專利名稱：：納米結晶材料的帶材的生產(chǎn)方法和由所述帶材生產(chǎn)卷繞芯的設備的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及納米晶體材料的帶材的生產(chǎn)方法，由此帶材生產(chǎn)巻繞芯(toreenroul6)的^殳備，以及所述芯和將它們組合而成的元件。
背景技術：
：特別地，在專利FR2823507中公開了由通過退火轉變的FeCuNbSiB型非晶帶生產(chǎn)具有低磁導率(pern^abilit"(ju<1000)的納米結晶材料芯。此文獻特別地描述了這些非晶帶的應力退火方法，其顯著地降低了納米結晶材料的極限脆性，其在之前是不能在納米結晶后以芯的形式進行處理的。這種應力退火方法所能獲得的機械性能使得能夠在沒有斷裂危險的情況下進行帶材的巻繞，還使得能夠在仍保持相同巻軸的同時使該帶材開巻和再巻繞。這些改進的機械性能歸因于Q形的納米結晶帶材截面的產(chǎn)生，其具有撓度(fUche)大于1%寬度的最小拐點。這種結構對應于比傳統(tǒng)納米結晶材料要小的脆性狀態(tài)，從而尤其使得能夠在相同巻軸上開巻然后再巻繞該結晶帶；但是，這種具有以Q標記的剖面(profil)的狀態(tài)在較小直徑的巻軸上仍是太脆的，以致于不能被處理和開巻/再巻繞，尤其是直至獲得直徑小于或等于10mm的芯時。而且，由于該Q剖面，磁性能和再巻繞時的斷裂百分率并不依賴于轉向該芯外部的帶材的面。當該Q的凸起指向芯的外部時，該性能會更好，且再巻繞時的斷裂率較低；當該Q的凸起指向芯的內(nèi)部時則相反。因此，在生產(chǎn)中，要么必須使該帶與Q的凸起在所生產(chǎn)的芯的外部成體系，這需要采用額外的控制和更復雜的工藝；要么產(chǎn)量會降低，并且性能不均勻。另外，在自動巻繞以獲得芯的過程中，帶頭可能非常難以被吸取，并且會粘在巻軸上，因為該q剖面阻止了帶頭被良好地吸取，并且由于這種減壓現(xiàn)象而纟支粘上。而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，帶材的磁導率增加得越多，其在其最終狀態(tài)下越脆，而且其斷裂率變得越大。因此這種方法不可能在工業(yè)上生產(chǎn)納米結晶帶材，特別是當其磁導率超過iooo時。最后，根據(jù)現(xiàn)有技術獲得的脆性減少但仍然很高的帶材使得能夠獲得不超過3cin/s的進給("filement)速度。事實上，如果納米結晶退火方法使得能夠實現(xiàn)小于10個斷裂/千米的非晶帶的斷裂率，大于或等于10cm/秒/米爐工作區(qū)(溫度大于或等于500匸的區(qū)域)的進給速度以及大于IO匸的退火溫度調(diào)節(jié)范圍(在該范圍內(nèi)可以改變退火溫度而不會顯著改變帶材的性能，尤其是其脆性)，則其被認為是一種工業(yè)方法，
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠在工業(yè)規(guī)模上使用的納米結晶帶材的生產(chǎn)方法，還涉及納米結晶產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以被處理并用于比現(xiàn)有技術更為緊致的磁路幾何形狀，且特別是與迄今為止已知的情況相比要小得多的巻繞半徑。為此，本發(fā)明的第一目的在于生產(chǎn)納米結晶材料帶材的方法，該納米結晶材料帶材如下獲得以具有以下原子組成的非晶狀態(tài)的鑄造帶為原料100-jc一y-z-cc一p-yM，是V、Cr、Al和Zn元素中的至少一種，M"是C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be元素中的至少一種，其中a<0.07和b<0.1，0.5"".5和2<a",1(Ky"6.9和5""，卩<2和y<2并且使該非晶帶進行結晶退火，其中通過進給經(jīng)過至少兩個S型單元以使該帶在2至1000MPa的軸向拉應力下在530C至700。C的退火溫度下保持5至120秒的持續(xù)時間，所述非晶帶所經(jīng)受的拉應力、所述退火時的其進給速度、退火時間以及退火溫度的選擇要使得該帶材的截面剖面不是Q形的，并且該帶材的橫截面的最大撓度小于該帶材寬度的3%，優(yōu)選小于該寬度的1%。本發(fā)明人完全出人意料地觀察到，通過賦予納米結晶帶材以不具有Q剖面的平的截面可以顯著降低納米結晶帶材的脆性。這種脆性降低可以顯著降低每千米的斷裂率并提高帶材的進給速度。不希望被理論束縛，本發(fā)明人事實上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在給定的進給速度和給定的拉應力下，應力退火溫度或時間增加得越多，結晶分數(shù)fx增加得越多，直到達到臨界結晶分數(shù)f二該分數(shù)依賴于應力水平。如果fx變得大于此臨界分數(shù)fxe，則Q剖面開始出現(xiàn)并且該材料明顯地會變得更脆。通過這種涉及到適當調(diào)節(jié)退火條件(拉應力、進給速度，退火時間和退火溫度)的新方法，則可以以低于臨界再結晶分數(shù)的結晶分數(shù)使生產(chǎn)穩(wěn)定化，以避免Q形帶材截面的剖面。由此獲得的帶材能夠在巻繞開始時被容易地巻取，能夠在大直徑支撐物上被巻起而不偏心距(fauxronds)，并且能夠被有效且無差別地巻繞，其面中的任一個朝向芯的外部。