DE4002999A1

DE4002999A1 - Gewickelter magnetkern

Info

Publication number: DE4002999A1
Application number: DE4002999A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Arakawa; Kiyotaka Yamauchi; Noriyoshi Hirao
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1990-08-16
Anticipated expiration: 2010-02-02
Also published as: US5083366A; JPH02297903A; US5072205A; CA2009079A1; CA2009079C; JPH0787133B2; DE4002999C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gewickelten Magnetkern, der aus einem dünnen Band aus einer feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis gebildet ist, sowie ein Verfahren, ihn herzustellen, und insbesondere einen gewickelten Magnetkern, der aus einem dünnen Band auf feinkristalliner, weichmagnetischer Legierung auf Eisenbasis gebildet ist, welches mit einer wärmebeständigen Isolierschicht beschichtet ist, wodurch es hervorragende magnetische Eigenschaften bei hoher Frequenz, hoher Spannung usw. aufweist, sowie ein Verfahren, ihn herzustellen.

Es wurden kürzlich als magnetische Materialien mit hervorragenden Hochfrequenzeigenschaften feinkristalline, weichmagnetische Legierungen auf Eisenbasis entwickelt, die äußerst feine, kristalline Strukturen aufweisen, mit einer mittleren Korngröße von 100 nm oder weniger (EPO 2 71 657 und japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-302504).

Diese feinen, kristallinen, weichmagnetischen Legierungen auf Eisenbasis umfassen eine feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis mit der Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt ist:

(Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _aCu _xSi _yB _zM′_α

wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, und a, x, y, z und α jeweils den folgenden Ungleichungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, und 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30 und 0,1 ≦ α ≦ 30, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen, und feinkristalline, weichmagnetische Legierungen auf Eisenbasis mit der Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel ausgedrückt ist:

(Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _α _- _β _- _γCu _xSi _yB _-zM′_aM′′_βX_γ

wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, M′′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Cr, Mn, Al, Elementen in der Platingruppe, Sc, Y, seltenen Erden, Au, Zn, Sn und Re besteht, X mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As besteht, und a, x, y, z, α, β und γ jeweils den folgenden Ungleichungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30, 0,1 ≦ α ≦ 30, β ≦ 10 und γ ≦ 10, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen.

Diese Legierungen können üblicherweise dadurch erhalten werden, daß man amorphe Legierungen herstellt und sie dann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur aussetzt, die höher ist als ihre Kristallisationstemperaturen.

Wenn dünne Bänder der obigen Legierungen verwendet werden, um gewickelte Magnetkerne für Magnetverstärker bzw. Sättigungsdrosseln, Transformatoren usw. zu erzeugen, dann werden sie bevorzugt durch Isolierbänder wie etwa Polyimidfilme, Polyethylenterephthalatfilme oder Isolierschichten aus Oxidpulvern isoliert, wie etwa aus SiO₂, MgO, Al₂O₃ usw., um Wirbelstromverluste zu verringern, die die Hauptursachen von Kernverlusten gewickelter Magnetkerne sind (japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-302504).

Es wurde auch als alternatives Verfahren zum Erreichen der interlaminaren Isolierung gewickelter Magnetkerne vorgeschlagen, daß organometallische Verbindungen wie etwa Metallalkoxide beschichtet werden, um die Wärmebeständigkeitstemperaturen der Isolierschichten zu erhöhen (japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-110607), und daß ein Gemisch aus einem Sol eines partiell hydrolisierten SiO₂-TiO₂-Metallalkoxides und verschiedenartiger Keramikpulver beschichtet wird (japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-302504).

Im Fall der obigen feinkristallinen, weichmagnetischen Legierungen auf Eisenbasis, die äußerst feine Kristallstrukturen aufweisen, mit einer mittleren Korngröße von 100 nm oder weniger (bestimmt anhand der größten Korndurchmesser), sind ihre Wärmebehandlungstemperaturen so hoch wie 500°C oder sogar höher, um die Kristallisation zu veranlassen, und die Legierungen werden nach der Wärmebehandlung etwas brüchig. Dementsprechend sollte die Wärmebehandlung erst dann durchgeführt werden, nachdem die dünnen Bänder bereits mit Isolierschichten beschichtet sind. Deshalb sind Isoliermaterialien benötigt, die hervorragende Wärmebeständigkeit zeigen.

Im Fall der Isolierfolien werden sie jedoch, selbst wenn Polyimid-Isolierfolien als Isoliermaterialien verwendet werden, die eine verhältnismäßig hohe Wärmebeständigkeit zeigen, bei Wärmebehandlungstemperaturen von 500°C oder mehr geschädigt, so daß sie nicht mehr eine ausreichende Isolierung bewirken.

Wenn als Alternativlösung Keramikpulver wie etwa SiO₂, MgO, Al₂O₃ usw. als Isoliermaterialien verwendet werden, neigen, da die Keramikpartikel nicht vollständig mit den dünnen Legierungsbändern verklebt sind, die Isolierschichten dazu, weggespült zu werden, wenn die gewickelten Magnetkerne in ein fließendes Kühlströmungsmittel eingetaucht werden.

Da zusätzlich eine Spannung von mehreren 10 kV oder mehr auf gewickelte Magnetkerne für Transformatoren und Magnetverstärker aufgebracht wird, Hochspannungsimpulse zu liefern, wie in der JP-OS Nr. 63-229786 offenbart, leiden die herkömmlichen Isolierschichten unvermeidlich unter einer Zunahme in Kernverlusten infolge unzulänglicher Isolierung.

Isoliermaterialien aus Metallalkoxiden, in welchen feine, keramische Partikel dispergiert sind, werden wegen ihrer Wärmebeständigkeit als vielversprechend angesehen. In jenem Fall jedoch, in dem die Isolierschicht aus einem Sol aus partiell hydrolysiertem SiO₂-TiO₂-Metallalkoxid und feinen Keramikpartikeln hergestellt ist, wie in der JP-OS 63-302504 offenbart, zeigen solche Metallalkoxide (partiell hydrolysiertes Sol) ein Wärmeschwundverhältnis (hauptsächlich infolge einer Vernetzungsreaktion), welches äußerst unterschiedlich ist vom Wärmeschwundverhältnis (infolge der Feinkristallisation) der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis. Dementsprechend weist die resultierende Isolierschicht eine große innere Restspannung auf, welche zur Verringerung der magnetischen Eigenschaften gewickelter Magnetkerne führt, die von dünnen Bändern aus feinkristallinen, weichmagnetischen Legierungen auf Eisenbasis gebildet sind.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, einen gewickelten Magnetkern vorzusehen, der aus einer feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis gebildet ist, welche eine äußerst feine Kristallstruktur aufweist, sowie eine wärmebeständige Isolierschicht, deren Isolierung nicht durch die Wärmebehandlung für die Bildung feiner Kristalle geschädigt wird.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen gewickelten Magnetkerns vorzusehen.

