磁性材料及其制造方法技术

用于控制磁性材料中的磁各向异性的设备和方法，包括将粉末状金属材料层引导至热传导基底。向粉末状材料施加足以熔化该粉末状材料的电磁能，粉末状材料随后冷却以在基底上产生固态层。在至少冷却步骤期间向材料施加外部磁场，从而使固态磁性材料层印记有磁各向异性。可以使用该技术来制造各种新的磁结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新的磁性材料和用于制造所述磁性材料的方法。
技术介绍
先前已经关于制造非晶体金属、晶体金属和纳米金属的三维体描述了对粉末状材料进行选择性的局部化激光熔化和电子束熔化的技术。当将金属材料从熔融相冷却至固相时，通常会获得多晶结构。微观结构有大量不同的晶粒构成，其中每个晶粒中的原子根据规则的图案排列。如果原子相反地是完全无序的并且不存在具有规则定位的原子的晶粒，则材料被认为是非晶态的。这可以例如通过下述方式来实现：使熔化物非常快速地冷却，使得没有时间生长任何晶粒。US 8052923描述了一种其中使三维体逐层积累的技术。向热传导基底施加金属粉末层，并使用辐射枪(诸如激光或电子束)熔化该层的限定区域。使该区域冷却，使得熔化的区域固化为非晶体金属。可以依次对该层的新的限定区域重复熔化过程和冷却过程，直到形成连续的非晶体金属层。然后可以施加新的粉末层，并重复熔化过程和冷却过程，从而使新层融合于下面的非晶体金属。利用连续层，可以形成非晶体金属的三维体。因为每次通过辐射枪来熔化粉末层的较小区域，所以可以使熔化的区域立即冷却。容易使小体积的熔化合金冷却，并且可以实现用于使熔化的体积固化为非晶体金属的临界冷却速度。US 8333922描述了US 8052923中所描述的技术的进一步开发。在US 8333922中，认识到可以根据规定的时间温度曲线冷却熔化区域，以便在非晶体金属的基体中形成晶体金属颗粒或纳米晶体金属颗粒的复合物。可以重复该方法，直到形成包含期望程度的复合金属的连续层。相应地，可以施加新的粉末层，并重复该方法，以用于构建具有所需的晶体结构或纳米晶体结构的三维体。US 8333922还公开了可以将这两种技术结合，其中借助于辐射枪将已形成的非晶体金属的限定区域再加热至在材料的玻璃转变温度(Tg)以上的温度，并调节辐射枪使得根据规定的时间温度曲线对限定区域进行热处理，以便在非晶体金属的基体中将非晶体金属转变成晶体金属颗粒或纳米晶体金属颗粒的复合物。可以通过TTT-图(时间温度转变)和CCT-图(连续冷却转变)建立适合的时间温度曲线。这些图包括结晶曲线，所谓的鼻状曲线，该结晶曲线示出了在过冷状态下在非晶体合金中开始结晶化的温度和时间。在本专利技术中，已经认识到可以利用和开发如在US 8052923和US 8333922中所描述的这些制造技术，以使所制作的金属材料具有特定的、局部化的性质，并产生新的金属材料。本专利技术的目的是提供一种具有某些特性(例如磁各向异性)的材料，这些特性局部化在材料的特定区域处。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术提供了一种包括多层的磁结构，该结构的选定层具有不同的化学组成和不同的磁各向异性(磁向异性)。该磁结构可以形成为晶体材料、纳米晶体材料或非晶体材料的单一结构，或者形成为单一结构中晶体材料区域、纳米晶体材料区域和非晶体材料区域的组合。该磁结构可以通过粉末熔化工艺形成。该结构内的至少一个层可以沿着平面内的方向呈现出磁各向异性的阶跃变化。磁各向异性的阶跃变化可以为矫顽力的阶跃变化或易轴方向的阶跃变化，或者矫顽力的阶跃变化和易轴方向的阶跃变化两者。该结构内的至少一个层可以沿着平面内的方向呈现出磁各向异性的周期性。磁结构可以沿着横向于层的平面的方向呈现出磁各向异性的周期性。该结构的至少一个层可以包括非晶体金属层。该结构的至少一个层可以包括纳米晶体金属层或晶体层。根据另一方面，本专利技术提供了一种控制磁性材料中的磁各向异性的方法，该方法包括下述步骤：i)将粉末状金属材料层引导至热传导基底；ii)向粉末状材料施加足以熔化该粉末状材料的电磁能；iii)随后使所熔化的材料冷却，以在基底上产生固态层；iv)在至少步骤iii)期间向材料施加外部磁场，从而使固态磁性材料层印记有磁各向异性。该方法还可以包括下述步骤：在步骤ii)期间仅向层的选定体积元素施加电磁能，从而在该层内产生所印记的磁各向异性的空间变化。可以对该层的连续不同的选定体积元素重复步骤ii)、iii)和iv)，从而在层内产生所印记的磁各向异性的空间变化。可以使用不同方向和/或大小的外部磁场重复步骤ii)、iii)和iv)。可以在至少步骤iii)期间改变所施加的外部磁场，从而控制该层内所印记的磁各向异性，以产生所印记的磁各向异性的空间变化。可以通过旋转磁场来改变所施加的外部磁场。可以重复步骤i)至iv)，以积累磁性材料的连续层，每层均印记有磁各向异性。该方法还可以包括改变用于上述连续层的粉末状金属材料的组成。这可以包括改变向上述连续层施加的外部磁场的方向和/或大小。步骤i)可以包括将粉末状金属材料层设置在基底上，并且可以当将粉末状金属材料布置在基底上时进行步骤ii)。