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Dauermagnet und Verfahren zu dessen Herstellung
Es sind derzeit eine Anzahl Metalle, Metall- legierungen bzw. Metallverbindungen bekannt, welche besondere magnetische Eigenschaften be- sitzen, welche man unter dem Namen Ferro-
Magnetismus zusammenfasst. Unter diesen
Stoffen befindet sich nur eine kleine Anzahl solcher, die für die Herstellung von permanenten
Magneten geeignet sind, d. h., deren Koerzitiv- kraft und deren Remanenz genügend hoch liegen.
Gewisse Legierungen des Eisens mit anderen
Metallen, wie Kobalt, Nickel, Aluminium usw. besitzen diese besonderen Eigenschaften als Block, als Stange bzw. als Schmiede-oder Gussstück, oder sie können diese Eigenschaften im Wege eines geeigneten Wärmeverfahrens erlangen und werden diese Legierungen daher in verschiedener
Form für die Herstellung von Dauermagneten verwendet.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Magnete aus den Pulvern derartiger Legierungen herzu- stellen, welche im rohgegossenen Zustand, ins- besondere eine hohe Koerzitivkraft aufweisen.
Ein solches Verfahren gestattet die Verwertung von Abfällen der betreffenden Stoffe, welche andernfalls nur durch eine neuerliche Schmelzung nützlich verwertet werden könnten. Doch be- sitzen die auf diese Weise hergestellten Magnete eine Koerzitivkraft, deren Höhe höchstens gleich ist und gewöhnlich niedriger liegt als jene, die man mit einem Magneten gleicher Form erhält, welcher durch Giessen oder Schmieden aus einem Block oder aus einer Stange hergestellt wurde.
Des weiteren ist in der technischen Literatur zum Ausdruck gekommen, dass ManganWismutlegierungen ferro-magnetische Eigenschaften besitzen und insbesondere, dass sie einen Curie-Punkt aufweisen, doch sind niemals Angaben gemacht worden, weder über ihre spezifischen Magnetisierbarkeit, noch auch über ihre Koerzitivkraft bzw. ihre Remanenz und sind diese Legierungen bisnun niemals zur Herstellung von Magneten verwendet worden.
Die Anmelderin hat nun überraschenderweise festgestellt, dass von allen Verbindungen und Legierungen des Mangans und des Wismuts, die durch die Formel Mn Bi gekennzeichnete Verbindung, deren Existenz schon von anderer Seite aufgedeckt wurde, die aber bis jetzt niemals isoliert für sich hergestellt worden zu sein scheint, besondere ferro-magnetische Eigenschaften be- sitzt. Die Anmelderin hat nunmehr die chemische
Verbindung Mn Bi isoliert dargestellt und nun nicht nur gefunden, dass dieselbe ferro-magnetisch ist, sondern sie hat auch feststellen können, dass diese Verbindung, die im Massenzustand, d. h. im Block-oder im Gussstückzustand nur eine ausserordentlich niedrige Koerzitivkraft bzw.
Re- manenz aufweist, unter Umständen, d. h. ins- besondere bei Trennung der Kristalle vonein- ander, etwa im Wege der Pulverisierung, eine ganz ausserordentlich hohe Koerzitivkraft bzw.
Remanenz erlangt.
Von dieser Entdeckung ausgehend, hat die
Anmelderin im Sinne der vorliegenden Erfindung den Plan gefasst, die chemische Verbindung
MnBi, welche besonders isoliert hergestellt worden war und deren Eigenschaften sie erforscht hatte, für die Erzeugung von Dauermagneten zu verwenden.
Hiezu hat sie ein Verfahren ausgearbeitet, welches es gestattet, die ausserordentlichen Eigen- schaften dieses Körpers derart nützlich zu ver- werten, dass Dauermagnete besonders wertvoller
Charaktereigenschaften entstanden.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, eine Mangan-WismutLegierung herzustellen, deren Zusammensetzung jener der Verbindung MnBi möglichst nahekommt und diese Legierung sodann zu zerkleinern.
Dann werden die Körnchen einer Auslese unterworfen, so dass nur jene zurückbleiben, welche in der Zusammensetzung der Verbindung MnBi nahekommen. Hierauf werden die Körner in bekannter Weise durch Agglomeration in die gewünschte Form gebracht, u. zw. wird dazu vorzugsweise ein magnetisches Feld zur richtigen Einstellung der Körnchen verwendet. Schliesslich werden die so erzeugten Stücke der Einwirkung eines sehr starken magnetischen Feldes ausgesetzt, welches in vorteilhafter Weise in der gleichen Richtung verläuft, wie das oben erwähnte Einstellfeld.