Der gewickelte Magnetkern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist gebildet durch

(a) ein dünnes Band aus einer feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis, die eine Zusammensetzung aufweist, die durch die allgemeine Formel dargestellt wird (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _αCu _xSi _yB _zM′_α,wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, und a, x, y, z und α jeweils der folgenden Ungleichung genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30 und 0,1 ≦ α ≦ 30, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur eingenommen werden von feinen Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 100 nm oder weniger, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm, die an mindestens einer Oberfläche des dünnen Bandes ausgebildet ist, wobei die wärmebeständige Isolierschicht hergestellt ist aus einem gleichförmigen Gemisch aus 20 bis 90 Gew.-% eines Silanololigomers, als SiO₂, und 80 bis 10 Gew.-% feiner Keramikpartikel, welches einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Silanololigomer zu vernetzen.

Der gewickelte Magnetkern gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist gebildet durch

(a) ein dünnes Band, das aus einer feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis hergestellt ist, welche die Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt ist: (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _α _- _β _- _γCu _xSi _yB _-zM′_aM′′_βX_γ,wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, M′′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Cr, Mn, Al, Elementen in der Platingruppe, Sc, Y, seltenen Erden, Au, Zn, Sn und Re besteht, X mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As besteht, und a, x, y, z, α, β und γ jeweils den folgenden Ungleichungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30, 0,1 ≦ α ≦ 30, β ≦ 10 und γ ≦ 10, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur eingenommen werden von feinen Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 100 nm oder weniger, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm, die an mindestens einer Oberfläche des dünnen Bandes ausgebildet ist, wobei die wärmebeständige Isolierschicht hergestellt ist aus einem gleichförmigen Gemisch aus 20 bis 90 Gew.-% eines Silanololigomers, als SiO₂, und 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel, welches einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Silanololigomer zu vernetzen.

Das Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns gemäß der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf:

(a) Aufbringen auf mindestens eine Oberfläche eines dünnen Bandes, das aus einer amorphen Legierung mit der obigen Zusammensetzung hergestellt ist, einer Dispersion, die 20 bis 90 Gew.-% eines Silanololigomers, als SiO₂, enthält, sowie 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel, die auf einer festen Komponente beruhen, mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm und auf eine trockene Grundlage,
(b) Wickeln des dünnen Bandes nach dem Trocknen, und
(c) Unterziehen des resultierenden gewickelten Magnetkerns einer Wärmebehandlung bei 450 bis 700°C für 5 Minuten bis 24 Stunden, um in der amorphen Legierung eine feine kristalline Struktur zu erreichen und um die Vernetzung des Silanololigomers zu veranlassen.

In der Zeichnung ist die einzige Figur eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung zum Herstellen des gewickelten Magnetkerns gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis, die den gewickelten Magnetkern der vorliegenden Erfindung bildet, kann Eisen ersetzt werden durch Co und/oder Ni im Bereich von 0 bis 0,5. Um jedoch gute magnetische Eigenschaften, wie etwa geringen Kernverlust und Magnetostriktion zu haben, ist der Anteil an Co und/oder Ni, der durch "a" dargestellt ist, bevorzugt 0 bis 0,1. Um insbesondere eine Legierung mit niedriger Magnetostriktion vorzusehen, ist der Bereich von "a" bevorzugt 0 bis 0,05.

Cu ist ein unverzichtbares Element, und sein Anteil "x" beträgt 0,1 bis 3 Atom-%. Wenn er kleiner ist als 0,1 Atom-%, dann kann im wesentlichen keine Wirkung bei der Verringerung des Kernverlustes und bei der Zunahme in der Permeabilität durch den Zusatz von Cu erreicht werden. Wenn er andererseits 3 Atom-% überschreitet, dann wird der Kernverlust der Legierung größer als jener, der kein Cu enthält, was auch die Permeabilität verringert. Der bevorzugte Gehalt an Cu in der vorliegenden Erfindung ist 0,5 bis 2 Atom-%; in diesem Bereich ist der Kernverlust besonders klein und die Permeabilität ist hoch.

Die Gründe, warum der Kernverlust durch den Zusatz von Cu abnimmt und die Permeabilität zunimmt, sind nicht vollständig klar, aber es kann unterstellt werden wie folgt:

Cu und Fe haben einen positiven Wechselwirkungsparameter, so daß ihre Löslichkeit gering ist. Da jedoch Eisenatome oder Kupferatome danach trachten, sich zu sammeln, um Anhäufungen zu bilden, bilden sie hierbei Schwankungen in der Zusammensetzung. Dies erzeugt eine Menge von Bereichen, bei denen eine hohe Wahrscheinlichkeit zur Kristallisierung besteht, um Kerne für die Erzeugung feiner Kristallkörner zu bilden. Diese Kristallkörner sind begründet auf Eisen, und da Kupfer im wesentlichen in Eisen unlöslich ist, wird Kupfer von den feinen Kristallkörnern ausgestoßen, wobei der Kupfergehalt in der Nachbarschaft der Kristallkörner hoch wird. Dies unterdrückt, wie angenommen wird, das Wachstum der Kristallkörner.

Wegen der Bildung einer großen Anzahl von Kernen und der Unterdrückung des Wachstums der Kristallkörner durch den Zusatz von Cu werden die Kristallkörner klein, und diese Erscheinung wird durch den Einfluß von Nb, Ta, W, Mo Zr, Hf, Ti usw. beschleunigt.

Ohne Nb, Ta, W, Mo Zr, Hf, Ti usw. werden die Kristallkörner nicht in vollem Umfang fein ausgebildet und somit sind die weichmagnetischen Eigenschaften der resultierenden Legierung schlecht. Insbesondere Nb und Mo sind wirksam, und insbesondere Nb bewirkt es, die Kristallkörner fein zu halten, wobei hervorragende weichmagnetische Eigenschaften vorgesehen werden. Da eine feinkristalline Phase, die auf Fe begründet ist, gebildet wird, weist die weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis der vorliegenden Erfindung eine geringere Magnetostriktion auf als amorphe Legierungen auf Eisenbasis, was bedeutet, daß die feinkristalline, weichmagnetische Legierung der vorliegenden Erfindung auf Eisenbasis eine geringere magnetische Anisotropie infolge innerer Spannung bzw. Belastung aufweist, was zu verbesserten weichmagnetischen Eigenschaften führt.

Ohne den Zusatz von Cu ist es unwahrscheinlich, daß die Kristallkörner fein ausgebildet werden. Statt dessen ist es wahrscheinlich, daß eine Verbundphase gebildet und kristallisiert wird, wobei die magnetischen Eigenschaften verschlechtert werden.

Si und B sind Elemente, die besonders geeignet sind, die Legierungsstruktur fein zu machen. Die feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis der vorliegenden Erfindung wird dadurch erzeugt, daß man erst einmal eine amorphe Legierung mit dem Zusatz von Si und B bildet und dann durch Wärmebehandlung die feinen Kristallkörner ausbildet.

Der Gehalt an Si ("y") und jener an B ("z") sind 0 ≦ y ≦ 30 Atom-%, 0 ≦ z ≦ 25 Atom-% und 5 ≦ y + z ≦ 30 Atom-%, denn sonst würde die Legierung eine außerordentich verringerte Saturierungs-Magnetflußdichte aufweisen.

In der vorliegenden Erfindung ist der bevorzugte Bereich vo y 6 bis 25 Atom-% und der bevorzugte Bereich von z ist 2 bis 25 Atom-%, und der bevorzugte Bereich von y + z ist 14 bis 30 Atom-%. Wenn y 25 Atom-% überschreitet, dann weist die resultierende Legierung eine verhältnismäßig große Magnetostriktion im Zustand guter weichmagnetischer Eigenschaften auf, und wenn y kleiner ist als 6 Atom-%, dann werden nicht notwendigerweise ausreichende weichmagnetische Eigenschaften erreicht. Die Gründe zum Begrenzen des Anteils von B ("z") sind jene, daß dann, wenn z geringer als 2 Atom-%, eine gleichförmige kristalline Kornstruktur nicht mühelos erhalten werden kann, was die weichmagnetischen Eigenschaften etwas verschlechtert, und wenn z 25 Atom-% überschreitet, dann würde die resultierende Legierung unter der Bedingung der Wärmebehandlung zum Vorsehen guter magnetischer Eigenschaften eine verhältnismäßig große Magnetostriktion aufweisen. Im Hinblick auf die Gesamtmenge von Si + B (y + x) ist es, wenn y + z weniger ist als 14 Atom-%, oftmals schwierig, die Legierung amorph zu halten, was verhältnismäßig schlechte magnetische Eigenschaften liefert, und wenn y + z 30 Atom-% überschreitet, dann folgen eine außerordentliche Abnahme in der Sättigungs-Magnetflußdichte und die Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften sowie die Zunahme bei der Magnetostriktion. Mehr bevorzugt sind der Anteil von Si und B 10 ≦ y ≦ 25, 3 ≦ z ≦ 18 und 18 ≦ y + z ≦ 28, und dieser Bereich schafft eine Legierung mit hervorragenden weichmagnetischen Eigenschaften und insbesondere eine Sättigungs-Magnetostriktion im Bereich von -5 × 10⁻⁶ bis +5 × 10⁻⁶.

Der besonders bevorzugte Bereich ist 11 ≦ y ≦ 24, 3 ≦ z ≦ 9 und 18 ≦ y + z ≦ 27, und dieser Bereich sorgt für eine Legierung mit einer Sättigungs-Magnetostriktion im Bereich von 1,5 × 10⁻⁶ bis +1,5 × 10⁻⁶.

Bei der vorliegenden Erfindung ist M′ wirksam, wenn es gemeinsam mit Cu zugesetzt wird, um die ausgeschiedenen Kristallkörner fein zu machen. M′ ist mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht. Diese Elemente weisen die Funktion auf, die Kristallisationstemperatur der Legierung anzuheben und synergistisch mit Cu haben sie die Funktion, Ansammlungen bzw. Cluster zu bilden und somit die Kristallisationstemperatur abzusenken, wobei sie das Wachstum der ausgefällten Kristallkörner unterdrücken und sie fein machen.

Der Gehalt an M′ (α) ist 0,1 bis 30 Atom-%. Wenn er kleiner ist als 0,1 Atom-%, dann kann keine ausreichende Wirkung erreicht werden, um die Kristallkörner fein zu machen und wenn er 30 Atom-% überschreitet, dann folgt eine außerordentliche Abnahme in der Saturations-Magnetflußdichte. Der bevorzugte Gehalt an M′ ist 0,1 bis 10 Atom-% und mehr, bevorzugt ist α 2 bis 8 Atom-%, in welchem Bereich besonders hervorragende weichmagnetische Eigenschaften erhalten werden. Im übrigen ist bevorzugt M′ von Nb und/oder Mo gebildet, und insbesondere Nb, was die magnetischen Eigenschaften angeht. Der Zusatz von M′ liefert eine feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis mit einer so hohen Permeabilität wie jener von hochpermeablen Materialien auf Co-Basis.

M′′, das mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Cr, Mn, Al, Elementen in der Platingruppe, Sc, Y, seltenen Erden, Au, Zn, Sn und Re besteht, kann zu dem Zweck zugesetzt werden, die Korrosionsbeständigkeit oder die magnetischen Eigenschaften zu verbessern und die Magnetostriktion einzustellen, aber sein Gehalt ist höchstens 10 Atom-%. Wenn der Gehalt an M′′ 10 Atom-% überschreitet, dann folgt eine außerordentliche Abnahme in der Sättigungs-Magnetflußdichte. Ein speziell bevorzugtes Maß für M′′ ist 5 Atom-% oder weniger.

Die feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis kann 10 Atom-% oder weniger an mindestens einem Element X enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, das aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As besteht. Diese Elemente bewirken die amorphe Ausbildung, und wenn sie zusammen mit Si und B zugesetzt werden, dann tragen sie dazu bei, die Legierung amorph zu machen und bewirken auch die Einstellung der Magnetostriktion und der Curietemperatur der Legierung.

Insgesamt haben in der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis mit der allgemeinen Formel

(Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _αCu _xSi _yB _zM′_α

die allgemeinen Bereiche von a, x, y, z und α die Werte

0 ≦ a ≦ 0,5,
0,1 ≦ x ≦ 3,
0 ≦ y ≦ 30,
0 ≦ z ≦ 25,
5 ≦ y + z ≦ 30,
0,1 ≦ α ≦ 30,

und deren bevorzugte Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,1,
0,1 ≦ x ≦ 3,
6 ≦ y ≦ 25,
2 ≦ z ≦ 25,
14 ≦ y + z ≦ 30,
0,1 ≦ α ≦ 10,

und die noch mehr bevorzugten Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,1,
0,5 ≦ x ≦ 2,
10 ≦ y ≦ 25,
3 ≦ z ≦ 18,
18 ≦ y + z ≦ 28,
2 ≦ α ≦ 8,

und die am meisten bevorzugten Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,05,
0,5 ≦ x ≦ 2,
11 ≦ y ≦ 24,
3 ≦ z ≦ 9,
18 ≦ y + z ≦ 27,
2 ≦ α ≦ 8.

