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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Folie mit weichmagnetischen Eigenschaften
in Form eines Verbundaufbaus aus einem Kunststoffmaterial und Metallpulver
aus einem Werkstoff mit mindestens einem ferromagnetischen Element
sowie auf Verfahren zur Herstellung einer solchen Folie. Entsprechende Folien
und deren Herstellung sind z.B. aus der
DE 43 22 371 A1 bekannt.
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Die
statischen und dynamischen Eigenschaften von weichmagnetischen Massivwerkstoffen hängen neben
den reinen Materialeigenschaften stark von der jeweiligen Geometrie
des eingesetzten Werkstoffs und/oder auch von dessen mechanischer Beanspruchung
ab. So bestimmt z.B. die Dicke eines Blechs aus diesem Werkstoff
oder die einer Folie die bei höheren
Frequenzen auftretenden Wirbelstromverluste.
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Weichmagnetische
Folien finden ein weiteres Anwendungsfeld in der HF- und NF-Technik.
Mit entsprechenden, bekannten Folien beispielsweise aus Ferritmaterial
und einer Dicke zwischen 0,2 und 0,4 mm lassen sich flache Spulen
für Identifikationssysteme,
elektronische Artikelsicherungssysteme, Sensoren oder kontaktlose
Chipkarten realisieren. Auch an eine Verwendung als Störabschirmung
von Spulen gegenüber
Metallen, zur Strahlungsabsorption bei Frequenzen oberhalb 500 MHz
unter dem Gesichtspunkt einer elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV), zur Kompensation von Jochringspulen zur Bildentzerrung in
Fernsehgeräten
oder Monitoren oder als Abstandselemente zwischen Ferritkernen anstatt
von Luftspalten oder unmagnetischen Folien zum Zwecke einer Unterdrückung von
Streufeldern oder zur Einstellung einer Vormagnetisierungskennlinie
ist gedacht.
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Entsprechende
Metallfolien können
gemäß der Literaturstelle
aus „etz", Band 109 (1988),
Heft 20, Seiten 958 bis 961, durch spezielle Rascherstarrungsverfahren
direkt aus der Schmelze mit einer typischen Dicke von etwa 25 μm gewonnen
werden. Solche Folien mit einem im allgemeinen amorphen Materialgefüge sind
zwar elastisch verformbar, besitzen jedoch aufgrund der Herstellungstechnik
nur sehr eingeschränkte
Geometrien sowie eingeschränkte
mechanische und magnetische Eigenschaften.
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Entsprechendes
gilt auch für
weichmagnetisches Kernmaterial. Auch hier wird die Formgebung durch
den Werkstoff beschränkt,
da bereits mit der mechanischen Bearbeitung eine Verschlechterung der
magnetischen Eigenschaften einhergeht.
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EMV-Schirmgehäuse werden
häufig
aus kristallinen NiFe-Blechen hergestellt, die jedoch mechanisch
kaum flexibel sind.
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Aus
weichmagnetischen, nanokristallinen Werkstoffen werden gegenwärtig praktisch
ausschließlich
sogenannte Ringbandkerne hergestellt, die aber aufgrund ihrer Sprödigkeit
keiner mechanischen Belastung ausgesetzt werden dürfen. Es
ist auch bekannt, entsprechende Kerne aus einem Verbundwerkstoff
aus einem Kunststoffmaterial mit eingelagerten, weichmagnetischen,
flockenartigen Pulverpartikeln auszubilden (vgl.
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EP 0 959 480 A2 ).
Derartige Kerne aus dem Verbundwerkstoff haben jedoch einen verhältnismäßig massiven
Aufbau und stellen folglich keine selbsttragende Folie dar.
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Aus
der eingangs genannten DE-A1-Schrift ist ein Verfahren zur Herstellung
von Fäden
oder Folien mit magnetischen Eigenschaften zu entnehmen, bei dem
einem polymeren Kunststoffmaterial ein ferromagnetischer Werkstoff
mit Partikelgrößen von höchsten 10 μm und einem
Gewichtsanteil von maximal 50 %, bezogen auf das Polymergewicht,
zugesetzt wird. Der so erhaltene Verbundwerkstoff wird dann zu den
Fäden oder
Folien in einem sogenannten Schmelzspinnverfahren versponnen. Das entsprechende
Herstellungsverfahren ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Außerdem lässt sich
damit nur ein Verbundaufbau mit einer begrenzten Geometrie herstellen.