可以通过从喷嘴分配粉末状金属材料、同时施加电磁能以熔化喷嘴中或邻近喷嘴的所述材料，基本上同时进行步骤i)和ii)。在步骤iv)期间或者对于步骤iv)的连续发生，外部磁场可以在空间和时间中的一个或多个方面变化。该方法可以为添加制造工艺，或者可以包含在添加制造工艺中。根据另一方面，本专利技术提供了一种用于生产具有受控的磁各向异性的磁性材料的设备，包括：粉末分配器，其被配置成将粉末状金属材料层引导到热传导基底上或引向热传导基底；辐射源，其被配置成向热传导基底上或邻近热传导基底的粉末状材料引导足以熔化该粉末状材料的电磁能；冷却机构，其用于使热传导基底上所熔化的材料冷却；磁场生成设备，其被配置成向热传导基底上所熔化的材料施加磁场，以使从经冷却的熔化材料产生的固态磁性材料层印记有磁各向异性。现在将通过示例的方式并参照附图来描述本专利技术的实施例，在附图中：图1为适合于生产下述本体的设备的示意性截面图，贯穿该本体具有在空间上变化的磁各向异性；图2为适合于向本体添加具有在空间上变化的磁各向异性的材料的设备的示意性截面图；图3为实验设备以及用该实验设备构建的磁结构的示意图，图3a示出了平面图，并且图3b示出了沿线A-A的截面；以及图4示出了用根据图3的布置所生产的样品磁结构的磁各向异性的测量值。在整个说明书中，措辞‘材料’旨在涵盖组合物、金属和金属合金。措辞‘磁性材料’可以涵盖金属、金属合金以及包括这样的金属和金属合金的组合物，例如包括硅、氧、氮或其他材料以用于控制电阻率或用于控制其他参数和性质的组合物。图1示出了适合于制造下述磁性材料的设备，其中材料的磁各向异性可以随着材料内的位置发生变化。该设备包括工作台1(例如载物台或平台)，该工作台可竖直地调节(即可在z方向上进行调节)并布置在结构支撑件中或结构支撑件上，该结构支撑件诸如为壳或框架2。可以通过任何适合的机构来实现工作台1的竖直调节(即z位移)；在所示的示例中，示出了在固定螺母9内旋转的螺纹轴8。粉末分配器3可沿x方向和y方向两者跨工作台1移动，以用于施加粉末层4。辐射源5(诸如激光器5a或电子束枪5b)具有相关联的控制装置6，以用于将激光束或电子束引导至粉末层4上的选定位置。可以使用其他提供电磁能的辐射源。可以使用多于一个的辐射源。在使用多于一个的辐射源的情况下，辐射源可以为相同类型或不同类型的，并且可以被配置成提供可以同时指向粉末层上的相同选定位置或不同选定位置的多个射束。工作台1可以包括具有高热导率的材料(如铜)的厚板。可以在工作台1中布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括多个层的磁结构，所述结构的选定层具有不同的化学组成和不同的磁各向异性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 GB 1322010.81.一种包括多个层的磁结构，所述结构的选定层具有不同的化学组成和不同的磁各向异性。2.根据权利要求1所述的磁结构，所述磁结构被形成为晶体材料、纳米晶体材料或非晶体材料的单一结构，或者所述单一结构中晶体材料区域、纳米晶体材料区域和非晶体材料区域的组合。3.根据权利要求1或权利要求2所述的磁结构，所述磁结构通过粉末熔化工艺形成。4.根据权利要求1所述的磁结构，其中，所述结构内的至少一个层沿着平面内的一方向呈现出磁各向异性的阶跃变化。5.根据权利要求4所述的磁结构，其中，所述磁各向异性的阶跃变化为矫顽力的阶跃变化或易轴方向的阶跃变化，或者两者。6.根据权利要求1所述的磁结构，其中，所述结构内的至少一个层沿着平面内的一方向呈现出所述磁各向异性的周期性。7.根据权利要求1所述的磁结构，所述磁结构沿着与所述层的平面成横向的方向呈现出所述磁各向异性的周期性。8.根据权利要求1所述的磁结构，其中，所述结构的至少一个层包括非晶体金属层。9.根据权利要求1所述的磁结构，其中，所述结构的至少一个层包括纳米晶体金属层或晶体层。10.一种控制磁性材料中的磁各向异性的方法，包括以下步骤：i)将粉末状金属材料层引导至热传导基底；ii)向粉末状材料施加足以熔化所述粉末状材料的电磁能；iii)随后将所熔化的材料冷却，以在所述基底上产生固态层；iv)在至少步骤iii)期间向所述材料施加外部磁场，从而使固态磁性材料层印记有磁各向异性。11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：在步骤ii)期间仅向所述层的选定体积元素施加所述电磁能，从而在所述层内产生所印记的磁各向异性的空间变化。12.根据权利要求11所述的方法，还包括对所述层的连续不同的选定体积元素重复步骤ii)、iii)和iv)，从而在所述层内产生所印记的磁各向异性的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·乌诺松，比约加文·赫加维尔森，瓦斯里奥斯·卡帕克利斯，弗里德里克·马格纳斯，
申请(专利权)人：艾合麦提公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE