용에 있어서 그러한 증가는, 상업적으로 비실용적인 그러한 기술들을 이용해 벌크 비정질 금속 자기 구성물들을 제조하게 한다. 또한, 비정질 금속들은 얇아서(thinness) 어셈블된 구성물들(components)에서 라미네이션의 수를 증가시키고, 또한 비정질 금속 자기 구성물의 총 비용을 증가시킨다.
비정질 금속은 전형적으로 균일한 리본 폭을 갖는 얇은 연속적인 리본으로 공급된다. 그러나, 비정질 금속은 매우 단단한 물질로 쉽게 자르거나 형태를 만들기 어렵고, 그리고 최대 자기성질을 갖도록 아닐되면 매우 깨지기 쉽게 된다. 이것은, 벌크 비정질 금속 자기 구성물을 구성하는데 종래의 접근을 사용하는 것을 어렵게 하고 또한 많은 비용이 들게 한다. 또한, 상기 비정질의 취성은, MRI와 같은 응용에 있어서 벌크 자기 구성물의 내구성에 대한 우려를 낳는다.
벌크 비정질 금속 자기 구성물들과 관련된 또 다른 문제는, 그것이 물리적 스트레스를 받으면, 비정질 금속재료의 자기 투자율을 저감한다는 데 있다. 상기 저감된 투자율은, 비정질 금속 재료에 대한 스트레스의 강도에 의존하는 것으로 사려된다. 벌크 비정질 금속 자기 구성물에 스트레스를 가하면, 코아가 자기선속(magnetic flux)을 방향짓거나 집중시키는 곳에서 효율이 저감되어 자기손실을 높이고, 열발생을 증가시키며 파워를 저감시키는 결과를 낳는다. 이러한 비정질 금속의 자기왜곡 성질에 기인한 스트레스 민감성은, 전동기의 작동중 자기적 기계적 힘의 결과로서 생긴 스트레스, 벌크 비정질 금속 자기 구성물을 적절한 곳에 기계적인 클램핑하거나 그렇지 않으면 고정한 결과로서 생긴 기계적 스트레스, 또는 열적 팽창 및/또는 비정질 금속 재료의 자기포화에 기인한 팽창에 의해 생긴 내부 스트레스에 의해 유발될 수 있다.
본 발명은 비정질 금속 자기 구성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 자기공명 영상시스템, 텔레비젼과 비디오 시스템, 그리고 전자 및 이온 빔 시스템과 같은 다수의 전자 디바이스용 일반적으로 3-차원의 벌크 비정질 금속 자기 구성물에 관한 것이다.
본 발명은, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 대한 다음의 상세한 설명과 수반되는 도면을 참조할 때, 보다 잘 이해되고 또한 장점들도 명백해질 것이며, 여기서 몇몇 도면들에 걸쳐 같은 참조 숫자는 유사한 요소들을 의미한다.
도 1A는 본 발명에 따라 구성된 통상의 장방형 다면체 형태인 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 사시도이다.
도 1B는 본 발명에 따라 구성된 통상의 사다리꼴 다면체 형태인 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 사시도이다.
도 1C는 본 발명에 따라 구성되고 서로 마주보면서 배치된 아치형의 면들을 갖는 다면체 형태인 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따라 적층되고 잘려져 위치된 비정질 금속 스트립의 한 코일에 대한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따라, 통상의 사다리꼴-형태로 된 복수의 자기 구성물들을 제조하기 위한 컷 라인들을 나타내는 비정질 금속 스트립의 바에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따라, 통상의 장방형 코아를 형성하기 위해 맨드렐 주위에 권선되는 비정질 금속 스트립의 한 코일에 대한 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 형성된 일반적으로 프리즘-형태로 된 복수의 자기 구성물들을 제조하기 위한 컷 라인들을 나타내는 통상의 장방형 비정질 금속 코아에 대한 사시도이다.