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Für eine Ausbildung
von magnetischen Abschirmungen ist es bekannt, auf einem mechanischen
Träger
eine dünne
Schicht mit weichmagnetischen Eigenschaften aufzubringen. Gemäß der
US 4,923,533 A kann
ein entsprechender Überzug
aus einem organischen Bindermaterial mit Pulverflocken aus weichmagnetischem,
ein amorphes Gefüge
aufweisendem Material vorgesehen werden.
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Auch
aus der
US 52 52 148
A geht eine magnetische Abschirmung hervor, die mit amorphen, weichmagnetischen
Teilen gebildet wird, welche in einer organischen Polymersubstanz
eingelagert sind. Die Teile können
dabei faden- oder flockenförmige Gestalt
haben.
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Ferner
ist der
DE 39 01 348
A1 eine Beschichtung aus einem organischen Bindemittel
mit einer Füllung
aus Magnetmaterial zu entnehmen. Diese Beschichtung ist insbesondere
für Anwendungen im
Ultrahochfrequenzbereich geeignet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine weichmagnetische Folie anzugeben,
die sich auf verhältnismäßig einfache
Weise mit gegenüber dem
Stand der Technik erweiterter Geometrie herstellen lässt, die
gemäß den jeweiligen
Anforderungen hinreichend mechanisch flexibel ist und sich auf den
genannten Anwendungsfeldern einsetzen lässt. Außerdem sollen hierfür geeignete
Verfahren angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird bezüglich
der Folie erfindungsgemäß mit den
in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
Demgemäss
soll bei der Folie mit den eingangs genannten Merkmalen zur Erstellung
ihres Verbundaufbaus mit magnetischer Anisotropie anisotrope Pulverpartikel
aus einem amorphen und/oder nanokristallinen Metallpulver vorgesehen sein.
Der ferromagne tische Werkstoff der Pulverpartikel enthält dabei
mindestens ein ferromagnetisches Element und gegebenenfalls weitere
nicht-magnetische und/oder nicht-metallische Elemente. Dabei sollen
die Pulverpartikel in das Kunststoffmaterial eingebunden sein, für das ein
Thermoplast oder ein Elastomer oder ein Duroplast gewählt ist.
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Während beim
Stand der Technik davon ausgegangen wird, dass der Verbundaufbau
aus einem Kunststoffmaterial und einem amorphen, weichmagnetischen
Material einen mechanischen Träger
z.B. auch in Form einer Folie aufweist, handelt es sich beim Gegenstand
der Erfindung um einen Aufbau, der ausschließlich aus dem Kunststoffmaterial
und dem Magnetmaterial aufgebaut und somit selbsttragend ist. Dies
bedingt eine Verwendung der ausgewählten Kunststoffmaterialien.
Aus der Familie dieser Materialien lassen sich vorzugsweise solche
auswählen,
die eine gute Benetzung und Anbindung an den weichmagnetischen Füllstoff
gewährleisten.
Eine gute Verarbeitbarkeit ist damit zu erreichen.
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Entsprechende
flexible Folien mit in dem Kunststoffmaterial eingebundenem amorphen und/oder
nanokristallinen Pulver, dessen Pulverpartikel vor der Verarbeitung
mit dem Kunststoffmaterial vorzugsweise in Form von Plättchen (sogenannten „Flakes") vorliegen oder
aus solchen gewonnen werden können,
besitzen eine deutliche höhere
Sättigungsinduktion
und geringere Koerzitivfeldstärke
als Folien aus Ferritmaterial. Weiterhin sind aufgrund einer vorbestimmten
Partikelgröße auch
im MHz-Bereich höhere
Permeabilitäten
möglich.
