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Magnetisch anisotroper Dauermagnet und Verfahren zu seiner Herstellung In einem älteren österreichischen Patent ist Patentschutz beansprucht worden für einen Dauermagneten mit einer Schwundfeldstärke H. von mindestens 700 Oersted und einer Remanenz Br von mindestens 1200 Gauss, mit als zur Erzielung der erwähnten Remanenz wesentlichem Bestandteil nicht-kubischen Kri- stallen von Polyoxyden des Eisens und mindestens einem der Metalle Barium, Strontium und Blei, wobei in den Kristallen ein Atombruchteil von höchstens 0, 4 der Menge Barium und/oder Strontium und/oder Blei durch Kalzium ersetzt sein kann.
Die wichtigsten Vertreter dieser Materialien kennzeichnen sich durch eine Hexagonalstruktur, insbesondere durch eine Magnetoplumbitstruktur der Kristalle. Im vorliegenden Fall handelt es sich insbesondere um einen Dauermagnet, dessen ferromagnetische Eigenschaften im wesentlichen bestimmt werden durch einfache und/oder Mischkristalle mit der Struktur von Magnetopiumbit der Zusammensetzung Me0. 6Fe 0, wo Me eines der Metalle Blei, Barium oder Strontium darstellt. Dieses Material hat besondere dauermagnetische Eigenschaften und den Vorteil, dass es aus verhältnismässig billigen Rohstoffen hergestellt werden kann. Im Vergleich zu den bisher bekannten Dauermagneten auf Metallbasis, insbesondere den modernen Magnetstählen, haben Dauermagnete aus den vorerwähnten Stoffen den Nachteil eines
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struktur, die dem Mineral Magnetopiumbit eigen ist, das von G.
Aminoff, Geologiska Föreningens För- handlingar 47 III, S. 283-289,1925 beschrieben worden ist. Die Kristallstruktur ist ermittelt worden von
V. Adelsköld, Arkiv för Kemi Mineralogi och Geologi 12a, Nr. 29. Der Name "Magnetoplumbit" wurde von Aminoff vorgeschlagen auf Grund des von ihm gefundenen Ferromagnetismus des Minerals (siehe Aminoff a. a. O., Seite 286). Aminoff erwähnt in dieser Beziehung bloss, dass das Mineral von einem Ma- gneten stark angezogen wird.
Wie oben bereits bemerkt, ist der (BH) m -Wert der beschriebenen Materialien verhältnismässig niedrig. Als Maximalwert ist etwa 1, 1 x 106 Gauss-Oersted/cmerreicht worden.
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reicht werden kann und erwartet werden darf, dass auch höhere Werte erreicht werden können.
Der magnetisch anisotrope Dauermagnet, der hauptsächlich aus in einer und derselben Richtung magnetisch gerichteten und zusammengepressten magnetischen Teilchen besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet aus dem Sinterprodukt der zusammengepressten Teilchen besteht, welche Teilchen aus einem im wesentlichen ferromagnetischen Material, das aus nicht-kubischen Kristallen, zweckmässig mit hexagonaler Struktur, von Polyoxyden des Eisens und mindestens einem der Metalle Ba, Sr oder Pb besteht, wobei in den Kristallen ein'Atdmbruchteil von maximal 0, 4 der Menge Ba und/oder Sr und/oder Pb durch Ca ersetzt sein kann.
In einem besonderen Fall weist der magnetisch'anisotrope Dauermagnet gemäss der Erfindung das Merkmal auf, dass das ferromagnetische Material im wesentlichen aus einfachen Kristallen und/oder Mischkristallen mit der Struktur von Magnetoplumbit von der Zusammensetzung Me0. 6FeO besteht, worin Me eines der Metalle Ba, Sr oder Pb darstellt.
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Dem Erfindungsgedanken liegt ctie Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung der zwei letztgenannten Stoffe im magnetisch anisotropen Zustand für magnetisch aisotrope gestiterte Dauermagnete vorteil-
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; diese12000 C, gegebenenfalls mit nachfolgender Sinterung, erzielbar.
Statt des endgültigen Materials selbst können auch die Ausgangsstoff in die Metallhülle aufgenommen werden, wodurch die Reaktion ausserdem darin erfolgt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung hat der Dauermagn einen (BH) max-Wert in der Vorzugsrichtung von mehr als 1, 3 x 1060
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rial, wie vorerwähnt, in Form feiner Teilchen mit einer Grösse im wesentlichen kleiner als 10 , zweckmässig kleiner als 5 , in einem Zustand, in dem die Teilchen hinreichend h 'veglich sind, um magnetisch gerichtet zu werden, der Wirkung eines Aussenmagnetfeldes aussetzt mit einer Fcldstärke grosser als
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haltung des Magnetfeldes zu einem Ganzen zusammengepresst werden und darauf gegebenenfall unter Aufrechterhaltung des Magnetfeldes durch Erhitzung bei einer Temperatur swischen 900 C und 14500 C gesintert werden.
