磁共振成像系统的磁极片技术方案

磁共振成像系统（ＭＲＩ）系统的磁极片，所述磁极片包括由一摞多片由含铁和铝的合金构成的薄板，所述薄板被层压在一起。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁共振成像系统的磁极片。本专利技术特别涉及这样的磁极片，即它包括多层具有含铝的铁合金的磁性能材料的层压品。本专利技术还涉及这种磁极片的制造方法。
技术介绍
磁共振成像(以下简称“MRI”)是获得人体或物体的内部的断层分析图像的一种成像技术。为获得清晰的断层分析图像，需要在MRI系统的磁场产生装置中产生产生稳定强磁场。附图说明图1是MRI系统的一典型磁场产生装置的一个实施例的示意图，该图示出了磁场产生装置的主要部件。在磁场产生装置中，两块永磁体1对向放置。一个永磁体1的一侧固定于一磁轭3上，而相反侧与一磁极片2相连。磁极片2也由磁性能材料制成并起到定形和增强在磁极片2之间间隙4中的磁场的均匀性的作用。安置于磁极片2附近的梯度线圈6通常包括三套与X、Y、Z方向相对应的线圈组，以获得在空隙4中的位置信息。当在选定梯度线圈6上施加一随时间变化的电流时，在一指定方向上就产生一随时间变化的梯度磁场。磁极片2通常为平板状，并且涡流会在其中产生，这会在磁场中产生不利影响。为减小涡流，磁极片通常由多块软磁材料如坡莫合金、非晶态铁或Si-Fe合金的薄片层压体制成。优选更薄的片材和更高的电阻率，因为它们将产生更小的涡流。可是，用于生产磁极片的现有技术的材料有一定的局限性。例如，虽然Si-Fe合金材料的电阻率可以随着硅元素含量增加而提高，但当硅元素含量高于3.5wt％(重量百分比)时，这样的材料变脆并因而难于被制成薄板。因此，人们始终要求能够为MRI磁极片提供可以由具有较高电阻率并由此具有低涡流损耗的材料制成较薄薄板的材料。此外，提供该磁极片以改善MRI系统的成像效果是非常理想的。
技术实现思路
本专利技术提供了用于MRI系统的磁极片的具有理想的韧性和电阻率的材料和含有这样的材料的MRI磁极片。按照本专利技术的一个方面，该材料包括Fe-Al合金材料。术语“Fe-Al合金”应该被理解为以铁和铝为主要成分的合金材料。这样的合金材料可含有其它成分，这些成分的含量可以理想地或可以没有实质上并不利地影响主成分合金材料的磁性能或电学性能。通常来说，微量成分不会对主成分合金所要求的性能造成不利影响，这样的成分可以以小于约0.1wt％的含量存在。例如，这样的合金材料可以含有一些在铁或铝的生产方法中不可避免的其它搀杂成分。因而，在此所述的合金材料只列出了其主要成分。按照本专利技术的另一方面，该材料包括Fe-Al-Co合金、Fe-Al-Ni合金或Fe-Al-Co-Ni合金。按照本专利技术的又一个方面，该材料含有铁、铝以及至少一种有利地改善了合金材料的磁性能或电阻率的第三成分。按照本专利技术的另一方面，MRI系统的磁极片包括许多层压在一起的薄板，所述薄板由含铁和铝、含铁、铝和钴或含铁、铝和镍的合金制成。按照本专利技术的另一方面，MRI系统具有至少一个包括多片Fe-Al合金、Fe-Al-Co合金或Fe-Al-Ni合金制成的层压薄板的磁极片。按照本专利技术的另一方面，制造由含铁和铝的合金制成的薄板的制造方法包括将该合金热轧及冷轧到规定厚度的工序。该制造方法进一步包括在轧制前或轧制后的至少一次退火热处理工序。通过仔细阅读以下对本专利技术的具体说明和附图，将清楚地了解到本专利技术的其它特征和优点，在附图中，相同数字表示同样的部件。磁性能材料的一个重要性能就是铁心损耗(以下称为铁损)低。铁心损耗被定义为磁滞损耗与涡流损耗之和，单位为W/kg(瓦特/千克)。同样，具有低铁损的磁性能材料适合制作MRI系统的磁极片。磁滞损耗是一种在磁性能材料反向磁化过程中产生的不可逆的能量损耗。磁滞损耗主要受材料成分的影响。涡流损耗是一种由于磁性能材料内部产生感应电流而造成的不可逆的能量损耗，它以热量方式体现。除不理想的能量损耗外，大的涡电流还会不利地影响到MRI系统的磁场均匀性并同时延缓磁场强度达到最大值并因此降低所检测实物的影像质量。实际应用中，将具有较高电阻率的磁性能材料加工成薄板状可减少涡流损耗。