Zudem lassen sich die guten magnetischen Eigenschaften von Kunststofffolien
auf diese zunächst
spröden,
nanokristallinen Weichmagnetmaterialien übertragen.
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Durch
die erfindungsgemäße Kombination von
amorphen und/oder nanokristallinen weichmagnetischen Metallpulvern
auf Basis eines ferromagnetischen Werkstoffs ( mit mindestens einem
der ferromagnetischen Elemente Fe, Co, Ni und gegebenenfalls wei teren
Elementen ) mit einem geeigneten Kunststoff(binder), der sowohl
eine hinreichende mechanische Flexibilität als auch eine geforderte
Temperaturstabilität
garantieren kann, wird die Herstellung einer Verbundfolie mit hervorragenden
weichmagnetischen Eigenschaften ermöglicht. Mit der neuen mechanischen
und magnetischen Eigenschaftskombination lassen sich folglich bisherige
Lösungen
bzw. Anwendungsfälle
ersetzen oder neue erschließen.
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Diese
liegen aufgrund der gegenüber
Ferritfolien höheren
Sättigungsinduktion,
der geringeren Verluste und der Möglichkeit einer Einstellung
magnetisch anisotroper Eigenschaften sowohl in den Bereichen „Übertrager" und „Flussführung" allgemein, als auch
in dem Bereich der EMV auf Grund einer Abschirmwirkung in unterschiedlichen
Frequenzbereichen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Folie sowie des Verfahrens
zu ihrer Herstellung gehen aus den jeweils abhängigen Ansprüchen hervor.
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So
ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn der Verbundaufbau mit Metallpulvern
mit einer mittleren Partikelgröße erstellt
ist, die unter 100 μm
liegt. Solche Pulver zeichnen sich durch gute Verarbeitbarkeit mit
dem Kunststoffmaterial zu dem Verbundaufbau und durch eine hohe
Sättigungsinduktion
bei hinreichend niedriger Koerzitivfeldstärke aus.
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Vorteilhaft
wird ein Metallpulver verwendet, dessen Partikel ein Aspektverhältnis (=
Länge zu Breite)
von mindestens 3, vorzugsweise mindestens 10, aufweisen. Solche
Pulver lassen sich während des
Herstellungsprozesses der Folie verhältnismäßig leicht ausrichten, wodurch
eine ausgeprägte
Anisotropie des Materials bei gleichzeitig hoher Verdichtung zu
erreichen ist.
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Der
Anteil des Metallpulvers , das im Falle eines amorphen Gefüges als
aus einem metallischen Glas bestehend angesehen werden kann oder
ein zumindest teilweise rekristallisiertes Gefüge aufweist, kann vorteilhaft
innerhalb des Verbundaufbaus in weiten Grenzen liegen und insbesondere
zwischen 50 und 85 Vol.-% ausmachen. Damit ist eine große Variationsbreite
hinsichtlich der mechanischen und magnetischen Eigenschaften der
Folie gegeben.
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Eine
erfindungsgemäße Folie
lässt sich
vorteilhaft gemäß einem
ersten Verfahrensweg dadurch herstellen, dass man das Metallpulver
und das in pulvriger oder flüssiger
Form vorliegende Kunststoffmaterial vermengt, erwärmt und
in die Folienform überführt. Dabei
werden die magnetischen Eigenschaften der Folie von einer auftretenden
mechanischen Beanspruchung vorteilhaft nur geringfügig beeinflusst.
Mit diesen Verfahrensschritten lassen sich folglich Folien mit den
besonderen weichmagnetischen Eigenschaften mit beliebiger Geometrie
und Dicke gemäß den Forderungen
des jeweiligen Anwendungsfalles leicht ausbilden.
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Ein
weiterer Verfahrensweg zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folie
sieht vor, dass zunächst
auf eine Trägerfolie
aus dem Kunststoffmaterial das Metallpulver aufgebracht und anschließend in
die Trägerfolie
mechanisch eingearbeitet wird. Sowohl das Aufbringen des Metallpulvers
als auch das Einarbeiten in die Trägerfolie soll mittels eines
Walzprozesses erfolgen.