본 발명은, 다면체 형태이고 복수층의 비정질 금속 스트립들로 구성되는, 벌크 비정질 금속 자기 구성물을 제공한다. 또한, 본 발명에 의하면, 벌크 비정질 금속 자기 구성물을 제조하는 방법도 제공된다. 상기 자기 구성물(magneticcomponent)은 약 60Hz에서 20,000Hz사이 범위의 주파수에서 작동가능하고, 같은 주파수 범위에 걸쳐 작동되는 실리콘-강 자기 구성물들과 비교시 향상된 수행 능력을 나타낸다. 보다 구체적으로, 본 발명에 의해 구성된 자기 구성물은, 약 60Hz의 주파수와 약 1.4Tesla(T)의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 1W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖을 것이고, 그리고 본 발명에 의해 구성된 자기 구성물은, 약 20,000Hz의 주파수와 약 0.30T의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 70W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖을 것이다.
본 발명의 첫번째 실시형태에서, 벌크 비정질 금속 자기 구성물은, 다면체로 모양지워진 부분을 형성하기 위해, 함께 라미네이트된 실질적으로 유사하게 모양지워진 복수의 비정질 금속 스트립들(strips)을 포함한다.
또한, 본 발명은, 벌크 비정질 금속 자기 구성물을 구성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 첫번째 실시형태에 따르면, 비정질 금속 스트립 재료는 미리 정해진 길이를 갖는 복수의 컷 스트립들(cut strips)을 형성하도록 잘린다. 상기 컷 스트립들은 적층된 비정질 금속 스트립 재료의 바(bar)를 형성하도록 적층되고 아닐된다. 상기 적층되고 아닐된 바에는 에폭시수지가 주입되고 경화된다. 그 다음, 상기 적층된 바는 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 다면체로 모양지워진 복수의 자기 구성물들을 제공하도록, 미리 정해진 길이로 잘린다. 상기 바람직한 비정질 금속 재료는, 본질적으로 다음 식 Fe80B11Si9로 정의된 조성을 갖는다.
본 발명 방법의 두번째 실시형태에 따르면, 비정질 금속 리본은, 일반적으로 레디어스된 코너들을 갖는 통상의 장방형 코아를 형성하도록 맨드렐 주위에 권선된다. 그 다음, 상기 통상의 장방형 코아는 아닐되고, 에폭시 수지가 주입되어 경화된다. 그 다음, 상기 장방형 코아의 단변들은, 상기 통상의 장방형 코아의 그 단변들과 유사한 크기 및 모양인 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 두개의 자기 구성물들을 형성하도록 잘린다. 상기 레디어스된 코너들은, 상기 통상의 장방형 코아의 장변들로부터 제거되고, 상기 통상의 장방형 코아의 장변들은 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 복수의 다면체로 모양지워진 자기 구성물들을 형성하도록 잘린다. 상기 바람직한 비정질 금속 재료는, 본질적으로 다음 식 Fe80B11Si9로 정의된 조성을 갖는다.
본 발명은 또한, 상기한 방법에 따라 구성된 벌크 비정질 금속 구성물에 관련된다.
본 발명에 따른 벌크 비정질 금속 자기 구성물들의 구성은, 본질적으로 고성능 MRI시스템, 텔레비전 및 비디오 시스템, 그리고 전자 및 이온 빔 시스템에 있어서 자극면 자석용 비정질 금속 타일에 적합하다. 본 발명에 의해 확인된 장점들은, 단순화된 제조, 저감된 제조시간, 벌크 비정질 금속 구성물들의 구성중 생기는 저감된 스트레스(예를 들어, 자기왜곡), 및 마무리된 비정질 금속 자기 구성물에 대한 최적화된 성능을 포함한다.
본 발명은 통상 다면체로 모양지워진 벌크 비정질 금속 구성물에 관한 것이다. 여기서 사용된 바와 같은 용어 다면체(polyhedron)는, 복수의 페이스(faces) 또는 외부 표면들을 갖는 3-차원 솔리드(solid)를 말한다. 이것은 제한하는 것은 아니지만, 장방형, 정사각형, 프리즘, 및 아치형 표면을 갖는 형태들을 포함한다.