本發(fā)明的方法另外可具有單獨或組合的以下特征-帶材的進給速度大于或等于10厘米/秒/米爐工作區(qū)，-軸向拉應力大于500MPa，-進給的非晶帶的斷裂率小于10個斷裂/千米帶，-y大于或等于12。在一個優(yōu)選實施方式中，選擇非晶帶的組成以便a<0.04和b<0.07,0.5<x<l.5和2<a<5，13<丫<16.6和5.8"<8，p"和y<2。在另一個優(yōu)選實施方式中，選擇非晶帶的組成以便a<0.02和"0.05,0.5<x<1.5和2.5<cc<4,14.5<7<16.5和5.8"<7.5，P<1和Y<1。后兩個采用特定組成范圍的實施方案更特別地用于生產(chǎn)能夠測量電流的電流傳感器，包括可用在單級或兩級能量計中的強連續(xù)元件，其包括至少一個由所述納米結晶材料制成的芯，以及用于生產(chǎn)儲存或濾波感應器，其不依賴于疊加的連續(xù)元件的水平，可用在能量計中，包括至少一個由所述納米結晶材料制成的芯。本發(fā)明的第二主題涉及可通過實施本發(fā)明方法獲得的納米結晶材料帶材，該帶材能夠在這種帶材的任何點上經(jīng)受至多3mm曲率直徑的彎曲而沒有斷裂也沒有裂紋。本發(fā)明的帶材還可具有單獨或組合的以下特征-通過實施本發(fā)明方法由非晶帶獲得的帶材，所述帶材的厚度相對于所述非晶帶的厚度降低至少10%，-該帶材具有小于或等于7A/m，優(yōu)選小于或等于5A/m的矯頑磁場，-該帶材在200Oe下的感應大于或等于12kG。本發(fā)明的第三主題涉及納米結晶材料的芯，其如下獲得實施本發(fā)明的方法，在該方法結束后巻繞所述納米結晶帶材，并且其磁導率大于或等于50且小于200，其截止頻率為30至200MHz，且芯具有小于或等于10mm的直徑。在一個優(yōu)選實施方式中，相對于通過巻繞經(jīng)過無應力結晶退火的相同組成的帶材所獲得的膨脹度(foisonnement),本發(fā)明的芯具有至多3%的膨脹度的降低，并且這是相對于起始非晶帶的厚度為最高達10%的納米結晶帶材厚度的降低而言。在另一個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的芯如下獲得實施本發(fā)明方法，在該方法結束后在第一巻軸上第一次巻繞所述納米結晶帶材，然后通過開巻和隨后的巻繞而巻繞到第二巻軸上，第二巻軸的直徑小于第一巻軸的直徑。本發(fā)明的第四個主題涉及以非晶狀態(tài)的鑄造帶(R)為原料通過退火所述非晶帶(R)來生產(chǎn)磁芯的設備(1),包括-非晶狀態(tài)的帶(R)的帶巻(bobine)的接受軸(2)，-溫度調(diào)節(jié)的直通式爐(3)，-至少一個S型單元(4),其位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前并連接到制動電動機(5)上，-調(diào)節(jié)所述非晶帶(R)和納米結晶材料帶材(N)的軸向拉應力的設備(6)，所述設備(6)包括力測量設備，所述力測量設備連接到位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前的所述S型單元(4)的制動電動機(5)的控制模塊上，-至少一個S型單元(7)，其位于帶材(N)離開直通式爐(3)的出口之后并且連接到電動機上，-至少一個巻軸(8)，用于以納米結晶材料的芯的形式巻繞在退火后獲得的帶材(N)，非晶帶(R)從裝配在所述接受軸(2)上的非晶帶(R)的存儲帶巻到達納米結晶材料帶材(N)的帶巻，相繼經(jīng)過了位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前的S型單元(4)，然后經(jīng)過力測量設備(6)，然后經(jīng)過爐(3),然后經(jīng)過位于帶材(N)離開爐(3)的出口之后的S型單元(7)。本發(fā)明的設備還可以具有單獨或組合的以下特征-該設備包括用于巻繞該帶材的第一巻軸和用于巻繞該帶材的第二巻軸，以便在第一巻軸上巻繞第一芯后可以切割帶材(N)并將該帶材(N)的頭部的一部分裝在第二巻軸上，以進行第二芯的巻繞而不會中斷生產(chǎn)，-該設備包括用于巻繞該帶材(N)的單個巻軸(8)和在爐(3)的出口的所述S型單元(7)的下游的帶材存儲設備(9),從而使得能夠更換巻繞帶巻而不中斷生產(chǎn)，-該設備另外還包括至少一個壓輥(IO)，其將在退火的帶材(N)在位于帶材(N)離開直通式爐(3)的出口之后的S型單元(7)中經(jīng)過時對退火的帶材(N)進行壓制，-該設備另外還包括至少一個凸形輥，其將在非晶帶(R)在位于所述帶(R)進入到爐(3)的入口之前的S型單元(4)中經(jīng)過時對非晶帶(R)進行壓制。這種設備使得能夠獲得如根據(jù)本發(fā)明所需的平的截面。應該注意的是，本領域技術人員不可能預知納米結晶帶材可能在強疊加拉應力下遵循S型單元的強交互曲率，并且這在一千米甚至幾千米帶的過程中沒有斷裂?，F(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明，其代表-圖l:專利FR2823507的設備，-圖2:本發(fā)明設備的示意圖。具體實施例方式用于生產(chǎn)本發(fā)明的納米結晶帶材的合金具有以下的原子組成CuxSiyBzNbaM、M，，YM，是V、Cr、Al和Zn元素中的至少一種，M，，是C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be元素中的至少一種，其中a<0.07和b<0.1,0.5"Cx".5和2""，1(Ky"6.9和5""，P"和y"。