Ein Zustand, in dem die Teilchen hinreichend beweglich sind, ist z. B dadurch erreichbar, dass die feinen Teilchen in einer Form untergebracht werden, die Erschutteumgen . cetzt wird. Mem sie dabei in einem Magnetfeld angeordnet wird, erfolgt das gewünschte Rictnen dl 'TeilchEn. Dadurch, dass das ferromagnetische Material bis auf die genannte geringe Korngrösse feingemdit wird : was durch Feinmahlen auf einfachem mechanischem Wege erfolgen kann, erreicht man, dass viele Teilchen aus einem einzigen Kristall bestehen. Infolgedessen weisen die Teilchen eine ausgeprägte magnetische Vorzugsrichtung parallel zu einer kristallographischen Hauptachse, insbesondere der hexagvaalen Kristallachse, auf.
Da die Teilchen eine gewisse Bewegungsfreiheit haben, werden sie sich, un : ei der Wirkung des Aussenmagnetfeldes, derart zu orientieren suchen, dass die Richtung der erwähnten Achsen annähend mit der Richtung des angelegten Magnetfeldes zusammenfällt. Indem nun die gerichteten Feilchen, vorzugsweise unter Aufrechterhaltung des Magnetfeldes, gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels, zusammengepresst werden, können im Prinzip anisotrope Dauermagnete aus den vorgenannten Stoffen erhalten werden. Durch das Zusammenpressen ist erreichbar, dass die Beweglichkeit der Teilchen derart abnimmt, dass die Orientierung der Teilchen festliegt.
Es ist festgestellt worden, dass die gegenseitig parallele Grientierung der magnetischen Vorzugsrichtungen der Teilchen wenigstens teilweise beibehalten wird, wenn das Material, nachdem es gerichtet worden ist, ausserhalb des Magnetfeldes zu. mmengepresst wird. Erfolgt das Pressen hingegen in einem Magnetfeld, so zeigt es sich, dass die gegenseitig parallele Orientierung der Vorzugsrichtungen verbessert ist.
Wenn man das Magnetfeld während der Erhitzung des Materials bis zum Curiepunkt-mit dem Zweck bis zur Sinterungstemperatur weiter zu erhitzen - aufhebt, besteht die Gefahr einer Desorientierung der Vorzugsrichtungen, was aber durch Aufrechterhaltung des magneirca Feldes bis zum Erreichen der Curietemperatur weitgehend vermieden werden kann.
Es kann sich weiter empfehlen, eine Desorientierung der Vorzugsrichung der magnetischen Teilchen
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mässig unter gleichzeitiger Anwendung des Aussenmagnetfeldes, wodurch die Desorientierungsgefahr noch weiter nerabgesetzt wird.
Überraschenderweise hat es sich hiebei gezeigt, dass bei Temperaturen, die zum Sintern erforderlich sind und beträchtlich höher als der Curiepunkt liegen und bei denen Kristallwuchs auftreten kann, die erwähnte Orientierung erzielt wird und sogar verbessert werden kann, trotz der Tatsache, dass eine Kontrolle der gegenseitigen Lage der Teilchen mittels eines Magnetfeldes bei diesen hohen Temperaturen nicht möglich ist, weil das Material bei diesen Temperaturen keine ferromagnetischen Eigenschaften mehr besitzt und deswegen unempfindlich ist für das Magnetfeld. Inolgedessen können, wider Erwarten, gesinterte Dauermagnete mit gesteigerten (BH) max- Werten wie oben erhalten werden.
Im Zusammenhange mit dem Obenerwähnten sei erwähnt, dass das Ricin. en der Teilchen im Magnetfeld nicht nur bei Zimmertemperatur, sondern auch bei höheren Temperaturen bis in der Nähe des Curiepunktes stattfinden kann, so dass gegebenenfalls, entweder erwünscht oder unets ünscht, auftretende Temperaturen z. B. bis zu 300-400 C nicht schädlich zu sein brauchen,
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der Magnetfeldbehandlung in einem flüssigen Mittel, das vorzugsweise ein Bindemittel enthält, verteilt sind. Die Flüssigkeit kann z. B. durch Absaugen oder durch Verdampfung, gegebenenfalls unter Erwärmung und durch das Zusammenpressen, entfernt werden, wobei das Bindemittel das Zusammenhalten der Teilchen für den Sintervorgang mehr oder weniger verbürgt.