도면들을 참조하면, 도 1A에는 3-차원의 통상 장방형 형태를 갖는 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)이 나타나 있다. 상기 자기 구성물(10)은, 서로 라미네이트되어 아닐되는 실질적으로 유사하게 모양지워진 복수층의 비정질 금속 스트립 재료(20)으로 구성된다. 도 1B에 묘사된 자기 구성물은 3-차원의 통상 사다리꼴 형태를 갖으며, 각각 실질적으로 같은 크기 및 형태이고, 서로 라미네이트되어 아닐되는 복수층의 비정질 금속 스트립 재료(20)으로 구성된다. 도 1C에 묘사된 자기 구성물은 두개의 서로 마주보며 배치된 아치형 면들(12)를 포함한다. 상기 구성물(10)은, 함께 라미네이트되어 아닐되는 실질적으로 유사하게 모양지워진 복수층의 비정질 금속 스트립 재료(20)으로 구성된다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따라 구성된 3-차원 자기 구성물(10)은, 약 60Hz의 주파수와 약 1.4Tesla(T)의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 1W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖을 것이고, 그리고 본 발명에 의해 구성된 자기 구성물(10)은, 약20,000Hz의 주파수와 약 0.30T의 자속밀도에서 작동될 때 비정질 금속 재료의 70W/kg과 거의 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖을 것이다.
본 발명의 상기 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)은 통상 3-차원 다면체이고, 일반적으로 장방형, 사다리꼴, 정사각형 또는 프리즘-형태로 될 수 있다. 또한, 도 1C에 묘사된 바와 같이, 상기 구성물(10)은 적어도 하나의 아치형 표면(12)을 갖을 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 두개의 아치형 표면들(12)은 제공되어 서로 마주보도록 배치된다.
또한, 본 발명은 벌크 비정질 금속 구성물의 구성방법을 제공한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 비정질 금속 스트립 재료의 롤(30)은, 컷팅 블레이드(40)을 이용해 같은 형태 및 크기를 갖는 복수의 스트립들(20)로 잘린다. 상기 스트립들(20)은, 적층된 비정질 금속 스트립 재료의 바(50)를 형성하도록 적층된다. 상기 바(50)은 아닐되고, 에폭시 수지가 주입되어 경화된다. 상기 바(50)은 일반적으로 장방형, 사다리꼴, 정사각형 또는 다른 다면체 형태를 갖는 통상 3-차원 부분들을 여러개 제조하도록 도 3에 묘사된 라인(52)를 따라 잘릴 수 있다. 또한, 상기 구성물(10)은 도 1C에 나타난 바와 같이, 적어도 하나의 아치형 면(12)를 포함할 수 있다.
본 발명 방법의 두번째 실시형태에 있어서, 도 4 및 5에 나타난 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)은, 통상 장방형의 권선된 코어(70)을 형성하도록, 일반적으로 장방형인 맨드렐(60) 주위에 단독의 비정질 금속 스트립(22) 또는 한 그룹의 비정질 금속 스트립들(22)을 권선함에 의해 형성된다. 상기 코아(70)에 있어서 단변들(74)의 높이는, 바람직하게는 마무리된 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)의 요구된 길이와 거의 같다. 상기 코어(70)은 아닐되고, 에폭시수지가 주입되어 경화된다. 두개의 구성물들(10)은, 장변들(78)상에서 레디어스된 코너들(76)을 남겨두고 단변들(74)을 잘라서 형성될 수 있다. 추가의 자기 구성물들(10)은, 장변들(78)에서 레디어스된 코너들(76)을 제거하고 데시라인(72)으로 표시된 복수의 위치에서 장변들(78)을 자르는 것에 의해 형성될 수 있다. 도 5에 묘사된 실시예에서, 벌크 비정질 금속 구성물(10)은, 다른 형태들, 예를 들어 사다리꼴과 정사각형이 본 발명에 의해 고려된다 하더라도, 일반적으로 장방형의 모양을 갖는다.