在本申請中，除非特別指出，所有涉及的組成百分比都是原子百分比。非晶劑(amorphisant)元素如硼的使用使得能夠通過高速冷卻鑄造獲得非晶材料，通常為薄帶的形式，該非晶材料隨后進行退火獲得納米結晶類型的材料，也就是這樣的一種材料，該材料在構成該材料體積余量的非晶相中包括大于50體積％尺寸小于100nm的晶體。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，硼的原子百分比為5至8%。這是因為，如果硼含量太低，不被其它非晶劑部分替代，則該帶非常難以通過在輪上淬火的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法變?yōu)榉蔷У?。在實際中，不可具有小于5%的硼，優(yōu)選大于6%。相反地，隨著硼百分比的增加，在應力下在進給中的結晶變得困難，因此需要降低進給速度V，從而限制了可達到的磁導率范圍(ja最小>300),尤其是大大損害了矯頑磁場Hc,使其值達到大于13A/m。因此，硼的最大含量必須限制到8%。字母M"組的元素，即C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be也是非晶劑元素。這些元素中的一種或多種可以在有限的替代范圍內(nèi)部分替代硼，這是因為，考慮到在拉力下結晶退火之前獲得100%非晶狀態(tài)所必需的在輪上的淬火速度，硼是最有效的。因此其它非晶劑元素的這種替代比率限制到2%。根據(jù)本發(fā)明的帶材的鈷含量至多為約5.75at%(a<0.07,且b、x、y、z、ot、P和Y最小)。這是因為，如果超過這個值，Hc就會劣化且磁損失，這對以這種帶材為原料制得的元件的小型化是有害的?？紤]到這些缺點，優(yōu)選將該值限制到0.04,甚至限制到0.02，更優(yōu)選為0。根據(jù)本發(fā)明的帶材的鎳含量至多為約8.25at%(b<0.1，且a、x、y、z、a、P和Y最小)。這是因此，如果超過這個值，材料的飽和度會損害到低于1.2T，并且與例如由鈷基非晶材料制成的替代物相比其顯著降低磁路體積的能力也受到損害?？紤]到這些缺點，優(yōu)選限制b的值到0.07，甚至到0.05,更優(yōu)選為0。另外優(yōu)選限制鈷和鎳的總量到約8.25at%(a+b<0.1)。根據(jù)本發(fā)明的組成的銅原子百分比為0.5至1.5%。銅的百分比應當保持在高于0.5%,這是因為，如果低于此值，納米晶體的成核作用就不足以獲得小尺寸的晶體，且Hc會過度地增加。另一方面，如果銅的百分比大于1.5%,就會形成大量晶體，但這不會在性能上帶來可見的改善，同時飽和磁化也會降低。根據(jù)本發(fā)明的組成的鈮的原子百分比為2至5%。此元素是生長抑制劑，其作用是在晶體生長時保持晶體的小尺寸。當鈮低于2%時，抑制作用不充分，且Hc在所有類型的納米結晶帶上增加，其中包括通過在拉力下納米結晶產(chǎn)生的那些。如果鈮的百分比增加到6%，則飽和感應B(200e)就會大大降低，特別是就會觀察到帶的脆化現(xiàn)象，這使得非常難以無頻繁斷裂風險地進行工業(yè)化操作。因此，鈮的最大百分比必須保持在低于或等于5%。根據(jù)本發(fā)明的組成的硅的原子百分比為10至16.9%。這種準金屬使得能夠將納米結晶帶的磁致伸縮調(diào)整至非常接近零的值。在一個優(yōu)選實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的帶材的硅含量大于或等于12%。這是因為，當?shù)陀诖酥禃r，Hc會降低并達到大約8A/fli的值，引起雖然可以接受但相對較高的磁損失。字母M，組的元素，即V、Cr、Al和Zn，是能夠以一定的限度替代硅的準金屬。這是因為，超過2%的替代會大大偏離這些磁致伸縮的值，導致最終產(chǎn)品對外部應力(如帶在其本身上的巻繞(帶材的彎曲應力)和包裝)敏感。此外，對于能量存儲、電流諧波濾波或高頻共態(tài)自感應帶巻方面的應用，高B-H線性并不是嚴格必要或有用或有利的，而且10-150/0的Br/Bm比(Br為剩余磁感應，Bm為200e時的感應，也稱為"接近飽和感應")可能就足夠。另一方面，在某些元件的情況下，例如濾波感應(其中希望以同樣的方式衰減，而不論是哪一種的疊加連續(xù)元件)、存儲感應(其中希望存儲和轉移來自電路或者轉移到電路的同樣的能量，而不論是哪一種疊加連續(xù)元件)、電流傳感器(其中希望以同樣的精確度測量和/或轉變電流，而不論是哪一種疊加連續(xù)元件)，高B-H線性都是必要的。這就等于說，對于在拉力下在進給中的納米結晶合金而言，這些應用需要Br/Bm比小于或等于3%,優(yōu)選小于或等于1%。本發(fā)明人已經(jīng)令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，為了獲得這些值，剛剛描述的組成范圍應當被降低。因而通過符合以下的附加條件而獲得已經(jīng)如上所述的本發(fā)明的所有優(yōu)點，也包括改進的B-H線性，使得Br/Bm比在20。C下小于或等于3%:a<0.04和b<0.070.5"<1.5和2<"513<y<16.6>5.8<z<8P<2和y<2另外，在此組成范圍內(nèi)，觀察到0至400"C的Br/Bm比小于或等于6%，0至300'C的Br/Bm比小于或等于3%。另外通過符合以下的附加條件而獲得最佳的B-H線性，使得Br/Bm比在20。C時小于或等于1%，優(yōu)選在20T時小于或等于0.7%:a".02和b".050.5"".5和2.5"<414.5<y<16.5和5.8<z<7.5P"和y<1另外，在此組成范圍內(nèi)，觀察到0至400。C的Br/Bm比小于或等于1.5%，0至300。C的Br/Bm比小于或等于0.8%。該材料以液體形式生產(chǎn)，然后在傳統(tǒng)類型的非晶帶的冷軋鑄造設備中以高的冷卻速度鑄造，以便在鑄造設備的出口獲得非晶帶材，該非晶帶材以具有連接的匝(spire)的帶巻的形式巻繞。該退火設備主要包括直通式爐(3)，其可以是通過對流和輻射加熱帶材的電阻爐、純輻射爐或者是在經(jīng)過爐子時通過焦耳效應加熱帶材的設備。帶材的退火也可以通過流化床來進行，該流化床由液體或固體顆粒構成，或者為溶膠-凝膠和在載氣中懸浮的氣溶膠的形式之一，帶材的加熱介質本身通過與腔室接觸來加熱，該腔室本身通過傳統(tǒng)型爐(例如電阻爐)來加熱。爐(3)包括中心區(qū)，在該中心區(qū)中，溫度是均勻的，并且處于在拉力下在進給時執(zhí)行本發(fā)明的帶材的再結晶所需的范圍內(nèi)，此溫度為53(TC至700°C，優(yōu)選540C至690C。在此范圍內(nèi)，基本上根據(jù)所選的生產(chǎn)速度V并根據(jù)所選的拉應力(J(也就是說所選的磁導率ju)來改變溫度T，這是因為，增加V或降低cj會增加最佳退火溫度T。帶材的上限溫度設定為70(TC是為了避免形成由硼化物構成的相，該相會使帶材變脆并降低其磁性能。帶材的開巻以及巻繞用巻軸(8)優(yōu)選在電動機或制動器(例如借助于開巻機上的粉末制動器)的控制下進行，以便進一步增加設備的生產(chǎn)率。直通式爐(3)的入口S型單元(4)和出口S型單元(7)都在電動機的控制下，入口S型單元(4)與制動電動機(5)連接，其在整個處理過程中對非晶帶(R)實施制動和抑制扭矩。爐(3)的出口S型單元(7)通過電動機結合減速器來驅動，并且用于驅動帶材(N)，以便其在爐中以完全調(diào)節(jié)的拉應力和可超過10cm/s的調(diào)節(jié)的速度進給。退火爐(3)的長度應當適配于帶(R)的進給速度，以便能夠合適地進行結晶，已知的是，進給速度增加得越多，爐(3)的長度應當增加得越多。這兩個S型單元(4、7)的組合使得能夠在帶材寬度上以完全均勻的方式施加完全規(guī)定的拉力，在退火爐(3)的處理期間帶(R)的縱軸方向的拉應力在2至lOOOMPa之間。也可以并且優(yōu)選帶材(N)的巻軸(8)和非晶帶(R)的開巻軸(2)在電動機的控制下，以便在經(jīng)過入口S型單元(4)前的帶(R)和/或經(jīng)過出口S型單元(7)的帶材(N)上確保低幅的調(diào)節(jié)的拉力(大約幾個MPa)。退火處理期間施加到進給的帶材(N)上的拉應力采用力測量和力調(diào)節(jié)設備(6)進行調(diào)整。此設備(6)可以包括第一定滑輪和第二定滑輪，在其上該帶材連續(xù)地經(jīng)過力調(diào)節(jié)設備的入口和出口。在這兩個滑輪之間，帶(R)在具有活動軸的滑輪上經(jīng)過，其軸平行于兩個定滑輪的軸?；顒虞S的滑輪通過連接桿連接于附屬于支撐物的力感應器上。此桿使得能夠連續(xù)測量施加于帶(R)上的拉力(F)，并且相應的測量信號被傳送到在爐(3)的電動機控制下的入口S型單元(4)的制動電動機(5)的控制模塊。由該力信號來調(diào)節(jié)這個制動電動機(5),以便在帶(R)上在縱軸方向上施加等于力F的約束拉應力，該力F構成調(diào)節(jié)參數(shù)。通過爐(3)的電動機控制下出口S型單元(7)的電動機所施加的拉和驅動力自動地被調(diào)整至由制動電動機(5)施加的力F的值。而且，本發(fā)明的設備(l)可以包括用于該帶材的第一巻軸和用于該帶材的第二巻軸，以便在第一軸上巻繞第一芯后可以切斷帶材(N)并將該帶材(N)的頭的一部分裝配于第二軸上，以便實施第二芯的巻繞而不中斷該生產(chǎn)方法。這種成品的帶巻的更換尤其受益于包含于兩個S型單元(4，7)之間的高拉力區(qū)域與這些單元(4,7)之前和之后的弱拉力區(qū)域的完全去耦，該去耦使得能夠消除可能的應力的突然波動。術語"芯"在此理解為既可以指按照磁性元件的尺寸要求永久巻繞的芯，也可以指打算隨后被置于人工或自動芯巻繞機(包括開巻、測量帶材長度、巻繞芯、切割至長度、外匝的粘結和從巻軸上移開的操作)中的半成品帶巻。也可以為S型單元(7)的出口增加至少一個壓輥(10)，其將在退火帶材(N)經(jīng)過S型單元(7)時對該帶材進行壓制，該S型單元(7)位于帶材(N)離開直通式爐(3)的出口之后。該S型單元的這個另外的輥(10)可以是凸起的。將凸起的輥置于S型單元(4，7)中是優(yōu)選的也是有利的，因為如此不僅使它們在非晶帶(R)或納米結晶帶材(N)經(jīng)過S型單元(4，7)時壓制該非晶帶(R)或納米結晶帶材(N)，而且另外它們還能自動對中帶(R)或帶材(N),使得能夠不偏離其路線地進給，并能在其寬度上和S型單元(4,7)的輥的整個接觸表面上承受更均勻分布的拉應力。還可以通過在該工藝中在線路上插入其它S型單元來增加帶材的粘結、其穩(wěn)定性和其沿著輥的橫軸的對中。這另外還使得能夠調(diào)節(jié)高應力區(qū)域(S型單元之間)和低應力的上游和下游區(qū)域之間的應力比，16以及局部應力的分布，從而最終進一步降低每千米的斷裂率。