Bei der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis mit der allgemeinen Formel

(Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _α _- _b _- _γCu _xSi _yB _-zM′_αM′′_bX_γ

sind die allgemeinen Bereiche von a, x, y, z, α, β und γ

0 ≦ a ≦ 0,5,
0,1 ≦ x ≦ 3,
0 ≦ y ≦ 30,
0 ≦ z ≦ 25,
5 ≦ y + z ≦ 30,
0,1 ≦ α ≦ 30,
β ≦ 10,
γ ≦ 10.

Die bevorzugten Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,1,
0,1 ≦ x ≦ 3,
6 ≦ y ≦ 25,
2 ≦ z ≦ 25,
14 ≦ y + z ≦ 30,
0,1 ≦ α ≦ 10,
β ≦ 5,
γ ≦ 5.

Die mehr bevorzugten Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,1,
0,5 ≦ x ≦ 2,
10 ≦ y ≦ 25,
3 ≦ z ≦ 18,
18 ≦ y + z ≦ 28,
2 ≦ α ≦ 8,
β ≦ 5,
γ ≦ 5,

und die am meisten bevorzugten Bereiche sind

0 ≦ a ≦ 0,05,
0,5 ≦ x ≦ 2,
11 ≦ y ≦ 24,
3 ≦ z ≦ 9,
18 ≦ y + z ≦ 27,
2 ≦ α ≦ 8.
β ≦ 5,
γ ≦ 5.

Die feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis mit der obigen Zusammensetzung weist eine Legierungsstruktur auf, von der mindestens 50% aus feinkristallinen Körnern besteht. Diese Kristallkörner beruhen auf einem α-Fe mit einer kubisch raumzentrierten Struktur (bcc structure), in welche Si, B usw. gelöst sind. Diese Kristallkörner haben eine äußerst kleine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger und sind in der Legierungsstruktur gleichförmig verteilt. Im übrigen wird die mittlere Korngröße der Kristallkörner durch Messen der Maximalgröße eines jeden Kornes und deren Mittelwertbildung bestimmt. Wenn die mittlere Korngröße 100 nm überschreitet, dann werden keine guten weichmagnetischen Eigenschaften erreicht. Es ist bevorzugt 50 nm oder weniger, noch mehr bevorzugt 20 nm oder weniger und insbesondere 5 bis 20 nm. Der verbleibende Anteil der Legierungsstruktur außer den feinen Kristallkörnern ist hauptsächlich amorph. Selbst mit feinen Kristallkörnern, die im wesentlichen 100% der Legierungsstruktur einnehmen, hat die feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis der vorliegenden Erfindung ausreichend gute magnetische Eigenschaften.

Im übrigen ist im Hinblick auf unvermeidliche Verunreinigungen wie N, O, S usw. zu vermerken, daß deren Einfluß in solchen Mengen, in welchen die gewünschten Eigenschaften nicht gemindert werden, nicht als Änderung der Legierungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung angesehen wird, die für magnetische Kerne usw. geeignet ist.

Als nächstes wird das Verfahren zum Erzeugen der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis unten im einzelnen erklärt.

Als erstes wird eine Schmelze mit der obengenannten Zusammensetzung rasch durch bekannte Flüssigkeits-Abschreckmethoden abgeschreckt, wie etwa die eine Einzel-Walzmethode, eine Doppel-Walzmethode usw., um Bänder aus amorpher Legierung zu binden. Üblicherweise haben Bänder aus amorpher Legierung, die durch die Einzel-Walzmethode usw. hergestellt werden, eine Dicke von etwa 5 bis 100 µm, und solche, die eine Dicke von 25 µm oder weniger aufweisen, sind besonders als Magnetkernmaterialien für die Verwendung bei hoher Frequenz geeignet.

Diese amorphen Legierungen können Kristallphasen enthalten, aber die Legierungsstruktur ist bevorzugt amorph, um die Bildung gleichförmiger, feiner Kristallkörner durch eine nachfolgende Wärmebehandlung sicherzustellen. Im übrigen kann die Legierung der vorliegenden Erfindung unmittelbar durch die Flüssig-Abschreckmethode erzeugt werden, ohne daß man auf die Wärmebehandlung zurückgreift, solange geeignete Bedingungen ausgewählt werden.

Die amorphen Bänder werden vor der Wärmebehandlung aus den Gründen gewickelt, daß die Bänder in amorphem Zustand eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen, die Verarbeitbarkeit aber verlieren, wenn sie erst einmal kristallisiert sind.

Die Wärmebehandlung wird dadurch ausgeführt, daß man das zu einer gewünschten Form gewickelte Band aus amorpher Legierung im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre, wie Wasserstoff, Stickstoff, Argon usw. erwärmt. Temperatur und Zeit der Wärmebehandlung können in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Bandes aus amorpher Legierung und Form und Größe eines Magnetkerns aus dem Band aus amorpher Legierung und dergleichen variieren, aber im allgemeinen findet die Wärmebehandlung bevorzugt bei 450 bis 700°C für 5 Minuten bis 24 Stunden lang statt. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger ist als 450°C, dann ist es nicht wahrscheinlich, daß mühelos eine Kristallisation stattfindet, so daß zu viel Zeit für die Wärmebehandlung erforderlich ist. Wenn sie andererseits 700°C überschreitet, dann besteht die Neigung zur Bildung grober Kristallkörner, was es erschwert, feine Kristallkörner zu erhalten. Im Hinblick auf die Wärmebehandlungszeit ist es, wenn sie kürzer ist als 5 Minuten, schwierig, die gesamte, verarbeitete Legierung auf eine gleichförmige Temperatur zu erwärmen, was ungleichmäßige magnetische Eigenschaften liefert, und wenn sie länger ist als 24 Stunden, dann wird die Produktivität zu niedrig, und es wachsen auch die Kristallkörner im Übermaß, was zur Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führt. Die bevorzugten Wärmebehandlungsbedingungen sind, wenn man Ausführbarkeit und Kontrolle der gleichförmigen Temperatur usw. in Betracht zieht, 500 bis 650°C für 5 Minuten bis 6 Stunden.

Die Atmosphäre der Wärmebehandlung ist bevorzugt eine Inertgasatmosphäre, kann aber auch eine oxidierende Atmosphäre wie etwa Luft sein. Die Abkühlung kann zweckmäßigerweise in der Luft oder in einem Ofen durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann auch durch mehrere Schritte ausgeführt werden.

Die Wärmebehandlung kann in einem Magnetfeld durchgeführt werden, um die Legierung mit einer magnetischen Anisotropie zu versehen. Wenn ein Magnetfeld parallel zum magnetischen Weg eines Magnetkernes aufgebracht wird, der aus der Legierung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, und zwar während des Wärmebehandlungsschrittes, dann weist der resultierende, wärmebehandelte Magnetkern eine gute Rechteckigkeit in seiner B-H-Kurve auf, so daß er insbesondere geeignet ist für Magnetverstärker, Magnetschalter, Impulskompressionskerne, Reaktoren zum Verhindern der Spitzenspannung und dergleichen. Wenn andererseits die Wärmebehandlung durchgeführt wird, während man ein Magnetfeld senkrecht zum magnetischen Weg eines Magnetkerns aufbringt, dann fällt die B-H-Kurve ab, wodurch er mit einem geringen Rechteckigskeitsverhältnis und einer konstanten Permeabilität versehen wird. Somit hat er einen breiten Betriebsbereich und ist deshalb für Transformatoren, Geräuschfilter, Drosselspulen usw. geeignet.

Das Magnetfeld muß nicht während der Wärmebehandlung ständig aufgebracht werden, und es ist nur dann erforderlich, wenn die Legierung sich bei einer Temperatur befindet, die niedriger ist als ihre Curietemperatur Tc. In der vorliegenden Erfindung weist die Legierung wegen der Kristallisation eine erhöhte Curietemperatur als ihr amorphes Gegenstück auf, und so kann die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld bei Temperaturen durchgeführt werden, die höher sind als die Curietemperatur der entsprechenden amorphen Legierung. Im Fall der Wärmebehandlung in einem Magnetfeld kann sie durch zwei oder mehr Schritte ausgeführt werden. Es kann während der Wärmebehandlung auch ein rotierendes Magnetfeld aufgebracht werden.

Als nächstes wird die wärmebeständige Isolierschicht der vorliegenden Erfindung aus 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, aus einem Silanololigomer und 80 bis 10 Gew.-% aus feinen keramischen Partikeln hergestellt.

Das Silanololigomer ist ein polymerisiertes Produkt eines Silanols, welches ein Hydrolysat oder ein hydrolysiertes Produkt eines Siliziumalkoxides ist, das im wesentlichen jene Struktur aufweist, die durch die Formel RSi(OR)₃ dargestellt ist. Die Hydrolyse-Reaktion des Siliziumalkoxides findet statt wie folgt:

Da das Silanol eine hohe Reaktivität zeigt, wird es leicht polymerisiert. Das mittlere Molekulargewicht des Silanololigomers kann in Abhängigkeit von der gewünschten Viskosität einer Beschichtungsflüssigkeit bestimmt werden, sowie von dem Schwundverhältnis bzw. Schrumpfungsverhältnis der Überzugsschicht. Wenn das mittlere Molekulargewicht so groß ist, dann weist die Beschichtungsflüssigkeit eine zu große Viskosität auf, und wenn es zu klein ist, dann weist die resultierende Isolierschicht infolge der Vernetzung ein zu großes Schrumpfungsverhältnis auf. Dementsprechend ist das mittlere Molekulargewicht des Silanololigomers bevorzugt etwa 500 bis 8000, insbesondere etwa 2000.

Das Siliziumalkoxid, das durch Hydrolyse das Silanololigomer bildet, hat im wesentlichen die folgende Struktur:

RSi(OR)₃,

worin R eine Phenylgruppe oder eine Alkylgruppe darstellt. In Anbetracht der folienbildenden Eigenschaften sowie der Temperatur und Zeit bei der Bildung von Isolierschichten sind niedrigere Alkylgruppen wie etwa eine Äthylgruppe und eine Methylgruppe mehr bevorzugt als die Phenylgruppe.

Wenn das Siliziumalkoxid in einem einzigen Molekül zwei Alkoxylgruppen enthält, dann ist das polymerisierte Produkt ein Silikonöl (silicon oil). Und wenn es vier Alkoxylgruppen enthält, dann findet eine zu starke Vernetzung statt, was zu einer Erhöhung im Schrumpfungsverhältnis führt. Wenn es jedoch drei Alkoxylgruppen enthält, dann wird durch die R-Gruppen die Vernetzung teilweise verhindert, was insgesamt zu dem gewünschten Vernetzungsgrad führt. Deshalb sollte das Siliziumalkoxid im wesentlichen drei Alkoxylgruppen aufweisen.

Die Vernetzungsreaktion des Silanololigomers kann durch eine Dehydrationsreaktion oder eine Dealkoholierungs-Reaktion (dealcohol reaction) stattfinden, wie durch die folgenden Gleichungen gezeigt:

HO-Si-O-Si-OH + HO-Si-O-Si-OH → HO-Si-O-Si-OH + H₂O (2)

HO-Si-O-Si-OH + RO-Si-O-Si-OH → HO-Si-O-Si-OH + ROH (3)

Die vernetzenden Produkte, die auf diese Weise erhalten werden, haben die folgende Vernetzungsstruktur

Obwohl es verschiedenartige andere Metallalkoxide als Siliziumalkoxide gibt, sollten sie im übrigen durch die Vernetzung ein ähnliches Schrumpfungsverhältnis zeigen wie jenes der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis. In dieser Hinsicht sollte das Siliziumalkoxid verwendet werden. Genauer gesagt, wenn die feinkristalline, weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis auf 450 bis 700°C zur Feinkristallisierung erwärmt wird, zeigt sie ein außerordentliches Schrumpfungsverhältnis. Wenn dementsprechend die wärmebeständige Isolierschicht nicht ein ähnliches Schrumpfungsverhältnis zeigt, dann würde eine innere Spannung in der wärmebeständigen Isolierschicht verbleiben, was in dieser eine Belastung bzw. Deformierung veranlassen würde. Da diese die magnetischen Eigenschaften des gewickelten Magnetkerns verschlechtert, sollte ein Isoliermaterial verwendet werden, das ein Schrumpfungsverhältnis aufweist, das gleich jenem der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis ist, um zu verhindern, daß eine Belastung bzw. Deformierung in der resultierenden Isolierschicht durch Wärmeschrumpfung erzeugt wird.

Die feinen keramischen Partikel, die in der wärmebeständigen Isolierschicht enthalten sind, umfassen feine Partikel aus SiO₂, MgO, Al₂O₃, SiC, BN, Si₃N₄, TiO₂ usw. Die feinen keramischen Partikel haben bevorzugt eine Partikelgröße von 0,1 µm oder weniger, und sie sind bevorzugt kolloide Partikel. Angesicht der Affinität zu dem Siliziumalkoxid ist kolloides Siliziumoxid (silica) besonders zu bevorzugen.