Die Herstellung der binären Ausgangslegierung von Mangan und Wismut kann z. B. durch das Zusammenschmelzen der beiden Elemente erfolgen. Die Schmelzung kann bei einer hohen
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Temperatur zwischen 700 und 1250 C durch- geführt werden oder aber auch bei einer ver- hältnismässig niedrigen Temperatur (260 C), u. zw. derart, dass man das in festem Zustand befindliche Mangan im geschmolzenen Wismut auflöst. Man kann z. B. das pulverisierte Gemisch von Mangan und Wismut in einem Hochfrequenz- ofen erhitzen, wobei die Korngrösse der Mischung von der gewählten Ofenfrequenz abhängig ist.
Wie immer auch das Verfahren zur Herstellung der Mangan-Wismut-Legierung beschaffen sei, so erscheint es jedenfalls günstig, dass die
Legierung ähnliche Mengenverhältnisse aufweise wie die chemische Verbindung MnBi.
Es ist auch vorteilhaft, die Blöcke einer Glühung bei einer Temperatur von 150 bis 600 0 C aus- zusetzen, wobei die Glühdauer zwischen zwei und hundert Stunden schwankt. Auf diese
Weise erhält man grosse Kristalle, wodurch die
Eigenschaften des fertigen Magneten verbessert werden.
Hierauf wird die Legierung zu feinen Körnchen vermahlen, welche sich etwa in der Grössen- ordnung von 1/100 mm befinden. Wie bereits er- wähnt, werden diese Körnchen einer Auslese unterzogen, so dass nur jene zurückbleiben, die im Wesen den Körnchen der Verbindung MnBi entsprechen. Die Auslese erfolgt z. B. nach der
Dichte oder aber noch besser auf Grund eines magnetischen Verfahrens. Diese Auslese ist umso nötiger, je mehr sich das Mengenverhältnis der Ausgangslegierung von jenem der Verbindung
MnBi entfernt.
Die durch dieses Ausleseverfahren erhaltenen
Körnchen werden hierauf in bekannter Weise agglomeriert. Man kann sie z. B. in einem ge- schmolzenen Bindemittel suspendieren, u. zw. handelt es sich hiebei um jene Bindemittel, welche allgemein für die Herstellung agglomerierter Magnete aus bekannten Legierungspulvern verwendet werden, z. B. Zelluloid,
Schellack, Bakelit od. dgl. Solange die Körnchen noch beweglich sind, wird man'das ganze Stück vorzugsweise der Wirkung eines magnetischen Feldes aussetzen, welches den Körnchen die erforderliche Richtung gibt, worauf man das Bindemittel fest werden lässt. Das für die Einstellung der Körnchen verwendete magnetische Feld kann dieselbe Grössenordnung aufweisen, wie jene Felder, die man bei der Herstellung von permanenten Magneten aus sonst bekannten pulverisierten Massen verwendet.
Unabhängig von dem Agglomerationsverfahren, welches in Anwendung kommt, ist dieses Verfahren jedenfalls bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen durchzuführen, d. h. bei Temperaturen, die unter dem bei 360-380 - C befindlichen Curie- Punkt der Verbindung MnBi liegen, um eben eine Einstellung der Körnchen durch ein magnetisches Feld zu ermöglichen. Die Agglomeration kann eventuell in Kapseln erfolgen, z. B. in Metallkapseln, welche die Form des Endproduktes, nämlich des fertigen Magneten aufweisen und
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um den Angriff jener Mittel entzogen zu sein, die geeignet wären, ihre Zusammensetzung zu ändern.
Hierauf schreitet man zur Magnetisierung des Agglomerates, indem man dasselbe der Wirkung eines magnetischen Feldes aussetzt, welches in der gleichen Richtung verläuft, wie das zur Einstellung der Körnchen angewendete Feld.
Die Feldstärken sind jedoch viel höher als jene der Felder, die gewöhnlich für die Magnetisierung von permanenten Magneten herangezogen werden.
Wenn das Agglomerat unter den angegebenen Bedingungen einem Felde von 4000 Oersted ausgesetzt wird-und ein solches Feld ist schon viel stärker als die gewöhnlich verwendeten-so ergeben sich die nachstehenden magnetischen Kenndaten (Werte zurückgeführt auf den Füllkoeffizienten des Agglomerates gleich der Einheit) :
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<tb>
<tb> Stärke <SEP> der <SEP> Magnetisierung <SEP> : <SEP> ungefähr <SEP> 6300 <SEP> Oersted
<tb> Remanenz <SEP> : <SEP> ungefähr <SEP> 1300 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> : <SEP> 500 <SEP> Oersted.