根據(jù)本發(fā)明的方法還使得能夠在隨后的時間在與拉力下退火生產(chǎn)位置分離的巻繞位置上以圓形或橢圓形高速生產(chǎn)巻繞芯。在此情況下，該巻繞從通過本發(fā)明拉力下退火所生產(chǎn)的帶材的帶巻開始來進行。為了生產(chǎn)橢圓形芯，非磁性巻繞支撐物必須在巻繞由拉力下退火工藝得到的帶材時被加入，并且隨后可在芯的涂敷或浸漬之后除去，或者被保留。而且可以有利地使用磁性巻軸或抽吸巻軸來固定在巻軸上的帶的起始。一般地，在拉力下退火爐(3)中的帶材結晶條件要使得該帶材含有至少50體積％的尺寸為2至20nm的納米晶體。各晶體彼此通過由該合金具有保留的非晶部分所組成的基體隔開。本發(fā)明方法的優(yōu)點之一在于能夠使用2至lOOOMPa的非常寬范圍的拉應力。這使得獲得50至5000之間的磁導率成為可能。特別地，通過采用大于250MPa甚至大于500MPa的拉應力，可以生產(chǎn)具有50至200之間的磁導率的納米結晶帶材，此范圍迄今為止采用傳統(tǒng)方法(例如FR2823507)是不可能獲得的。因此，對于應力400MPa可以獲得大約90的磁導率，對于應力700MPa則可以獲得大約50的磁導率。而且，通過使非晶帶經(jīng)受高拉應力，可以將納米結晶帶材的厚度降低3至10%，甚至更多。因此，厚度為20jam的帶可以轉變成厚度為18或19nm的帶材。納米結晶帶材厚度的這種降低對由該帶材生產(chǎn)的元件的磁性能產(chǎn)生影響。這是因為，這種厚度降低使得能夠降低金屬中感應的電流，從而降低未來巻繞的芯的磁損失。另外，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種更好的磁性能的獲得不會損害帶材的膨脹度，這是完全出乎意料的，因為已知的是，巻繞的金屬板材的厚度降低得越多，巻繞的膨脹度增加得越多。為了降低芯中感應的電流和磁損失，可能有必要根據(jù)芯的最終應用在帶材上沉積或形成電絕緣層，以便使相繼的匝之間彼此隔離。例如可以在退火之后在帶材上連續(xù)沉積厚度為十分之一微米到幾微米的礦物質。沉積在匝之間的礦物質可由氧化鎂(MgO)的乳液組成，其中的水在隨后的低溫烘干操作中被去除。更一般地，可以釆用以下的傳統(tǒng)組成-通過在樹脂中浸漬、噴涂、電泳或通過其它任何沉積技術沉積在表面的SiO"Mg0、Al203粉末，-通過CVD或PVD噴涂或靜電方法在表面沉積Si02、MgO、A1203薄層，-在醇中的烷基硅酸鹽溶液，與酸混合，在熱處理后形成鎂橄欖石MgSi04，-通過與各種陶資粉末混合的Si02和Ti02的部分水解獲得的溶液，-施涂于該帶上然后加熱的主要包括多鈦碳酸鹽的溶液，-涂敷并加熱的磷酸鹽溶液，-通過應用氧化劑形成的絕緣溶液并加熱。優(yōu)選地，絕緣層要么在以一個或多個電磁元件芯的形式再巻繞之前沉積到退火結束時獲得的帶巻的開巻帶材上，要么在作為帶巻巻繞之前成直線地沉積在電動機S型單元的出口處。在這兩種情況下，這種沉積之后通常是低溫退火，目的是為了提供聚合或脫水。還可以在結晶退火之前使用具有絕緣性能的涂層，該涂層沉積在非晶帶上厚度為1/10微米至幾十微米，且耐受快速加熱退火溫度和退火的高拉力。例如可以采用甲氧基鎂作為非晶帶材的預涂層。用于退火前的絕緣或者用于退火帶材的電絕緣的這種類型的涂層可以通過任何合適的方法獲得，特別是通過兩個輥之間的涂敷或CVD或PVD類型的沉積或者通過噴涂或者通過流化床等等，任選的另外的干燥和/或聚合和/或交聯(lián)的步驟，這取決于絕緣材料的性能、單體的類型以及是否存在溶劑等等。當釆用礦物絕緣涂層時(耐溫度性)，優(yōu)選地，在納米結晶退火之前，特別優(yōu)選在入口s型單元之前在非晶帶上實施涂敷。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，一部分絕緣材料在經(jīng)過退火爐時會變?yōu)榕c非晶帶分離，但是特別地，剩余的絕緣材料使得能夠在降低帶的脆性的同時增強其機械性能。另外，獲得預定磁導率水平所必須的拉力發(fā)現(xiàn)被降低了。因此可以通過增加拉力獲得甚至更低的磁導率。還可以的是，以與匝間的絕緣完全不同且作為其補充的方式，用塑料(例如環(huán)氧樹脂)涂敷本發(fā)明的芯(作為根據(jù)所指定的應用的幾何要求的芯預先巻繞)，該樹脂可以在熱或冷條件下涂敷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種類型的涂層不會以任何方式損害芯的磁性能，即使是在大約200。C的溫度下涂敷該樹脂。這種涂層不會明顯地在匝間滲透，并且具有如下作用使芯變硬和保護芯免受巻繞應力，保護巻繞線的電絕緣材料不受巻繞帶材的切割邊緣所帶來的損害并且在巻繞的芯和帶巻間提供良好的介電隔離。械保的芯的外部涂層，也可以釆用特殊的流體和硬化樹脂浸漬本發(fā)明芯的匝間現(xiàn)有的間隙而基本上不損害其磁導率。在此狀態(tài)下，芯變得非常硬，且成為一整體，因此能夠被切割。如此產(chǎn)生的浸漬的芯可以隨后被切成2C，矯頑磁場H。的增加不超過50%，同時利用組合在一起的2C生產(chǎn)的磁路的磁導率^可以通過該切割表面的合適的表面處理被調(diào)節(jié)至相對于iu低至多50%的水平。例如，如果本發(fā)明的浸漬的芯被生產(chǎn)，其磁導率達到ji-300，就可以獲得150至300之間的磁導率iL^。這種降低歸因于由切割產(chǎn)生的殘余氣隙。因此可以看出，可以獲得具有上述應力退火納米結晶材料的所有性能特征的低磁導率的芯，也可以獲得2C幾何形狀，該形狀使得能夠獲得不具有除了殘余氣隙的氣隙的緊致的最終元件，該氣隙可能會破壞外部磁場，并導致在氣隙區(qū)域周圍的局部溫度升高。