Ein geeignetes Dispersionsmittel ist z. B. eine Lösung von Polyvinylazetat in Azeton, da beim Richten im Magnetfeld bei niedrigen Temperaturen die Viskosität nicht so gross ist, dass das Drehen der Vorzugsrichtungen der Kristalle in Richtung des Magnetfeldes behindert wird, und nach Entfernung eines gro- ssen Teiles der Flüssigkeit das verbleibende Bindemittel die Teilchen hinreichend fest zusammenklebt, um zu verhüten, dass die durch Entmagnetisierung auftretenden magnetischen Kräfte das Pressstück zerfallen lassen. Wasser kann auch als Dispergiermittel benutzt werden, obgleich dieses Mittel den Nachteil hat, dass die Teilchen nach Abfuhr des grössten Teiles der Flüssigkeit weniger fest zusammenhängen.
Es ist zu erwähnen, dass es bereits bekannt ist, Kristallite von Manganwismutlegierungen mit ihren Vorzugsrichtungen parallel zu der Richtung eines äusseren Magnetfeldes derart zu richten, dass die Remanenz des Dauermagneten höher ist als der sich aus dem nichtgerichteten Material ergebende Wert für die Remanenz. Bei diesem Material wurde jedoch unterlassen, die Dichte des Materials durch Pressen innerhalb oder ausserhalb des Magnetfeldes und bzw. oder durch ein Sintern des gerichteten Materials zu erhöhen, so dass die Remanenz unvorteilhaft niedrig bleibt.
Gemäss der niederländischen Patentschrift Nr. 42. 727 kann man zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit spröder, magnetischer Metallegierungen dieses Material zu Pulver mit einer Korngrösse von etwa lObislOOOu, zweckmässig 500 bis 1000j zerkleinern, mit einem Bindemittel versetzen oder tränken, worauf die Mischung unter gleichzeitiger Einwirkung eines starken Magnetfeldes vorgepresst wird und das so erhaltene magnetische Brikett unter hohem Druck und zweckmässig mit gleichzeitiger Erwärmung fertig gepresst wird, worauf endgültig unter Beibehaltung der Richtung der Vormagnetisierung magnetisiert wird.
Durch die hier vorgeschlagene Vormagnetisierung des aus gröberen Metallkörnern und Bindemittel bestehenden Gemisches in einem Zustande, in dem die Körner sich noch bewegen können, wird somitin gewissem Sinne ein Vorrichten der kristallförmigen Körper in einer für die nachträgliche Magnetisierung vorteilhaften Achsenrichtung herbeigeführt. Zum Unterschied gegenüber der vorliegenden Erfindung werden hier als dauermagnetisierbaresMaterial Nickelaluminiumlegierungen genannt und sind die Dauermagnete nicht gesintert.
Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, dass die Dauermagnete gemäss der vorliegenden Erfindung nach dem Sintervorgang in der erhaltenen Vorzugsrichtung magnetisiert werden, was sich auch in der Abkühlungsstrecke der Magnetkörper von der Sintertemperatur an vollziehen kann.
Beispiel l : Eine Mischung aus 450 g Bariumkarbonat (grew.-% Ba = 68, 6) und 2000 g Fep 3 (Gew.-% Fe = 69, 4) wurde für 20 Stunden z. B. unter Alkohol in einer Kugelmühle gemahlen. Nach Trocknen wurde das erhaltene Pulver durch einen elektrischen Ofen geführt. In der Erhitzungszone dieses Ofens, die eine Länge von 20 cm hatte, herrsche nine Temperatur von 11000 C. Das Pulver durchlief diese Zone mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/min. Die Heizzeit belief sich somit auf 10 Minuten.
Die Heizung vollzog sich in Luft. Nach Abkühlen wurde das Material durch 12-stündiges Mahlen unter Alkohol in einer Kugelmühle gepulvert. Nach Trocknen wurde das so erhaltene vorgeheizte Pulver mit einer 16% gen Lösung von Polyvinylazetat in Azeton zu einer Suspension angerührt. Je Gramm Pulver wurde 2 cm 3 der Binderlösung verwendet. Die Suspension wurde in eine Messingmatrize gebracht und zwischen den Polen eines Magnetjoches angeordnet. Die Teilchen wurden in einem Feld von 9500 Oersted gerichtet. Während das Feld angelegt war, wurde das Azeton durch Erwärmen und Absaugen ausgedampft. Es wurde ein Blöckchen anisotropen Materials gebildet, das in einen elektrischen Ofen gebracht wurde. Dieser Ofen war zwischen den Polen eines Magnetjoches angeordnet.