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Die
für beide
Verfahrenswege verwendbaren Trägerfolien
können
dabei sehr dünn,
beispielsweise zwischen 5 und 10 μm
dick sein. Vorzugsweise können
dann mehrere mit dem Metallpulver versehene Trägerfolien gestapelt und zu
einer dickeren Gesamtfolie weiterverarbeitet werden.
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Dabei
ist es als besonders vorteilhaft anzusehen, wenn mittels einer Rascherstarrungstechnik Stücke aus
einem Zwischenprodukt des weichmagnetischen Werkstoffes hergestellt
werden, die anschließend
mittels einer Mahltechnik in das Metall pulver überführt werden. Eine Rascherstarrungstechnik
ist nämlich
ein besonders geeignetes Verfahren, um die gewünschte amorphe und/oder nanokristalline
Mikrostruktur der Zwischenproduktstücke und damit der Metallpulver
zu erhalten. Gegebenenfalls kann bei der Metallpulverherstellung
eine Wärmebehandlung
der Zwischenproduktstücke
oder des Metallpulvers vorgesehen werden, mittels derer ein Auskristallisieren
und/oder eine Einstellung der Korngröße in dem Pulver zu erreichen
ist. Durch spezielle Mahlverfahren und Wärmebehandlungsverfahren können dabei
Pulver mit niedriger Koerzitivfeldstärke hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
noch weiter erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch
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1 den
prinzipiellen Aufbau einer Mühle zur
Ausbildung des für
die erfindungsgemäße Folie erforderlichen
Metallpulvers,
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2 eine
tabellarische Gegenüberstellung der
Koerzitivfeldstärken
nanokristalliner Pulver, hergestellt mit verschiedenen Mühlentypen,
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3 die
Hysteresiskurve einer erfindungsgemäßen Folie und
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4 eine
erfindungsgemäße Folie.
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Die
Herstellung einer erfindungsgemäßen Folie
gliedert sich in die folgenden Abschnitte unter:
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1) Bereitstellung des
Metallpulvers
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Das
Metallpulver kann aus jedem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt
werden, der je nach gefordertem Anwendungsfall hinreichend weichmagnetische
Eigenschaften hat und dessen Partikel eine nanokristalline Struktur
sowie eine Anisotropie besitzen (vgl. z.B. das Buch „Magnetwerkstoffe
und Magnetsysteme",
Hrsg. H.Warlimont, DGM Informationsgesellschaft – Verlag, Oberursel, 1991,
Seiten 137 bis 146). Der Werkstoff besteht aus wenigstens einem
der ferromagnetischen Elemente und gegebenenfalls aus weiteren metallischen
Elementen und/oder Nichtmetallen (Metalloiden). Beispiele für weitere
metallische Elemente Cu und Nb; Beispiele für feste Metalloide sind B und
Si. Die Koerzitivfeldstärke
des bereitzustellenden Metallpulvers sollte dabei vorteilhaft einen
niedrigen Wert haben und vorzugsweise unter 20 A/m liegen. Außerdem sollte
dieses Pulver eine verhältnismäßig hohe
Sättigungsinduktion
besitzen, die deshalb vorzugsweise über 0,4 Tesla liegt. Entsprechende
weichmagnetische, ein amorphes oder nanokristallines Gefüge aufweisende Metallpulver
werden aus Ausgangsmaterialien gewonnen, die bevorzugt durch mechanisches
Legieren oder durch eine Rascherstarrungstechnik gewonnen werden.
Bei letztgenannter Technik wird in einem ersten Verfahrensschritt
aus einer erschmolzenen Vorlegierung aus den Ausgangskomponenten
ein amorphes oder feinkristallines Zwischenprodukt erzeugt. Hierzu
wird die Vorlegierung auf einer hohen Temperatur erschmolzen und
anschließend
gemäß dem sogenannten „melt spinning" (Schmelzspinnverfahren)
auf einen rotierenden Körper
gespritzt, der so zu einer hohen Abkühlrate von deutlich über 100
K/s, insbesondere bis 106 K/s, bei einer
verhältnismäßig hohen
Oberflächengeschwindigkeit
an seinem Radumfang führt.