試驗生產(chǎn)一系列鑄件1-19，其組成列于表l中，以獲得根據(jù)傳統(tǒng)的在冷卻輪上淬火的方法的非晶帶。隨后使這些帶進行各種退火工藝，這些工藝的特點列于表2中。一旦通過應力退火轉變成納米結晶帶材，則將后者進行一定數(shù)量的表征試驗，并將其結果本身也列于表2中。在這些試驗的內(nèi)容中，使用了下列術語已知的納米結晶材料的應力退火工藝，采用至少一對或兩對夾送輥(參見專利FR2823507)。Direct:已知的納米結晶材料的應力退火工藝，通過巻繞和開巻帶巻使用帶的直接拉力(參見專利FR2823507)。亜本發(fā)明所述的納米結晶材料應力退火工藝，采用例如退火爐入口的S型單元和在該爐出口的S型單元。還釆用以下的符號DMIN帶材斷裂極限時的曲率半徑，TTTH納米結晶退火溫度，(7退火過程中的拉應力，jur相對磁導率，△T使得能夠在整個可能的jar范圍獲得DMIN<3mm的退火溫度值的范圍，Br剩余磁感應Bin200e時的感應，"接近飽和感應"，B(200)200Oe時的飽和感應，He矯頑磁場。術語"nr范圍，，可以理解為是指對于給定的工藝特點，在給定的鑄件上，可用的jur值的范圍，在50-5000的最大iur范圍內(nèi)。D目的測定通過將帶材放置于一系列半圓的校準的形狀(其直徑將降低直至帶材斷裂)上來測定帶材斷裂時的曲率半徑DMIN。連續(xù)地采用以0.l咖的幅度值降低的5至2.5mm的直徑。AT的測定△T是使得能夠在整個可能的jur范圍獲得DMIN<3mm的退火溫度值的范圍。這是因為考慮到了以下的情況當D剛小于3mm時，帶材的脆性可與工業(yè)規(guī)模的工藝相容。為了測定AT的值，對于通過在退火過程中改變拉應力獲得的各種磁導率的帶材測量DMIN，并對不同數(shù)值的退火溫度TTTH進行這種測量。因此，對于Nol組成的鑄件(參見表l)，對于D畫獲得下列數(shù)值<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>*:未進行的試驗。在此實施例中，預計在560至595。C之間的30。C的AT值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了穩(wěn)定在M=1500-2000，磁導率增加得越多，DMIN增加得越多。脆性最小的帶因而是具有最低磁導率的帶，這也是能量濾波/存儲型應用小型化方面的另一個優(yōu)點。值得注意的是，D,對于拉力下退火的溫度非常敏感。因此，30。C的差異就會引起具有大于500的磁導率的所有帶材從在57(TC獲得的輕微脆性的狀態(tài)(DMIN<3mm)轉變成脆性不斷增加的狀態(tài)(D謹可以達到3.6mm)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>實施例1-等級組成的影響硼含量的影響硼含量為8.4%的實施例V、W和X具有合適水平的脆性，斷裂率小于5個斷裂/千米。然而，當具有這種高硼百分比時，在應力下進給的結晶變得困難，尤其比所有工業(yè)上可操作的試驗都慢，比如C、D、E和F，這就需要降低進給速度到小于4厘米/秒，并且這會將可用的磁導率范圍限制至磁導率大于300。因此，最大的硼含量必須限制到8%。而且，實施例N表明，1.22%的碳部分替代硼對產(chǎn)品性能的損害非常小。鈮含量的影響實施例J表明，如果采用的鈮的百分比為大約3.9%,就能保持整體的磁性能，不過飽和感應B(2000e)會降低至12kG,而不是使用如實施例A至C的組成(其中只包括2.96%的鈮)的12.5kG。而且，必須使進給速度顯著降低，以使得能夠獲得具有所需的極限曲率性能(<3mra)和可用的磁導率范圍的應力退火帶。如果鈮的百分比增加至6%(實施例K)，溫度調(diào)節(jié)范圍則進一步增加(50。C)，并且可用的磁導率范圍仍然是有吸引力的(ji^、-200)。然而，飽和感應B(200Oe)會大幅降低至11.2kG，這就不可能生產(chǎn)和需要的一樣緊致的元件。另外，從應力下納米結晶的帶材開始的以芯形式巻繞的極限直徑大幅增加至3.8mm，這就證明帶材變脆，這導致其非常難以工業(yè)化處理而沒有頻繁斷裂的風險。銅含量的影響實施例H和I表明，為了分別達到1.5或0.7%，1%銅含量的稍稍偏離不會明顯損害性能。硅含量的影響關于實施例A至C的包括15.3%硅的帶，已發(fā)現(xiàn)(試驗R至U):如果硅百分比降低至13.5%，則該金屬仍然保持適合于工業(yè)生產(chǎn)(<5個斷裂/千米)，且可用的磁導率范圍仍然較大(ju最小-IOO)，但是本發(fā)明的BS工藝的條件在磁性能如矯頑磁場He方面變得更為臨界。因此，對于615和640。C的退火溫度，Hc保持小于或等于7A/m，但從650'C開始Hc會大大增加(實施例T)，這不排除工業(yè)生產(chǎn)，因為應力退火溫度調(diào)節(jié)范圍AT仍然很高(~30X:)。然而，如果硅的百分比進一步降低直至11.5(實施例U),則當存在最佳脆化條件時矯頑磁場就會降低至8A/m,導致巻繞芯的過高的磁損失。M，型元素含量的影響有必要限制替代硅的這些準金屬的可能含量至多為2%。這是因為，實施例L和M表明，當它們替代硅時，1%的鉻或1.5%的鋁的含量對最終產(chǎn)品的優(yōu)勢是沒有害處的。另一方面，實施例O表明2.4%的釩含量顯著增加了帶的脆性(>10個斷裂/千米)，這導致可允許的進給速度降低，這歸因于這種增加的脆性。