Während ein Feld von 2000 Oersted parallel zu der Vorzugsrichtung im Material angelegt wurde, wurde die Temperatur erhöht, bis sie 5000 C betrug. Das Feld wurde abgestellt und das Material mit einer Durchführungsgeschwindigkeit von 20 mm/min durch einen elektrischen Ofen hindurchgeführt. Der Sintervorgang vollzog sich in Luft bei einer Temperatur von 12800 C. Da die Länge der Erhitzungszone 10 cm betrug, war die Sinterzeit 5 Minuten. Das so erhaltene Blöckchen hatte in der Vorzugsrichtung eine Remanenz von 2650 Gauss, eine Schwundfeldstärke THe von 1775 Oersted und eine Koerzitivkraft BHC von 1500 Oersted. Während die scheinbare Dichte nur 3, 9 war, wurde ein (BH) max = 1, 3 x 106 erreicht.
Senkrecht zu der Vorzugsrichtung betrug die Remanenz 1260 Gauss,
Beispiel 2 : Auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben wurde das vorgeheizte Pulver erhalten und mit einer 80/0igen Lösung von Polyvinylazetat in. Azeton zu einer Suspension angerührt, wobei je 3 g Pulver 4 cm3 der Binderlösung verwendet wurde. Die Suspension wurde in eine Pressmatrize ge-
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bracht und in einem verhältnismässig schwachen Magnetfeld von 2000 Oersted angeordnet. Darauf wurde das Magnetfeld abgestellt und der Überschuss an Binderlösung ausgepresst. Das Pulver wurde zu einer Pastille zusammengepresst. Auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben wurde der Binder in einem Magnetfeld aufgeheizt.
Als eine Temperatur von 500 C erreicht worden war, wurde das Feld abgestellt und die Pastille mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/min durch den Ofen geführt. Der Sintervorgang vollzog sich in Luft bei einer Temperatur von 13000 C ; die Sinterzeit dauerte gleichfalls 5 Minuten. Die erzeugten Pastillen hatten eine Remanenz Br von 2550 Gauss und eine Schwundfeldstärke IH von 1750 Oersted. Es ergab sich ein (BH) max von 1, 13 x 106. Eine auf die gleiche Weise erzeugte Pastille, bei der aber keine Magnetfeldbehandlung angewendet worden war, ergab einen (BH) max. Wen = 0. 8 x 106. In beiden Fällen betrug die "scheinbare Dichte" 5,0.
Beispiel 3 : Auf die gleiche Weise, wie in Beispiel l beschrieben, wurde das vorgeheizte Pulver mit einer 8%igen Lösung von Polyvinylazetat in Azeton zu einer Suspension angerührt ; je Gramm Pulver wurden 2 cm der Binderlösung verwendet. Die Suspension wurde in eine Pressmatrize gebracht und in einem verhältnismässig schwachen Magnetfeld von 2400 Oersted angeordnet. Während das Feld angelegt war, wurde der Überschuss an Binderlösung ausgepresst. Die erzeugten Pastillen wurden weiter auf genau die gleiche Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, behandelt. Bei den Pastillen betrug die Remanenz Br in der Vorzugsrichtung 2720 Gauss und die Schwundfeldstärke He 1620 Oersted. Es wurde ein (BH) max-Wert von 1, 2 x 106 erreicht. Senkrecht zu der Vorzugsrichtung betrug die Remanenz 1610 Gauss.
Beispiel 4: Das vorgeheizte, wie in Beispiel 1 erzeugte Pulver wurde mit einer 8% eigen Lösung von Polyvinylazetat in Azeton zu einer Suspension angerührt. Je Gramm Pulver wurde 1 cm3 der Binderlösung verwendet. Die Suspension wurde in eine Pressmatrize gebracht und in einem Magnetfeld von 10. 000 Oersted angeordnet. Während das Feld angelegt war, wurde der Überschuss an Binderlösung ausgepresst. Aus den erzeugten Pastillen wurde der vorhandene Binder durch Erhitzen in einem Magnetfeld be-
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(BH) max- \IIertOersted.