采用具有较低矫顽力的磁性能材料和/或通过改变晶粒取向，比如在薄板平面上存在两个晶体学“易”磁化方向，可进一步降低铁损。非晶态铁和非取向硅钢等材料通常被用来制造MRI系统的磁极片。上述材料均存在一定的缺点。非晶态铁价格昂贵。含有少量硅的钢材可以被制成薄板，但是，当试图通过以高于3.5wt％的含量添加硅的方式增大材料电阻率时，硅钢变脆并失去韧性，由此丧失了其被加工成薄板材料的能力。此外，向已成型的硅钢薄板中添加硅元素的方法费用昂贵。本专利技术提供了具有理想的韧性和电阻率的含铁和铝的且适于制造MRI系统磁极片的合金材料以及采用该种合金材料的MRI系统磁极片。用于MRI磁极片的本专利技术的Fe-Al合金材料含有铝0.5wt％-17wt％。铝含量最好小于或等于10wt％。具有较高铝含量(铝含量小于或等于17wt％)的合金材料可通过将适量的高纯铁与铝含量如此高的铁铝合金混合熔炼而获得。可以添加其它元素以便改善合金显微组织结构，而同时又不会破坏其可加工成薄板的可加工性。只要不损害最终合金产品的性能，用于制造MRI系统磁极片Fe-Al合金材料就可以含有其它夹杂的为量成分，这些成分不可避免地在铁或铝的生产方法中伴随产生，或者它们在合金原材料中。例如，这些微量成分可能是磷、硫、碳、氢、氧、氮、稀土金属或其它一些金属材料如锰、铜、铬或钼。通常，这些微量成分在合金材料中的含量应小于0.1wt％，最好小于0.05wt％，小于0.01wt％更好，小于0.005wt％最佳。在本专利技术的另一方面中，Fe-Al合金材料可进一步含有至少一种能至少改善初始Fe-Al合金的磁性能或电学性能的元素。例如，在本专利技术的一个具体实施例中，MRI磁极片由含有铁、铝和钴的合金制造。钴的添加抵消了由于铝含量增加而造成的合金材料饱和磁化的损失。在另一实施例中，可以向初始Fe-Al合金中添加镍，以便改善初始铁铝合金的磁导率。在上述Fe-Al-Co或Fe-Al-Ni合金中，钴或镍的含量可以在从0.1wt％至接近10wt％的范围内。只要不损害所需的合金产品性能，上述的其它微量成分就可存在于Fe-Al-Co合金中。在本专利技术的另一实施例中，Fe-Al合金可含有约0.1wt％-约4wt％的硅。在本专利技术的另一实施例中，合金材料中按上述比例地含有铁、铝、硅和钴或镍。本专利技术提供了MRI系统的磁极片。本专利技术的磁极片包括多个Fe-Al、Fe-Al-Co或Fe-Al-Ni合金的薄板，所述薄板通过使用粘结剂如聚合材料被层压成一堆。每块合金薄板的厚度小于0.5mm，最好小于0.3mm，小于0.2mm更好。在生产层压磁极片过程中，可使用有机或无机的粘结剂。适用的有机粘结剂是环氧树脂和丙烯酸树脂。适用的无机粘结剂包括硅酸盐或有机金属化合物的分解残留物。例如，聚有机硅烷或聚有机硅氧烷可以留下含碳化硅或碳氧化硅的残留物。聚硅氨烷及含{-Si-N-}键的硅聚合物可以留下含氮化硅或碳氮化硅的残留物。上述这些粘结剂或其残留物最好具有电绝缘性。在本专利技术中，为了制造MRI系统磁极片而使用了含铝的非取向或取向铁合金板材。在本专利技术的一个方面中，一板材可包含双取向合金材料，其中晶粒取向为单胞立方晶面与薄板表面平行。厚度小于约0.5mm的合金薄板可以通过这样的制造方法来制造，它包括一步或多步将合金铸坯或合金锭热轧和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁共振成像系统(MRI)系统的磁极片，所述磁极片包括由一摞多片由含铁和铝的合金构成的薄板，所述薄板被层压在一起。2.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料含有0.5wt％-17wt％的铝。3.如权利要求2所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料还含有0.1wt％-10wt％的钴。4.如权利要求2所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料还含有0.1wt％-10wt％的镍。5.如权利要求2所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料还含有0.1wt％-4wt％的硅。6.