同時，矯頑磁場Hc降低，可獲得合適性能的工藝溫度范圍AT變得過小(<10°C)，使得帶材不適合于工業(yè)生產(chǎn)。而且，可用的"r范圍降至pr^300。M"型元素含量的影響實施例P表明，當用2.6%的鍺替代硅時，矯頑磁場Hc大大降低(>8A/m),并且可用的退火溫度范圍AT較小，而其它特性則保持完全有利。鈷含量的影響實施例D和E表明，以1.7%和5%的水平適度添加鈷以部分替代鐵損害了"direct"工藝的可用磁導率p的范圍，因為)i最小分別從300變?yōu)?50和從300變?yōu)?00。在根據(jù)本發(fā)明的BS工藝的情況下，容許的鈷含量看起來為0.05(實施例F;y最,j、-300)，而當10%鈷時，通過該工藝不可能得到小于500的磁導率(實施例G)。關于實施例C、D，、E，、Y和Z的另外試驗可以確定它們在500kHz的磁損失值(50mT，27°C)并且確定25至150°C的它們的磁導率值的溫度穩(wěn)定性以及它們的表觀飽和磁致伸縮入S。<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于根據(jù)BS工藝的試驗，鈷含量的增加還會有損于矯頑磁場He和磁損失的水平。這兩點使得不可能獲得對測量設備中的弱信號高度敏感或弱消散的合金。因此，鈷被限定為至多約5.75at%(a<0.07)。而且，鈷和鎳的累計含量的增加會損害表觀飽和磁致伸縮入s，這會使合金對外部應力(粘結、涂敷、浸漬、切割、處理)敏感。這種增加也會損害25至15()TC的磁導率的溫度穩(wěn)定性。因此，鎳被限制在至多約8.25at%(b<0.1)。優(yōu)選地，鎳和鈷的累計含量限制在至多8.25at%(a+b<0.1)。實施例2-膨脹度為了研究施加的應力(在帶上)對納米結晶芯膨脹度的影響，制備了一系列非晶帶，其組成與表l中的鑄件l相符，并且該非晶帶受到不斷增加的拉應力。試驗條件和所得的關于厚度降低(AEp/Ep)和膨脹度的結果列于表3中表3<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠在沒有顯著損害膨脹度的情況下降低納米結晶帶材的厚度，這決不是可以預見的。從本發(fā)明納米結晶帶材可能的應用來看，可以示意而非限制性地提到具有強疊加連續(xù)元件的電流傳感器，特別是用于能量測量計的某些模塊中；O寬頻帶電流探針，具有或不具有屏蔽，例如用于功率電子有源元件的實時電流控制，比如GT0、IGBT等等；用于任何類型的功率電子轉換器結構的能量存儲或濾波感應器，比如PFC、推挽、回掃、前進等等，這使得能夠由于獲得低磁導率而降低元件的體積，在強疊加連續(xù)電流應力下具有降低的磁損失和高飽和磁化Js;提供對疊加連續(xù)電流依賴性不大的感應系數(shù)L,其在工業(yè)生產(chǎn)中有很高的可再現(xiàn)性(<10%,優(yōu)選<5%);防止由于磁致伸縮導致的任何噪聲；防止與電磁兼容性相關的任何問題；*防止磁路的任何局部溫度升高；HF變壓器(大于幾百kHz)，包括本發(fā)明的未切芯，例如在提供共振時使用。本發(fā)明的芯在此對于其高截止頻率是有利的，其對于50至300的磁導率來說可以達到20至200MHz，具有低磁損失和高的可用工作感應(Js〉lT);O具有HF濾波的共態(tài)自感應帶巻，包括本發(fā)明的未切芯，其優(yōu)點是由于高Js和1至200MHz,優(yōu)選大于10MHz的高截止頻率而能夠使元件小型化。權利要求1.生產(chǎn)納米結晶材料帶材的方法，該納米結晶材料帶材如下獲得以具有以下原子組成的非晶狀態(tài)的鑄造帶為原料[Fe1-a-bCoaNib]100-x-y-z-α-β-γCuxSiyBzNbαM’βM”γM’是V、Cr、Al和Zn元素中的至少一種，M”是C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be元素中的至少一種，其中a≤0.07和b≤0.1，0.5≤x≤1.5和2≤α≤5，10≤y≤16.9和5≤z≤8，β≤2和γ≤2并且使該非晶帶進行結晶退火，其中通過進給經(jīng)過至少兩個S型單元并且在該帶的基本上縱軸方向上在張力下使該帶在開卷狀態(tài)下退火，以使該帶在2至1000MPa的軸向拉應力下在530℃至700℃的退火溫度下保持5至120秒的持續(xù)時間，所述非晶帶所經(jīng)受的拉應力、所述退火時的其進給速度、退火時間以及退火溫度的選擇要使得該帶材的截面剖面不是Ω形的，并且該帶材的橫截面的最大撓度小于該帶材寬度的3％，優(yōu)選小于該寬度的1％。2.權利要求1的方法，其中帶材進給速度大于或等于10厘米/秒/米爐工作區(qū)。3.權利要求1或2的方法，其中軸向拉應力大于500MPa。4.權利要求1-3中任一項的方法，其中進給的非晶帶的斷裂率小于10個斷裂/千米帶。5.權利要求1-4中任一項的方法，其中，另外，y大于或等于12。6.權利要求1-5中任一項的方法，其中a<0.04和"0.07，0.50<1.5和2<ct<5，13《y"6.6和5.8《z",P<2和y"。7.權利要求6的方法，其中a<0.02和b<0.05，0.5"<1.5和2.5<cc<4，14.5<y<16.5和5.8<z<7.5，p<1和Y<1。8.權利要求1-6中任一項的方法，其中a+b<0.1。9.權利要求1-8中任一項的方法，其中a-0。10.權利要求1-9中任一項的方法，其中b-0。11.