본 발명에 따른 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 구성은 고성능 MRI시스템, 텔레비젼과 비디오 시스템, 그리고 전자 및 이온 빔 시스템에 사용된 자극면 자석용 타일에 특히 적합하다. 자기 구성물 제조는 단순화되고 제조시간은 저감된다. 또한, 벌크 비정질 금속 구성물들의 구성중 부딪히는 스트레스들은 최소화된다. 상기 마무리된 구성물들의 자기 성능은 최적화된다.
본 발명의 상기 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)은 다수의 비정질 금속 합금들을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로 말해지는 바와 같이, 본 발명의 구성물(10) 제조용으로 적절한 합금들은 다음 식, M70-85Y5-20Z0-20(여기서 아래첨자는 원자 퍼센트이고, "M"은 Fe, Ni, 및 Co 중 적어도 하나이고, "Y"는 B, C, 및 P 중 적어도 하나이고, 그리고 "Z"는 Si, Al 및 Ge 중 적어도 하나임)으로 정의되며, 이 때, (i) 성분 "M"의 10 원자 퍼센트까지 금속 종(metallic species) Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중 적어도 하나로 치환될 수 있다는 것, 그리고 (ii) 성분들 (Y+Z)의 10원자 퍼센트까지 비금속 종(non-metallic species) In, Sn, Sb 및 Pb 중 적어도 하나로 치환될 수 있다는 것을 가정한다. 저비용에서 가장 높은 인덕션 값들은, 상기 "M"이 철, "Y"가 보론, 그리고 "Z"가 실리콘인 합금에 있어서 얻어진다. 이러한 이유로, 본질적으로 식 Fe80B11Si9로 정의된 철-보론-실리콘 합금들로 구성된 비정질 금속 스트립이 바람직하다. 이러한 스트립은, 상표명이 METGLAS?alloy 2605SA-1으로 AlliedSignal Inc.에 의해 판매된다.
본 발명의 상기 벌크 비정질 금속 자기 구성물(10)은, 적층된 비정질 금속 스트립의 바들(50)이나 권선된 비정질 금속 스트립의 코아들(70)으로부터 다수의 컷팅 기술을 이용해 잘려질 수 있다. 상기 구성물(10)은 블레이드나 휠을 이용하여 바(50) 혹은 코아(70)으로부터 잘릴 수 있다. 혹은, 상기 구성물(10)은 일렉트로-방출기에 의해 잘리거나 혹은 워터 제트를 이용해 잘릴 수 있다.
벌크 비정질 자기 구성물들은, 다른 철계 자기 금속들로 제조된 구성물들에 비해 보다 효율적으로 자기화 및 탈자기화할 수 있다. 극 자석(pole magnet)으로 이용시, 상기 벌크 비정질 금속 구성물은, 두개의 구성물들이 같은 인덕션 및 주파수에서 자기화될 때, 다른 철계 자기 금속으로부터 제조된 비교할만한 구성물에 비해 열을 덜 유발할 것이다. 따라서, 벌크 비정질 금속 구성물은, 다른 철계 자기 금속들로부터 제조된 자기 구성물들과 비교시, 1) 보다 낮은 작동온도; 2) 저감된 크기 및 중량을 달성하기 위해 보다 높은 인덕션; 혹은 3) 저감된 크기 및 중량을 얻거나 우수한 움직임 제어를 이루기 위해 보다 높은 주파수에서 작동하도록 고안될 수 있다.
다음 실시예는, 본 발명에 대한 보다 완전한 이해를 제공하도록 나타나진다. 구체적인 기술, 조건, 재료, 비율 및 본 발명의 원리와 실험을 기술하도록 설명된 보고 데이타는 예시이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 되는 것은 아니다.
실시예 1
비정질 금속 장방형 프리즘의 제조 및 일렉트로-자기 시험
약 60mm폭 0.022mm두께의 Fe80B11Si9비정질 금속 리본을 약 25mm×90mm의 치수를 갖는 장방형 맨드렐이나 보빈주위에 감았다. 내부치수가 약 25mm×90mm이고 빌드 두께가 약 20mm인 장방형 코아 형태를 만들기 위해,` 맨드렐이나 보빈주위에 비정질 금속 리본을 약 800회 감았다. 상기 코아/보빈 어셈블리를 질소분위기에서 아닐하였다. 상기 아닐은, 1) 상기 어셈블리를 365℃까지 가열하고; 2) 약 365℃온도에서 약 2시간 동안 그 온도를 유지하고; 그리고, 3) 주변 온도로 상기 어셈블리를 냉각하는 것으로 이루어진다. 상기 장방형이고, 권선된 비정질 금속 코아를 상기 코아/보빈 어셈블리로부터 분리해 내었다. 상기 코아에 에폭시수지 용액을 진공 주입하였다. 보빈을 다시 배치하여 만들어져 주입된 코아/보빈 어셈블리를 120℃에서 약 4.5시간 동안 경화하였다. 완전히 경화되면, 상기 코아를 다시 상기 코아보빈 어셈블리에서 떼어낸다. 그 결과 장방형이고 권선되고, 에폭시가 본드된 비정질 금속 코아의 무게는 약 2100g이었다.
상기 에폭시가 본드된 비정질 금속 코아로부터 1.5mm두께의 컷팅 블레이드로 장방형 프리즘 60mm길이×40mm폭×20mm두께(약 800층)를 절단하였다. 상기 장방형 프리즘의 잘린 면들과 상기 코아의 나머지 부분을 질산/수용액에서 에칭하고, 암모늄 하이드록사이드/수용액에서 세정하였다.
상기 코아의 나머지 부분은 질산/수용액에서 에칭하고 암모늄 하이드록사이드/수용액에서 세정하였다. 그 다음, 상기 장방형 프리즘 및 상기 코아의 나머지 부분을 완전한 컷 코아 폼(cut core form)으로 재조립하였다. 1차 및 2차 전기적인 권선을 상기 코아의 나머지 부분에 고정하였다. 상기 컷 코아 폼을 60Hz, 1,000Hz, 5,000Hz 및 20,000Hz에서 전기적으로 테스트하고 유사한 테스트 형태(National Arnold Mgnetics, 17030Muskrat Avenue, Adelanto, CA92301(1995))에서 다른 강자성체에 대한 목록 값들과 비교하였다. 상기 결과들을 하기 표 1,2,3 및 4에 종합하였다.
철심손실 @ 60Hz(W/kg)
재료
자속밀도 비정질Fe80B11Si9(22㎛) 결정질Fe-3%Si(25㎛) 결정질Fe-3%Si(50㎛) 결정질Fe-3%Si(175㎛) 결정질Fe-3%Si(275㎛)
National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron
0.3T 0.10 0.2 0.1 0.1 0.06
0.7T 0.33 0.9 0.5 0.4 0.3
0.8T 1.2 0.7 0.6 0.4
1.0T 1.9 1.0 0.8 0.6
1.1T 0.59
1.2T 2.6 1.5 1.1 0.8
1.3T 0.75
1.4T 0.85 3.3 1.9 1.5 1.1
철심손실 @ 1,000Hz(W/kg)
재료
자속밀도 비정질Fe80B11Si9(22㎛) 결정질Fe-3%Si(25㎛) 결정질Fe-3%Si(50㎛) 결정질Fe-3%Si(175㎛) 결정질Fe-3%Si(275㎛)
National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron
0.3T 1.92 2.4 2.0 3.4 5.0
0.5T 4.27 6.6 5.5 8.8 12
0.7T 6.94 13 9.0 18 24
0.9T 9.92 20 17 28 41
1.0T 11.51 24 20 31 46
1.1T 13.46
1.2T 15.77 33 28
1.3T 17.53
1.4T 19.67 44 35
철심손실 @ 5,000Hz(W/kg)
재료
자속밀도 비정질Fe80B11Si9(22㎛) 결정질Fe-3%Si(25㎛) 결정질Fe-3%Si(50㎛) 결정질Fe-3%Si(175㎛)
National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron
0.04T 0.25 0.33 0.33 1.3
0.06T 0.52 0.83 0.80 2.5
0.08T 0.88 1.4 1.7 4.4
0.10T 1.35 2.2 2.1 6.6
0.20T 5 8.8 8.6 24
0.30T 10 18.7 18.7 48
철심손실 @ 20,000Hz(W/kg)
재료
자속밀도 비정질Fe80B11Si9(22㎛) 결정질Fe-3%Si(25㎛) 결정질Fe-3%Si(50㎛) 결정질Fe-3%Si(175㎛)
National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron National-Arnold MgneticsSilectron
0.04T 1.8 2.4 2.8 16
0.06T 3.7 5.5 7.0 33
0.08T 6.1 9.9 12 53
0.10T 9.2 15 20 88
0.20T 35 57 82
0.30T 70 130
실시예 2
비정질 금속 사다리꼴 프리즘의 제조
약 48mm폭 0.022mm두께의 Fe80B11Si9비정질 금속 리본을 약 300mm의 길이로 잘랐다. 약 48mm폭이고 300mm길이인 바를 형성하기 위해, 컷 비정질 금속 리본은약 96mm의 빌드두께로 약 3,800층 적층되었다. 상기 바를 질소분위기에서 아닐하였다. 상기 아닐은, 1) 상기 바를 365℃까지 가열하고; 2) 약 365℃온도에서 약 2시간 동안 그 온도를 유지하고; 그리고, 3) 주변 온도로 상기 바를 냉각하는 것으로 이루어진다. 상기 바에는 에폭시수지 용액을 진공 주입하고, 120℃에서 약 4.5시간 동안 경화하였다. 그 결과 적층되고, 에폭시가 본드된 비정질 금속 바의 무게는 약 9000g이었다.
상기 적층되고 에폭시가 본드된 비정질 금속 바를 1.5mm두께의 컷팅 블레이드로 절단하여 사다리꼴 프리즘으로 하였다. 상기 프리즘의 사다리꼴 형태의 면은 상하 면이 52mm와 62mm이고 높이가 48mm였다. 상기 사다리꼴 프리즘은 96mm(38,000층) 두께였다. 상기 사다리꼴 프리즘의 잘린 면과 상기 코아의 나머지 부분을 질산/수용액에서 에칭하고, 암모늄 하이드록사이드/수용액에서 세정하였다.
실시예 3
아치형 단면을 갖는 다면체, 벌크 비정질 금속 구성물들의 제조
약 50mm폭 0.022mm두께의 Fe80B11Si9비정질 금속 리본을 약 300mm의 길이로 잘랐다. 약 50mm폭이고 300mm길이인 바를 형성하기 위해, 약 96mm의 빌드두께로 상기 컷 비정질 금속 리본의 약 3,800층이 적층되었다. 상기 바를 질소분위기에서 아닐하였다. 상기 아닐은, 1) 상기 바를 365℃까지 가열하고; 2) 약 365℃온도에서약 2시간 동안 그 온도를 유지하고; 그리고, 3) 주변 온도로 상기 바를 냉각하는 것으로 이루어진다. 상기 바에는 에폭시수지 용액에 진공하에서 주입하고, 120℃에서 약 4.5시간 동안 경화하였다. 그 결과 적층되고, 에폭시가 접착된 비정질 금속 바의 무게는 약 9200g이었다.
3-차원 아치형태의 블럭을 형성하도록 일렉트로-방출기를 이용해 상기 적층되고 에폭시 본드된 비정질 금속 바를 절단하였다. 상기 블럭의 외직경은 약 96mm였다. 상기 블럭의 내직경은 약 13mm였다. 상기 아크 길이는 약 90°였다. 상기 블럭 두께는 약 96mm였다.
약 20mm폭 0.022mm두께의 Fe80B11Si9비정질 금속 리본을 외직경이 약 19mm인 원형 맨드렐이나 보빈 주위에 감았다. 내직경이 약 19mm이고 외직경이 약 48mm인 원형 코어 폼을 형성하도록 맨드렐이나 보빈 주위에 비정질 금속 리본을 약 1,200회 감았다. 상기 코아는 약 29mm의 빌드 두께를 갖았다. 상기 코아를 질소분위기에서 아닐하였다. 상기 아닐은, 1) 상기 바를 365℃까지 가열하고; 2) 약 365℃온도에서 약 2시간 동안 그 온도를 유지하고; 그리고, 3) 주변 온도로 상기 바를 냉각하는 것으로 이루어진다. 상기 코아에는 에폭시수지 용액을 진공 주입하고, 120℃에서 약 4.5시간 동안 경화하였다. 그 결과 적층되고, 에폭시가 본드된 비정질 금속 코아의 무게는 약 71g이었다.
상기 권선되고 에폭시 본드된 비정질 금속 코아는, 반-원형, 3차원 형상의물체를 형성하도록 워터 제트를 이용해 절단하였다. 상기 반-원형 물체는 내부 직경이 약 19mm, 외부직경이 약 48mm, 그리고 두께가 약 20mm이었다.
상기 다면체 벌크 비정질 금속 구성물들에 있어 잘린 면들을 질산/수용액에서 에칭하고 암모늄 하이드록사이드/수용액에서 세정하였다.
본 발명을 보다 상세히 기재하였지만, 그러한 상세한 설명은 엄격히 제한되는 것은 아니고 상기 기술분야에서 숙련된 자들에 의해 수정 및 변경될 수 있으며, 이하 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범주내에 모두 들어오는 것이 이해될 것이다.

Claims (31)

  1. 다면체로 모양지워진 부분을 형성하기 위해 함께 라미네이트된 실질적으로 유사하게 모양지워진 복수의 비정질 금속 스트립들을 포함하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 비정질 금속 스트립은,
    본질적으로 식 M70-85Y5-20Z0-20(여기서, 아래첨자는 원자 퍼센트이고, "M"은 Fe, Ni, 및 Co의 적어도 하나이고, "Y"는 B, C, 및 P의 적어도 하나이고, 그리고 "Z"는 Si, Al 및 Ge의 적어도 하나임;그리고, 단, (i) 성분 "M"의 10 원자 퍼센트까지 금속 종(metallic species) Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중 적어도 하나로 치환될 수 있고, (ii) 성분들 (Y+Z)의 10원자 퍼센트까지 비금속 종(non-metallic species) In, Sn, Sb 및 Pb 중 적어도 하나로 치환될 수 있음)으로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  3. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 스트립들은 본질적으로 식 Fe80B11Si9로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  4. 제 2항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 장방형 단면이 있는 3-차원 다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  5. 제 2항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 사다리꼴 단면이 있는 3-차원 다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  6. 제 2항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 정사각형 단면이 있는 3-차원 다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  7. 제 2항에 있어서, 상기 구성물은 아치형의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  8. 제 1항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  9. 제 1항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  10. 제 1항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖고, 그리고 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  11. (a) 복수의 컷 스트립들(cut strips)을 형성하기 위해 비정질 금속 스트립 재료를 미리 정해진 길이로 자르는 단계;
    (b) 적층된 비정질 금속 스트립 재료의 바를 형성하기 위해, 상기 컷 스트립들을 적층하는 단계;
    (c) 상기 적층된 바를 아닐링하는 단게;
    (d) 상기 적층된 바에 에폭시수지를 주입하고 상기 수지가 주입되고 적층된 바를 경화하는 단계; 및
    (e) 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 다면체로 모양지워진 복수의 자기 구성물들을 제공하기 위해, 상기 적층된 바를 정해진 길이로 자르는 단계;를 포함하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 구성방법
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단계(a)는, 컷팅 블레이드, 컷팅 휠, 워터제트 혹은 일렉트로-방출기를 이용하여 비정질 금속 스트립 재료를 자르는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 구성방법
  13. (a) 일반적으로(generally) 레디어스된 코너들을 갖는 통상의(generally) 장방형 코아를 형성하기 위해, 비정질 금속 리본을 맨드렐 주위에 권선하는 단계;
    (b) 상기 권선되고 장방형인 코아를 아닐링하는 단계;
    (c) 상기 권선되고 장방형인 코아에 에폭시수지를 주입하고, 상기 에폭시수지가 주입된 장방형 코아를 경화하는 단계;
    (d) 상기 통상의 장방형 코아의 그 단변들의 크기 및 형태와 거의 유사한 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 다면체로 모양지워진 두개의 자기 구성물을 형성하기 위해, 상기 통상의 장방형 코아의 단변들을 자르는 단계;
    (e) 상기 통상의 장방형 코아의 장변들로부터 일반적으로 레디어스된 코너들을 제거하는 단계; 및
    (f) 상기 미리 정해진 3-차원 기하학을 갖는 복수의 자기 구성물을 형성하기 위해, 상기 통상의 장방형 코아의 장변들을 자르는 단계;를 포함하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물의 구성방법
  14. 제 12항에 따라 구성된 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  15. 제 14항에 있어서, 상기 각각의 비정질 금속 스트립은,
    본질적으로 식 M70-85Y5-20Z0-20(여기서, 아래첨자는 원자 퍼센트이고, "M"은 Fe, Ni, 및 Co의 적어도 하나이고, "Y"는 B, C, 및 P의 적어도 하나이고, 그리고 "Z"는 Si, Al 및 Ge의 적어도 하나임;그리고, 단, (i) 성분 "M"의 10 원자 퍼센트까지 금속 종(metallic species) Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중 적어도 하나로 치환될 수 있고, (ii) 성분들 (Y+Z)의 10원자 퍼센트까지 비금속 종(non-metallic species) In, Sn, Sb 및 Pb 중 적어도 하나로 치환될 수 있음)으로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  16. 제 15항에 있어서, 상기 각각의 컷 스트립들은 본질적으로 식 Fe80B11Si9로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  17. 제 15항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 장방형 단면이 있는 3-차원다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  18. 제 15항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 사다리꼴 단면이 있는 3-차원 다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  19. 제 15항에 있어서, 상기 구성물은 적어도 하나의 정사각형 단면이 있는 3-차원 다면체 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  20. 제 15항에 있어서, 상기 구성물은 아치형의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  21. 제 14항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  22. 제 14항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  23. 제 14항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖고, 그리고 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  24. 제 13항에 따라 구성된 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  25. 제 24항에 있어서, 상기 각각의 비정질 금속 스트립은,
    본질적으로 식 M70-85Y5-20Z0-20(여기서, 아래첨자는 원자 퍼센트이고, "M"은 Fe, Ni, 및 Co의 적어도 하나이고, "Y"는 B, C, 및 P의 적어도 하나이고, 그리고 "Z"는 Si, Al 및 Ge의 적어도 하나임;그리고, 단, (i) 성분 "M"의 10 원자 퍼센트까지 금속 종(metallic species) Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중 적어도 하나로 치환될 수 있고, (ii) 성분들 (Y+Z)의 10원자 퍼센트까지 비금속 종(non-metallic species) In, Sn, Sb 및 Pb 중 적어도 하나로 치환될 수 있음)으로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  26. 제 25항에 있어서, 상기 벌크 비정질 금속 리본은 본질적으로 식 Fe80B11Si9로 정의된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  27. 제 25항에 있어서, 상기 미리 정해진 3-차원 기하학은 일반적으로 장방형인 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  28. 제 25항에 있어서, 상기 미리 정해진 3-차원 기하학은 일반적으로 정사각형인 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  29. 제 24항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  30. 제 24항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
  31. 제 24항에 있어서, 상기 자기 구성물은 약 60Hz의 주파수 및 약 1.4T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 1W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖고, 그리고 상기 자기 구성물은 약 20,000Hz의 주파수 및 약 0.3T의 자속밀도에서 작동될 때, 비정질 금속 재료의 70W/kg과 같거나 보다 낮은 철심-손실을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 비정질 금속 자기 구성물
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