一种向高温热源施加磁场的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在高温下施加磁场的装置和方法，该装置包括线圈(1)和磁芯(2)，其中所述磁芯(2)为采用高温导磁材料制备的带开口磁芯，开口的相对两端为磁极，两磁极之间有容纳高温热源场的空间，该高温热源场的温度为500～1400℃，高温热源场与所述磁极之间设有热障层(3)，将高温热源场与磁极隔开，所述磁极的工作温度为500～1050℃；所述高温导磁材料为多晶钴基合金，其化学成份按重量百分比为Co

【技术实现步骤摘要】
一种向高温热源施加磁场的装置和方法


[0001]本专利技术涉及磁性材料应用领域，具体涉及一种向高温热源施加磁场的装置和方法，以及该装置使用的高居里温度、大饱和磁感应强度的高温导磁材料。

技术介绍

[0002]随着极端环境系统以及液态金属电池等领域的发展，高温应用的磁性材料愈来愈受重视。如深空探测用核电动力系统的工作温度已经超过870℃，在一些二次电源系统和无附加冷却系统机电传动和控制元件等方面，也要求磁性材料在高温工作时有高的可靠性且承载能力大。总的来讲，各类元器件对高温磁性材料的要求可分为两类：一类是元器件在静态条件下工作，另一类是在高速运动下工作。如核电动力系统和液态金属电池等静态条件下工作的器件要求磁性材料以高温磁性能为主，高温力学性能为辅。例如要求：(1)在高温工作时，有较高的磁感应强度；(2)在高温下有较高的磁导率；(3)有一般材料的力学性能，可以进行机械加工；(4)在高温下性能稳定，有较高的可靠性。给高温热源施加磁场的导磁材料应为软磁材料，高温软磁材料必须具有高的居里温度。居里温度是磁性转变点，是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。一般而言，铁磁材料的饱和磁化强度和磁导率随着温度的上升按一定的规律下降(例如布洛赫T
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定律)，在居里点附近产生突变。磁导率是技术磁参数，它取决于以磁晶各向异性常数、饱和磁化强度为代表的基本磁性参数和材料的微观组织结构。磁导率随温度的变化关系很复杂。在一定温度下，当温度升高时，磁导率增加，磁导率随温度的变化关系主要取决于磁晶各向异性常数随温度的关系。当温度超过一定温度后，特别是接近居里温度时，饱和磁化强度与温度的关系成为主要影响因素，此时温度升高，磁导率下降。图1列出了几种常用高温软磁材料的磁感应强度随温度的变化关系。其中
①
Co27
‑
Fe、
②
立方Si3
‑
Fe、
③
Ni15马氏体钢、
④
H
‑
11钢、
⑤
Ni18马氏体钢、
⑥
NiVCo合金。
[0003]可以看出，铁钴合金的磁感应强度在高温下的表现相对较好，因为铁的饱和磁化强度高而钴的磁晶各向异性大，二者的合金可以结合两者的优势。但现有技术中至今未见到采用铁钴合金应用于高温热源施加磁场装置的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供向高温热源施加磁场装置和方法，和该装置采用的高居里温度、大饱和磁感应强度的钴基多晶合金。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]一种向高温热源施加磁场的装置，包括线圈1和磁芯2，所述磁芯2为采用高温导磁材料制备的带开口磁芯，开口的相对两端为磁极，两磁极之间有容纳高温热源场的空间，该高温热源场的温度为500～1400℃，当该温度为600～1400℃时，所述高温热源场与所述磁极之间设有热障层3，将高温热源场与磁极隔开，所述磁极的工作温度为500～1050℃；
[0007]所述高温导磁材料为多晶钴基合金材料，其化学成份按重量百分比为Co
x
Fe
100
‑
x
‑
y
M
y
，式中M为选自碳、硫、钼、锰、镍的掺杂元素，90≤x≤100，y≤0.3。
[0008]所述热障层3为可抽真空的中空结构，热障层材质选自耐高温陶瓷材料氧化铝、氧化锆、二氧化硅。
[0009]所述高温导磁材料的居里温度为850～1050℃。
[0010]所述高温热源场温度为1000～1400℃时，热障层2为真空热障层，使磁极温度低于1000℃；高温热源场温度为600～1000℃时，热障层2为不抽真空热障层；低于600℃时，不使用热障层2。
[0011]所述磁芯2为C形或带开口的
‘
回
’
字形。
[0012]所述磁芯2外有线圈1和水冷管道，所述线圈1由直流稳压电源供电以磁化磁芯，所述水冷管道设置在远离所述高温热源场的位置。
[0013]所述磁芯和所述磁极为没有缝隙的同一块高温导磁材料构成。
[0014]一种使用如所述装置向高温热源施加磁场的方法，待磁化部件置于一高温热源场内，包括如下步骤：