Durch Vernetzung einer Beschichtungslage, die die obengenannten, isolierenden, feinen keramischen Partikel aufweist, die im Silanololigomer dispergiert sind, ist es möglich, die wärmebeständige Isolierschicht daran zu hindern, zwischen den Bandlagen herausgespült zu werden, die den gewickelten Magnetkern bilden, und eine gewünschte Dicke der Isolierschicht zu erzielen.

Bei der wärmebeständigen Isolierschicht beträgt der Gehalt des Silanololigomers (auf einer trockenen Basis) 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, und der Gehalt an feinen keramischen Partikeln beträgt 80 bis 10 Gew.-%. Wenn der Gehalt des Silanololigomers niedriger ist als 20 Gew.-% (der Gehalt der feinen Keramikpartikel überschreitet 80 Gew.-%), dann weist die Isolierschicht eine unzulängliche Festigkeit auf und liefert eine unzulängliche, spannungsabsorbierende Funktion durch die feinen keramischen Partikel. Wenn andererseits der Gehalt des Silanololigomers 90 Gew.-% überschreitet (der Gehalt der feinen keramischen Partikel ist dann niedriger als 10 Gew.-%), dann weist die Isolierschicht keine ausreichende Dicke auf. Der bevorzugte Gehalt des Silanololigomers beträgt 40 bis 60 Gew.-% (der bevorzugte Gehalt der feinen keramischen Partikel beträgt 60 bis 40 Gew.-%). Wenn im übrigen die Isolierschicht eine geringe Haftfestigkeit an dem dünnen Legierungsband aufweist, dann besteht die Neigung, daß Risse in der Isolierschicht auftreten. Deshalb wird der Gehalt des Silanololigomers bevorzugt bis auf ein geeignetes Niveau eingestellt.

Die Isolierschicht, die aus dem Silanololigomer und den feinen keramischen Partikeln besteht, wird in Form einer Dispersion aufgebracht und getrocknet. Organische Lösungsmittel zum Auflösen des Silanololigomers und der feinen keramischen Partikel umfassen, vom Gesichtspunkt der Herstellung des gewickelten Magnetkerns her betrachtet, bevorzugt Alkohole mit einem so niedrigen Siedepunkt, daß sie die Beschichtungstätigkeit nicht erschweren. Die bevorzugten organischen Lösungsmittel sind leicht trockenbare Lösungsmittel wie etwa Propylalkohol, Ethylalkohol, Methylalkohol, Isopropylalkohol usw.

Bei der Auswahl dieser organischen Lösungsmittel sollten die Leichtigkeit der Beschichtung und die Topfzeit, innerhalb deren die Dispersion verwendet werden kann, usw. in Betracht gezogen werden.

Die feste Komponente, die aus dem Silanololigomer und den feinen keramischen Partikeln besteht, beträgt in der Dispersion 2 bis 50 Gew.-%. Wenn der Feststoffanteil kleiner ist als 2 Gew.-%, ist es schwierig, eine Isolierschicht mit einer Dicke von 0,5 µm oder mehr zu erzeugen. Wenn sie andererseits 50 Gew.-% überschreitet, dann weist die Beschichtungsflüssigkeit eine zu große Viskosität und eine so schlechte Fließfähigkeit auf, daß sie die Beschichtungstätigkeit erschwert.

Weil eine geeignete Isolierungs-Durchschlagspannung erforderlich ist (die Durchgangsspannung sollte im allgemeinen mehrere Volt bis mehrere hundert Volt betragen), sollte die Dicke der Isolierschicht 0,5 bis 5 µm betragen. Zu diesem Zweck ist der Feststoffbestandteil in der Dispersion insbesondere 20 bis 30 Gew.-%.

Die Isolierschicht kann dadurch gebildet werden, daß man die Dispersion auf das dünne Legierungsband aufträgt oder aufsprüht oder das dünne Legierungsband in die Dispersion eintaucht. Um die Benetzbarkeit des dünnen Legierungsbandes durch die Dispersion zu verbessern, ist es wirksam, kleine Mengen von Säuren oder Laugen wie etwa H₂SO₄, NH₃ usw. der Dispersion zuzusetzen, um ihren pH-Wert einzustellen. In diesem Fall sollte der pH-Wert auf den Bereich von etwa 5,5 bis 10 einreguliert werden.

Nach dem Auftragen der Dispersion wird das dünne Band ausreichend getrocknet und gewickelt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die in der Figur gezeigte Vorrichtung verwendet. Das dünne Band aus amorpher Legierung 1 wird in ein Bad 2 über eine Führungsrolle 11 eingeleitet und dreht sich um eine Führungsrolle 12, die in eine Dispersion 3 eingetaucht ist, so daß es an beiden Oberflächen mit einer Dispersion beschichtet wird. Nach Entfernung überschüssiger Dispersion durch einen Abstreifer 7 tritt das dünne Band durch einen Heißlufttrockner 5 und das getrocknete dünne Band wird aufgewickelt, um einen gewickelten Magnetkern 6 zu bilden. Im übrigen wird die Dispersion 3 stets von einem Rührer 4 durchgeführt.

Der auf diese Weise mit einer Isolierschicht ausgebildete, gewickelte Magnetkern wird dann einer Wärmebehandlung unter den obigen Bedingungen für die Feinkristallisierung unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung durchläuft das Silanololigomer eine Vernetzungsreaktion, so daß es eine vernetzte Struktur aufweist, die durch die Formel (4) gezeigt ist.

Die Isolierschicht wird durch die Vernetzungsreaktion gefestigt. Als Ergebnis ist es unwahrscheinlich, daß die Isolierschicht verlorengeht, selbst wenn ein Kühlströmungsmittel über den gewickelten Magnetkern fließt.

Durch Verwendung eines Siliziumalkoxides, das im wesentlichen die Struktur RSi(OR)₃ aufweist, als Ausgangsmaterial für das Silanololigomer und durch Bildung der Beschichtungslage, die aus dem Silanololigomer und den feinen keramischen Partikeln besteht, auf dem dünnen Band aus amorpher Legierung und durch deren nachfolgende Unterziehung einer Wärmebehandlung bei der Feinkristallisierungstemperatur von 450 bis 700°C wird die resultierende Beschichtungslage durch die Vernetzung gehärtet und zeigt ein ähnliches Schrumpfungsverhältnis wie jenes der feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis.

Als Gründe hierfür werden die folgenden angesehen:

(1) Da wegen des Vorliegens der R-Gruppen keine übermäßige Vernetzungsreaktion stattfindet, kann das Schrumpfungsverhältnis der Isolierschicht gesteuert werden.
(2) Eine Spannung, die durch die Schrumpfung der Beschichtungslage verursacht wird, kann durch die feinen keramischen Partikel absorbiert werden.

Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen durch die folgenden Beispiele beschrieben, ohne daß beabsichtigt ist, den Bereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.

Beispiel 1

Ein dünnes Band aus einer amorphen Legierung mit einer Dicke von 18 µm und einer Breite von 25 mm wurde durch ein Einmal-Walzverfahren aus einer Legierungsschmelze aus 1% Cu, 3% Nb, 13% Si, 7% B und dem Rest Fe (Atom-%) hergestellt. Dieses dünne Band aus amorpher Legierung wurde auf eine Länge von 100 mm zugeschnitten und mit verschiedenartigen Isolierbeschichtungsflüssigkeiten überzogen, die folgende Zusammensetzungen aufweisen. Nach dem Trocknen wurde jede Probe auf 550°C bei 5°C/min erwärmt, eine Stunde lang bei 550°C gehalten und dann stehengelassen. Jedes dünne Band wurde in bezug auf die Änderung seiner Längenerstreckung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Im übrigen hatte jede Isolierschicht eine Dicke von 4 µm.

Tabelle 1

Beispiele 2 bis 6, Vergleichsbeispiele 1 und 2

Dünne Bänder amorpher Legierungen aus 1% Cu, 2,2% Nb, 12,7% Si, 10% B und dem Rest im wesentlichen aus Fe (Atom-%) wurden mit Dispersionen beschichtet, die verschiedenartige Zusammensetzungen hatten. Die Dispersionen enthielten 4 bis 20 Gew.-%, als SiO₂, an Oligomeren hydrolysierter Produkte von Methyltrimethoxy-Silan (CH₃Si(OCH₃)₃) mit einem Molekulargewicht von 2000, 7 Gew.-%, auf der Grundlage des Silanololigomers (als SiO₂), an kolloidem Siliziumoxid (mittlere Partikelgröße: 20 bis 30 mµm), und eine Restmenge an Isopropylalkohol. Eine kleine Menge an NH₃ wurde den Dispersionen zugesetzt, um einen pH-Wert von 8,5 zu ergeben. Gewickelte Magnetkerne wurden dadurch hergestellt, daß man verschiedenartige Dispersionen in der in der Figur gezeigten Vorrichtung verwendet hat. Jeder gewickelte Magnetkern wurde auf 530°C erwärmt und bei dieser Temperatur 120 Minuten lang gehalten, um die Legierung fein auskristallisieren zu lassen. Die Eigenschaften der resultierenden gewickelten Magnetkerne sind in Tabelle 2 gezeigt. Zum Vergleich enthält die Tabelle 2 das Vergleichsbeispiel 1, das jenen Fall zeigt, in welchem keine Isolierschicht vorliegt, und ein Vergleichsbeispiel 2, das einen Fall zeigt, in welchem das Silanololigomer 0,2 Gew.-% ausmacht.

Tabelle 2

B₈₀ bezeichnet eine magnetische Flußdichte, wenn ein erregendes Magnetfeld 80 A/m beträgt, Br/B₈₀₀ bezeichnet das Verhältnis zwischen einer magnetischen Rest-Flußdichte B _r und einer magnetischen Flußdichte B₈₀₀ bei einem erregenden Magnetfeld von 800 A/m, W _{0,2/20 kHz} bezeichnet einen Kernverlust (Einheit: kW/m³) bei einer Frequenz von 20 kHz und einem magnetischen Fluß von 0,2 T und W _{0,2/100 kHz} bezeichnet einen Kernverlust bei einer Frequenz von 100 kHz und einem magnetischen Fluß von 0,2 T.

Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, sind hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften bei Gleichstrom, insbesondere die Koerzitivkraft, jene, die keine Isolierschichten aufweisen, besser. Im Hinblick auf die Eigenschaften bei Wechselstrom jedoch, insbesondere Permeabilität und Kernverlust, sind die gewickelten Magnetkerne der vorliegenden Erfindung viel besser als jene, die keine Isolierschichten aufweisen.

Beispiele 7 bis 9, Vergleichsbeispiel 3

Dünne Bänder aus amorphen Legierungen aus 0,5% Cu, 3% Nb, 12% Si, 9% B und dem Rest im wesentlichen Fe (Atom-%) wurden mit Dispersionen beschichtet, die verschiedenartige Zusammensetzungen aufwiesen. Die Dispersionen, die 2 bis 10 Gew.-%, als SiO₂, eines Oligomers enthielten, das aus einem 1 : 9(auf das Gewicht bezogen)-Gemisch aus Methyltriethoxy-Silan und Phenylethoxy-Silan erzeugt wurden, 2 Gew.-% an MgO-Partikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 µm (20 bis 100% der Menge des Silanololigomers), 2 bis 10 Gew.-% Propylalkohol (dieselbe Menge wie jene des Silanololigomers) und die verbleibende Restmenge an Methylalkohol. Dieselbe Wärmebehandlung wie in Beispiel 2 bis 6 wurde durchgeführt, um gewickelte Magnetkerne zu erzeugen. Jeder gewickelte Magnetkern wurde von 550°C 90 Minuten lang wärmebehandelt, während man ein Magnetfeld von 640 A/m längs der Längsrichtung des magnetischen Weges aufgebracht hat, und wurde dann langsam auf 150°C mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h abgekühlt. Dies ist ein Wärmebehandlungszustand, um ein Material mit hohem Rechteckigkeitsverhältnis zu erhalten. Die Eigenschaften der resultierenden gewickelten Magnetkerne sind in Tabelle 3 zusammen mit jenen des Vergleichsbeispiels 3 gezeigt.

Tabelle 3

Beispiele 10 und 11

Unter Verwendung derselben dünnen Bänder und schichtformenden Materialien wie in Beispiel 9 und durch Ersetzen des MgO-Pulvers durch Al₂O₃-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,8 µm und BN-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,3 µm wurde dieselbe Behandlung wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

In diesen Fällen wurden die magnetischen Hochfrequenz-Eigenschaften außerordentlich verbessert. Wie im Beispiel 9, das MgO verwendet, verglichen mit jenen, die keine Isolierschichten haben.

Tabelle 4

Da die wärmebeständige Isolierschicht der vorliegenden Erfindung dazu dient, die magnetischen Eigenschaften bei Hochfrequenz infolge der Zunahme der interlaminaren Isolierung zu verbessern, zeigen die gewickelten Magnetkerne eine Durchschlagspannung von mehreren 10 Volt oder mehr. Diese gewickelten Magnetkerne sind geeignet für die Verwendung bei Anwendungsfällen, bei welchen der Betrieb durch Hochspannungsimpulse durchgeführt wird.