Eine auf die gleiche Weise erzeugte Pastille, bei der aber keine Magnetfeldbehandlung angewendet worden war, ergab eine Remanenz Br = 2150 Gauss, eine Schwundfeldstärke 1Hc = 2000 Oersted, einen ssH-Wert von 1450 Oersted und einen (BH) x-Wert = 0, 9 X 106.
Beispiel 5 : Das vorgeheizte, auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltene Pulver wurde mit Wasser zu einer Suspension angerührt. Je Gramm Pulver wurde 2 cm3 Wasser verwendet. Diese Suspension wurde in eine Pressmatrize gebracht und gerichtet, zu Pastillen gepresst und auf die im Beispiel 4 beschriebene Weise geheizt. Es wurde in der Vorzugsrichtung eine Remanenz Br = 2870 Gauss und eine Schwundfeldstärke He = 1610 gemessen. Der (BH)-Wert betrug 1, 57 x 106. Senkrecht zu der Vorzugsrichtung wurde eine Remanenz Br = 1625 Gauss gemessen.
Beispiel 6 : Indem von dem vorstehend beschriebenen vorgehelzten Pulver ausgegangen warde, wurden auf die im Beispiel 4 beschriebene Weise Pastillen gepresst. Diese Pastillen wurden ausserhalb des Magnetfeldes auf 500 C aufgewärmt und darauf mit einer Geschwindigkeil von 20 mm/min durch den elektrischen Ofen geführt. Die Erhitzung vollzog sich in Luft bei einer Temperatur von 12800 C ; die Heizzeit betrug 5 Minuten. Die erzeugten Pastillen hatten eine Remanenz Br in der Vorzugsrichtung von 3025 Gauss und eine Schwundfeldstärke He von 1550 Oersted. Der (BH) max- Wert betrug 1, 58 X 106.
Beispiel 7: Das vorstehend beschriebene vorgeheizte Material wurde durch 48-stündiges Mahlen unter Alkohol in einer Kugelmühle gepulvert. Nach Trocknen wurde das so erhaltene vorgeheizte Pulver auf die im Beispiel 4 beschriebene Weise zu gesinterten Pastillen verarbeitet. Die erzeugten Pastillen hatten in der Vorzugsrichtung eine Remanenz Br = 3100 Gauss und eine Schwundfeldstärke Hc von 1650 Oersted. Der (BH) max-Wert betrug 1, 72 x 106. Auf die gleiche Weise erzeugte Pastillen, bei denen aber
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ergabenDichte" der gesinterten Pastillen betrug 4, 95.
Be is pi el 8 : Ein Gemisch aus 29, 5 g Strontiumkarbonat (pro Analyse) und 179 g Fe 0 (Gew.-%
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4)stellt. Diese Pastillen hatten in der Vorzugsrichtung eine Remanenz Br von 2840 Gauss und eine Schwundfeldstärke IHc von 2825 Oersted. Der (BH) jjax-Wert betrug l, 63 x 106 bei einer "scheinbaren Dichte" von 4, 34. Senkrecht zur Vorzugsrichtung wurde eine Remanenz Br von 1550 Gauss gemessen.
Eine auf gleiche Weise erzeugte Pastille, bei der aber keine Felabehandlung angewendet worden war. ergab eine Rema-
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wurde eine Remanenz Bj von 1670 Gauss gemessen. "scheinbare Dichte" betrug 4,75.Eine auf die gleiche Weise. aber ohne Magnetfeldbehandlung erzeugte Pastille ; ergab eine Remanenz Br von 2075 Gauss und einen (BH)max-Wert = 0,88 x 106 ; die "scheinbare Dichte" betrug 4, 69.
Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, in der 1 die BH-Kurve des nicht-anisotropen, und 2 die BH-Kurve des anisotropen Magneten aus dem letzterwähnten Beispiel 9 darstellt. Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt ist an Hand dieser Zeichnung deutlich ersichtlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetisch anisotroper Dauermagnet, der hauptsächlich aus in einer und derselben Richtung magnetisch gerichteten und zusammengepressten magnetischen Teilchen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet aus dem Sinterprodukt der zusammehgepressten Teilchen besteht, welche Teilchen aus einem im wesentlichen ferromagnetischen Material, das aus nicht-kubischen Kristallen, zweckmä- ssig mit hexagonaler Struktur, von Polyoxydeu des Eisens und mindestens einem der Metalle Ba, Sr oder Pb bestehen, wobei in den Kristallen ein Atombruchteil von maximal 0, 4 der Menge Ba und bzw. oder Sr und bzw. oder Pb durch Ca ersetzt sein kann.