可通過實施權利要求1-10中任一項的方法獲得的納米結晶材料帶材，該帶材能夠在這種帶材的任何點上經(jīng)受至多3mm曲率直徑的彎曲而沒有斷裂也沒有裂紋。12.權利要求11的帶材，其通過實施權利要求1-10中任一項的方法由非晶帶而獲得，所述帶材的厚度相對于所述非晶帶的厚度降低至少10%。13.權利要求11或12的帶材，其矯頑磁場小于或等于7A/m，優(yōu)選小于或等于5A/m。14.權利要求11至13中任一項的帶材，其在2000e下的感應大于或等于12kG。15.納米結晶材料的芯，其可如下獲得實施權利要求1-10中任一項的方法，在該方法結束后巻繞所述納米結晶帶材，并且其磁導率大于或等于50且小于200，其截止頻率為30至200MHz。16.納米結晶材料的芯，其可如下獲得實施權利要求1-10中任一項的方法，在該方法結束后巻繞所述納米結晶帶材，并且其直徑小于或等于10mm。17.權利要求15或16的芯，相對于通過巻繞經(jīng)過無應力結晶退火的相同組成的帶材所獲得的膨脹度，所述芯具有至多3%的膨脹度的降低，并且這是相對于起始非晶帶的厚度為最高達10%的納米結晶帶材厚度的降低而言。18.權利要求15-17中任一項的芯，其如下獲得實施權利要求1-10中任一項的方法，在該方法結束后在第一巻軸上第一次巻繞所述納米結晶帶材，然后開巻和在第二巻軸上的隨后的巻繞，第二巻軸的直徑小于第一巻軸的直徑。19.能夠測量電流的電流傳感器，包括可用在單級或兩級能量計中的強連續(xù)元件，其包括至少一個由權利要求6-10中任一項的方法獲得的納米結晶材料的芯。20.儲存或濾波感應器，其不依賴于疊加的連續(xù)元件的水平，可用在能量計中，其包括至少一個由權利要求6-10中任一項的方法獲得的納米結晶材料的芯。21.以非晶狀態(tài)的鑄造帶(R)為原料通過退火所述非晶帶(R)來生產(chǎn)磁芯的設備(l)，其特征在于其包括-非晶狀態(tài)的帶(R)的帶巻的接受軸(2),-溫度調(diào)節(jié)的直通式爐(3)，-至少一個S型單元(4),其位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前并連接到制動電動機(5)上，-調(diào)節(jié)所述非晶帶(R)和納米結晶材料帶材(N)的軸向拉應力的設備(6)，所述設備(6)包括力測量設備，所述力測量設備連接到位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前的所述S型單元(4)的制動電動機(5)的控制模塊上，-至少一個S型單元(7)，其位于帶材(N)離開直通式爐(3)的出口之后并且連接到電動機上，-至少一個巻軸(8)，用于以納米結晶材料的芯的形式巻繞退火后獲得的帶材(N),非晶帶(R)從裝配在所述接受軸(2)上的非晶帶(R)的存儲帶巻到達納米結晶材料帶材(N)的帶巻，相繼經(jīng)過了位于帶(R)進入到爐(3)的入口之前的S型單元(4)，然后經(jīng)過力測量設備(6)，然后經(jīng)過爐(3)，然后經(jīng)過位于帶材(N)離開爐(3)的出口之后的S型單元(7)。22.權利要求21的設備(1),包括用于巻繞該帶材的第一巻軸和用于巻繞該帶材的第二巻軸，以便在第一巻軸上巻繞第一芯后可以切割帶材(N)并將該帶材(N)的頭部的一部分裝在第二巻軸上，以進行第二芯的巻繞而不會中斷生產(chǎn)。23.權利要求21的設備(1)，包括用于巻繞帶材(N)的單個巻軸(8)和在爐(3)的出口的所述S型單元(7)的下游的帶材存儲設備(9)，從而使得能夠更換巻繞帶巻而不中斷生產(chǎn)。24.權利要求21-23中任一項的設備(l)，還包括至少一個壓輥(10),其將在退火的帶材(N)在位于帶材(N)離開直通式爐(3)的出口之后的S型單元(7)中經(jīng)過時對退火的帶材(N)進行壓制。25.權利要求21-24中任一項的設備(1),還包括至少一個凸形輥，其將在非晶帶(R)在位于所述帶(R)進入到爐(3)的入口之前的S型單元(4)中經(jīng)過時對非晶帶(R)進行壓制。全文摘要本發(fā)明涉及生產(chǎn)納米結晶材料帶材的方法，該納米結晶材料帶材如下獲得以具有以下原子組成的非晶狀態(tài)的鑄造帶為原料[Fe_1-a-bCo_aNi_b]_{100-x-y-z-α-β-γ}Cu_xSi_yB_zNb_αM’_βM”_γ，M’是V、Cr、Al和Zn元素中的至少一種，M”是C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be元素中的至少一種，其中a≤0.07和b≤0.1，0.5≤x≤1.5和2≤α≤5，10≤y≤16.9和5≤z≤8，β≤2和γ≤2，并且使該非晶帶進行結晶退火，其中通過進給經(jīng)過至少兩個S型單元并且在該帶的基本上縱軸方向上在張力下使該帶在開卷狀態(tài)下退火，以使該帶在2至1000MPa的軸向拉應力下在530℃至700℃的退火溫度下保持5至120秒的持續(xù)時間，所述非晶帶所經(jīng)受的拉應力、所述退火時的其進給速度、退火時間以及退火溫度的選擇要使得該帶材的截面剖面不是Ω形的，并且該帶材的橫截面的最大撓度小于該帶材寬度的3％，優(yōu)選小于該寬度的1％，并且涉及所獲得的帶材和芯以及用于實施所述方法的設備。文檔編號B21B1/00GK101371321SQ200680026714公開日2009年2月18日申請日期2006年5月19日優(yōu)先權日2005年5月20日發(fā)明者A·德米耶,T·薩夫,T·韋克爾勒申請人:安費合金公司