Claims

1. Gewickelter Magnetkern, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

(a) ein dünnes Band, das aus einer feinkristallinen, weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis hergestellt ist, die die Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt ist: (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _αCu _xSi _yB _zM′_a,wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, und a, x, y, z und α jeweils den Bedingungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30 und 0,1 ≦ α ≦ 30, und wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm, die an mindestens einer Oberfläche des genannten dünnen Bandes ausgebildet ist, wobei die wärmebeständige Isolierschicht aus einem gleichförmigen Gemisch auf 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, eines Silanololigomers und 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel hergestellt ist, welches einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das genannte Silanololigomer zu vernetzen.

2. Gewickelter Magnetkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silanololigomer ein Polymer eines Hydrolysates eines Silizium-Alkoxides ist, das im wesentlichen die Struktur aufweist, die durch RSi(OR)₃ dargestellt ist, wobei das genannte Silanololigomer ein mittleres Molekulargewicht von 500 bis 8000 aufweist.

3. Gewickelter Magnetkern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen keramischen Partikel keramische kolloide Partikel sind.

4. Gewickelter Magnetkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen kolloiden Partikel kolloides Siliziumoxid sind.

5. Gewickelter Magnetkern, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

(a) ein dünnes Band, das aus feinkristalliner, weichmagnetischer Legierung auf Eisenbasis hergestellt ist, das die Zusammensetzung aufweist, die durch folgende allgemeine Formel dargestellt ist: (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _α _- _β _- _γCu _xSi _yB _-zM′_αM′′_bX_γwobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, M′′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Cr, Mn, Al, Elementen in der Platingruppe, Sc, Y, seltenen Erden, Au, Zn, Sn und Re besteht, X mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As besteht, und a, x, y, z, α, β bzw. γ den folgenden Bedingungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30, 0,1 ≦ α ≦ 30, β ≦ 10 und γ ≦ 10, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht, die eine Dicke von 0,5 bis 5 µm aufweist, und an mindestens einer Fläche des dünnen Bandes ausgebildet ist, wobei die wärmebeständige Isolierschicht aus einem gleichförmigen Gemisch aus 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, eines Silanololigomers und 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel hergestellt ist, welche der Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Silanololigomer zu vernetzen.

6. Gewickelter Magnetkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Silanololigomer ein Polymer eines Hydrolysates eines Siliziumalkoxides ist, das im wesentlichen die Struktur aufweist, die durch RSi(OR)₃ dargestellt ist, wobei das genannte Silanololigomer ein mittleres Molekulargewicht von 500 bis 8000 aufweist.

7. Gewickelter Magnetkern nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen keramischen Partikel keramische kolloide Partikel sind.

8. Gewickelter Magnetkern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen kolloiden Partikel kolloides Siliziumxoid sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns mit den folgenden Merkmalen:

(a) ein dünnes Band, das aus feinkristalliner, weichmagnetischer Legierung auf Eisenbasis hergestellt ist und die Zusammensetzung aufweist, die durch allgemeine Formel dargestellt ist: (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _αCu _xSi _yB _zM′_a,wobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, und wobei a, x, y, z und a jeweils den Bedingungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30 und 0,1 ≦ α ≦ 30, und wobei mindestens 50% Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des genannten dünnen Bandes ausgebildet ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Aufbringen einer Dispersion auf mindestens eine Oberfläche eines dünnen Bandes, das aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, die dieselbe Zusammensetzung wie oben aufweist, wobei die Dispersion 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, eines Silanololigomers und 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel aufweist, auf der Grundlage einer festen Komponente, mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm auf trockener Grundlage,
(b) Aufwickeln des dünnen Bandes nach dem Trocknen, und
(c) Unterziehen des resultierenden, gewickelten Magnetkerns einer Wärmebehandlung bei 450 bis 700°C für 5 Minuten bis 24 Stunden, um die amorphe Legierung fein zu kristallisieren, und um die Vernetzung des Silanololigomers zu verursachen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Silanololigomer ein Polymer eines Hydrolysates eines Silizium-Alkoxides ist, das im allgemeinen die Struktur aufweist, die durch RSi(OR)₃ dargestellt ist, wobei das Silanololigomer ein mittleres Molekulargewicht von 500 bis 8000 aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen keramischen Partikel kolloide keramische Partikel sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen kolloiden Partikel kolloides Siliziumxoid sind.

13. Verfahren zum Herstellen eines gewickelten Magnetkerns mit den folgenden Merkmalen:

(a) ein dünnes Band, das aus feinkristalliner, weichmagnetischer Legierung auf Eisenbasis hergestellt ist, das die Zusammensetzung aufweist, die durch folgende allgemeine Formel dargestellt ist: (Fe_{1 - a}M _a)_{100 - x - y - z -} _α _- _b _- _γCu _xSi _yB _-zM′_αM′′_bX_γwobei M Co und/oder Ni ist, M′ mindestens ein Element ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti und Mo besteht, M′′ mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus V, Cr, Mn, Al, Elementen in der Platingruppe, Sc, Y, seltenen Erden, Au, Zn, Sn und Re besteht, X mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As besteht, und a, x, y, z, α, β bzw. γ den folgenden Bedingungen genügen: 0 ≦ a ≦ 0,5, 0,1 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 25, 5 ≦ y + z ≦ 30, 0,1 ≦ α ≦ 30, β ≦ 10 und γ ≦ 10, wobei mindestens 50% der Legierungsstruktur von feinen Kristallkörnern eingenommen werden, die eine mittlere Korngröße von 100 nm oder weniger aufweisen, und
(b) eine wärmebeständige Isolierschicht, die an mindestens einer Oberfläche des dünnen Bandes ausgebildet ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Aufbringen einer Dispersion auf mindestens einer Oberfläche eines dünnen Bandes, das aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, die dieselbe Zusammensetzung wie oben aufweist, wobei die Dispersion 20 bis 90 Gew.-%, als SiO₂, eines Silanololigomers und 80 bis 10 Gew.-% feiner keramischer Partikel aufweist, auf der Grundlage einer festen Komponente, mit einer Dicke von 0,5 bis 5 µm auf trockener Grundlage,
(b) Aufwickeln des dünnen Bandes nach dem Trocknen, und
(c) Unterziehen des resultierenden, gewickelten Magnetkerns einer Wärmebehandlung bei 450 bis 700°C für 5 Minuten bis 24 Stunden, um die amorphe Legierung fein zu kristallisieren, und um die Vernetzung des Silanololigomers zu verursachen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Silanololigomer ein Polymer eines Hydrolysates eines Silizium-Alkoxides ist, das im allgemeinen die Struktur aufweist, die durch RSi(OR)₃ dargestellt ist, wobei das Silanololigomer ein mittleres Molekulargewicht von 500 bis 8000 aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen keramischen Partikel keramische kolloide Partikel sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen kolloiden Partikel kolloides Siliziumxoid sind.