如权利要求3所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料还含有0.1wt％-4wt％的硅元素。7.如权利要求4所述的MRI系统磁极片，其中所述合金材料还含有0.1wt％-4wt％的硅元素。8.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述每块合金薄板厚度均小于约0.5mm。9.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述每块合金薄板厚度均小于约0.3mm。10.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述每块合金薄板厚度均小于约0.1mm。11.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述薄板之间通过一电绝缘材料相互分离。12.如权利要求10所述的MRI系统磁极片，其中所述电绝缘材料可从有机电绝缘材料和无机电绝缘材料中选择。13.如权利要求10所述的MRI系统磁极片，其中所述电绝缘材料为硅酸盐。14.如权利要求10所述的MRI系统磁极片，其中所述电绝缘材料是从环氧树脂、丙烯酸树脂、聚有机硅烷、聚有机硅氧烷、聚硅氨烷及有{-Si-N-}键的硅聚合物及其混合物中选出的有机聚合材料。15.如权利要求10所述的MRI系统磁极片，其中所述电绝缘材料为包括聚有机硅烷、聚有机硅氧烷、聚硅氨烷及有{-Si-N-}键的硅聚合物及其混合物材料的聚合物经经热处理后产生的残留物。16.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述薄板的按照ASTM A712-97(1997)标准测得的电阻率高于60μΩ-cm。17.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述薄板层压成型压力达约100MPa。18.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述薄板层压方法中使用有机粘结剂且在其熔化温度下进行压制。19.如权利要求18所述的MRI系统磁极片，其中所述薄板在层压前已进行退火热处理。20.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述层压品在900℃-1300℃范围内进行退火热处理。21.如权利要求1所述的MRI系统磁极片，其中所述层压品在1000℃-1200℃范围内进行退火热处理，退火热处理环境可从真空、还原型气氛、惰性气体气氛以及以上气氛组合中进行选择。22.一种MRI系统磁极片，所述磁极片包括多个层压品，每个层压制品中均包含多个含有铁和铝的合金薄板，所述合金薄板通过层压成型，所述层压品如此相邻布置，即一个层压品的薄板的与一相邻层压品的薄板成一角度。23.一种MRI系统磁极片，所述磁极片包括多个层压品，其中每个层压品均包含多个含有铁和铝的合金的薄板，所述薄板通过层压成型，每块薄板经以下方法成型，该方法包括在1000℃-1300℃范围内对所述合金材料进行锻造，得到锻造合金；在约1300℃条件下对所述锻造合金进行热轧，得到热轧合金；以10％-50％的每道压下量对所述热轧合金进行冷轧，得到所述薄板。24.如权利要求23所述的MRI系统磁极片，它还包括在所述冷轧工序前在900℃-1050℃范围内对该热轧合金进行第一次退火热处理。25.如权利要求24所述的MRI系统磁极片，其中所述退火时间为约1小时至约24小时之间。26.如权利要求23所述的MRI系统磁极片，它还包括在所述冷轧工序后对所述薄板进行第二次退火热处理，所述退火热处理的环境可从真空、还原气氛、惰性气体气氛以及以上气氛组...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·马特，M·G·本茨，P·G·弗里斯曼，W·D·巴伯，H·R·小哈特，J·C·谢，L·E·伊奥里奥，B·阿克塞尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：