<tb>
Diese Werte entsprechen den Kenndaten sehr schwacher permanenter Magnete.
Wenn man jedoch unter den gleichen Bedingungen das Agglomerat der Einwirkung eines viel stärkeren Feldes, etwa von 20.000 Oersted aussetzt, so erhält man die nachstehenden Werte :
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<tb>
<tb> Stärke <SEP> der <SEP> Magnetisierung <SEP> : <SEP> ungefähr <SEP> 6800 <SEP> Oersted
<tb> Remanenz <SEP> : <SEP> ungefähr <SEP> 5700 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> : <SEP> 4000 <SEP> Oersted.
<tb>
Die Stärke der Magnetisierung liegt daher in der gleichen Grössenordnung wie früher, jedoch hat sich die Remanenz vervierfacht und die Koerzitivkraft verachtfacht.
Diese Werte für Remanenz und Koerzitivkraft liegen ausserordentlich hoch und wesentlich höher als jene der bekannten Magnete. Wie bekannt, wird der Wert eines Magnetes (unabhängig vom Formkoeffizienten) durch diese beiden Werte gleichzeitig charakterisiert. So haben z. B. die
Stoffe, deren Hysteresisfläche ein Minimum ist, und die zur Herstellung von Magneten verwendet werden, eine Remanenz von 12.000 Gauss und eine Koerzitivkraft von 60 Oersted. Die Stoffe mit maximaler Hysteresisfläche weisen eine Remanenz von 5000 Gauss auf und eine Koerzitivkraft von etwa 800 Oersted.
So haben die wohlbekannten Dauermagnete aus Nickellegierungen eine Remanenz von 6000 Gauss, d. h., ähnlich jenen aus Mangan-Wismut, jedoch liegt ihre Koerzitivkraft nur zwischen dem sechsten und zehnten Teil der mittels dieser Verbindung erzielbaren 4000 Oersted.
Die oben erwähnten Angaben der magnetischen Kenndaten der Verbindung MnBi wurden in Agglomeraten festgestellt, jedoch, wie bereits erwähnt, unter Rückführung auf einen Füllkoeffizienten des Agglomerates gleich der Einheit, wodurch die charakteristischen Eigenschaften der Stoffe selbst zum Ausdruck gebracht werden sollten. Die Werte des Agglomerates selbst sind natürlich dann eine Funktion des Füllkoeffizienten. Man kann im grossen und ganzen
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sagen, dass die Remanenz des Agglomerates etwa proportional mit dem Füllkoeffizienten schwankt.
Die Koerzitivkraft ändert sich jedoch nur wenig und bleibt stets in der Nähe des dem Füllkoeffizienten 1 entsprechenden Wertes.
Es ist selbstverständlich, dass die Stärke von
20.000 Oersted, welche für das Magnetisierungs- feld angegeben wurde und bei dem die oben erwähnten hervorragenden Ergebnisse erzielt wurden, keineswegs eine obere Grenze darstellt, und dass diese Stärke daher nur beispielsweise genannt ist. Man kann daher auch andere Stärken heranziehen, doch ist es auf alle Fälle erforderlich, in einem Stärkebereich zu verbleiben, der wesent- lich höher liegt, als die bisher verwendeten
Stärken. Man kann die Regel aufstellen, dass das
Magnetisierungsfeld zur Herstellung erfindung- gemässer Magnete eine Stärke aufweisen muss, welche mindestens vier-bis fünfmal so hoch liegt, als die Stärke des Feldes, welches die
Sättigung des Magneten herbeiführt. Gegebenenfalls ist diese Stärke in jedem einzelnen Falle im voraus durch Versuche festzustellen.
Die oben erwähnten Werte sind mittels Agglomeraten erzielt worden, bei welchen die Körnchen während der Agglomeration dem richtunggebenden Einfluss eines magnetischen Feldes ausgesetzt wurden. Es ist möglich, diesen Arbeitsgang zu unterlassen, doch sind die Ergebnisse dann ungünstiger. Bei nicht vorgerichteten Körnchen ergeben sich Werte, die nur 30% der Maximalwerte der Remanenz und nur 40% der Maximalwerte der Koerzitivkraft erreichen, die bei vorgerichteten Körnchen erzielbar sind.
PATENTANSPRÜCHE : l. Dauermagnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet aus miteinander verkitteten Legierungskörnchen besteht, deren Zusammensetzung der chemischen Formel MnBi entspricht, gegebenenfalls unter Zusatz von Körnchen, deren Zusammensetzung sich dieser Formel nähert.