[0015]1)采用高温导磁材料制备带开口的磁芯，开口的相对两端为磁极；
[0016]2)所述磁极设置于所述高温热源场两侧，该高温热源场的温度为500～1400℃；
[0017]3)所述高温热源场与所述磁极之间设置热障层3，所述热障层3将所述高温热源场与磁极隔开，磁极的工作温度为500～1050℃；
[0018]4)所述磁芯2由线圈1供电磁化，在两磁极间产生磁化用磁场；
[0019]所述高温导磁材料为多晶钴基合金材料，其化学成份按重量百分比为Co
x
Fe
100
‑
x
‑
y
M
y
，式中M为选自碳、硫、钼、锰、镍的掺杂元素，90≤x≤100，y≤0.3。
[0020]所述高温导磁材料磁极的工作温度为500～850℃。
[0021]一种高温导磁软磁材料，用于给500～1400℃高温热源场内的部件施加磁场，该材料的化学成份按重量百分比为Co
x
Fe
100
‑
x
‑
y
M
y
，为钴基合金多晶材料，式中M为少量掺杂元素，选自碳、硫、钼、锰、镍中的一种或多种，90≤x≤100，y≤0.3。
[0022]所述高温导磁材料的居里温度为850～1050℃。
[0023]x:90～99.7，y:0.2～0.3，居里温度为880～1047℃。
[0024]所述高温导磁材料加热到1150℃
‑
1200℃后保温1小时，然后锻造成为棒状或其它形状。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本专利技术首先导磁材料的合金成分进行了选择和设计，采用铁钴合金为基本的合金元素，通过元素比例、微量掺杂来改变材料在高温下的导磁性能。该导磁材料可用于给高温热源提供磁场，使得高温导磁材料的温度高于600℃，甚至高达1400℃，所以基本排除了非晶和纳米晶软磁材料，考虑到单晶的制备成本高等问题，最好采用多晶材料。本专利技术得到的装置可用于对超过1000℃温度下的热源施加磁场，使用的钴含量大于等于90％的钴铁多晶合金，具有居里温度高、饱和磁感应强度大，高温磁性能稳定的优点，采用所述钴铁多晶合金作磁芯和磁极材料结合热障层的设计，可以给超过1000℃温度下的热源施加磁场，磁极的工作温度可达到1050℃，由于增加了真空热障层，样品的温度可以更高，比如1400℃，满足核工业、深空探测、能源等领域对高温下施加磁场的需求。
附图说明
[0027]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种向高温热源施加磁场的装置，包括线圈(1)和磁芯(2)，其特征在于，所述磁芯(2)为采用高温导磁材料制备的带开口磁芯，开口的相对两端为磁极，两磁极之间有容纳高温热源场的空间，该高温热源场的温度为500～1400℃，当该温度为600～1400℃时，所述高温热源场与所述磁极之间设有热障层(3)，将高温热源场与磁极隔开，所述磁极的工作温度为500～1050℃；所述高温导磁材料为多晶钴基合金材料，其化学成份按重量百分比为Co
x
Fe
100
‑
x
‑
y
M
y
，式中M为选自碳、硫、钼、锰、镍的掺杂元素，90≤x≤100，y≤0.3。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热障层(3)为可抽真空的中空结构，热障层材质选自耐高温陶瓷材料氧化铝、氧化锆、二氧化硅。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高温导磁材料的居里温度为850～1050℃。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述高温热源场温度为1000～1400℃时，热障层(2)为真空热障层，使磁极温度低于1000℃；高温热源场温度为600～1000℃时，热障层(2)为不抽真空热障层；低于600℃时，不使用热障层(2)。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁芯(2)为C形或带开口的
‘
回
’
字形。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁芯(2)外有线圈(1)和水冷管道，所述线圈(1)由直流稳压电源供电以磁化磁芯，所述水冷管道设置在远离所述高温热源场的位置。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁芯和所述磁极为没有缝隙的同一块高温导磁材料构成。8.一种使用如权利要求1所述装置向高温热源施加磁场的方法，待磁化部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜兆富，张敬霖，安静，刘派，徐雅芬，于一鹏，张建生，张建福，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：