Man erhält
so bandförmige
Stücke
des Zwischenproduktes, sogenannte „Flakes", die zwar im allgemeinen verhältnismäßig spröde sind,
aber die geforderte Anisotropie haben können. Denn solche Zwischenprodukte
haben üblicherweise
ein hohes Aspektverhältnis
(= Länge
zu Breite) und lassen sich während
des Herstellungsprozesses der Folie leicht ausrichten.
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Die
Zwischenproduktstücke
können
in Abhängigkeit
von den Parametern der Apparatur zur Rascherstarrung ein amorphes
und/oder kristallines Gefüge
haben. Das amorphe Gefüge
kann in bekannter Weise mittels einer Wärmebehandlung in ein nanokristallines
Gefüge überführt werden.
Für die nachfolgende
Betrachtung sei ein solches nanokristallines Gefüge angenommen:
Die Stücke des
Zwischenproduktes werden anschließend mittels einer Mahltechnik
in das Pulver mit einer gewünschten
Pulverpartikelgröße mit einem
gewünschten
Aspektverhältnis überführt. Die
Pulverpartikel sollten dabei vorzugsweise einen mittleren Durchmesser
aufweisen, der unter 200 μm,
insbesondere unter 100 μm
liegt. Ihr Aspektverhältnis
sollte dabei mindestens 3, vorzugsweise mindestens 10 betragen.
Zur Einstellung der Pulverpartikelgröße wird vorteilhaft eine Ultrazentrifugalmühle verwendet (vgl.
z.B. die nicht-vorveröffentlichte
DE 198 37 630 C1 ).
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Eine
entsprechende Zentrifugalmühle
zeigt 1. Die dort mit 10 bezeichnete Mühle weist
einen Aufnahmetrichter 9 auf, über welchen ein Mahlgut 2 aus
den Stücken
des Zwischenproduktes in das Mühleninnere
gelangt. Dort befindet sich ein Rotor 3 mit einer Vielzahl
keilförmiger,
an ihren Spitzen zueinander gerichteter Rotorzähne 4. Diese Zähne sind
an einer Rotorplatte 5 gelagert, die mit hoher Geschwindigkeit
rotiert. Das Mahlgut 2 wird in Folge der hohen Zentrifugalkräfte nach
außen
geschleudert und an den inneren Kanten der Rotorzähne 4 zerkleinert. Ferner
kann der Rotor 3 ein in der Figur nur teilweise ausgeführtes Ringsieb 6 enthalten,
dessen Sieblochgröße in der
Regel maßgeblich
die Partikelgrößenverteilung
des gemahlenen Pulvers bestimmt. In einem Auffangbehälter 7 werden
die durch das Ringsieb hindurchgelangten Partikel aufgefangen. Wie
im rechten Teil der Figur angedeutet ist, lässt sich gegebenenfalls auf
das Ringsieb in der Zentrifugalmühle verzichten.
Dies kann zur Erzielung niedriger Koerzitivfeldstärken sogar
von Vorteil sein. Es zeigt sich nämlich, dass der zwischen Rotor
und Ringsieb erfolgende mechanische Zerkleinerungsschritt insbesondere
bei einem Mahlen nanokristallinen Materials zu Strukturdefekten
führen
kann, die in einer höheren Koerzitivfeldstärke resultieren.
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2 zeigt
in Form einer Tabelle eine Gegenüberstellung
der Koerzitivfeldstärken
von nanokristallinen Pulvern, wie sie mit verschiedenen Mühlentypen
zu erhalten sind. Das hier zugrunde gelegte Zwischenproduktmaterial
ist ein metallisches Glas auf Fe-Basis mit der Zusammensetzung Fe73,5Cu1Nb3Si15,5B7.
Wie der Tabelle zu entnehmen ist, zeigen die mit einer Scheibenschwingmühle gemahlenen
Pulver eine verhältnismäßig hohe
Koerzitivfeldstärke,
die um so größer ist,
je kleiner die Grundgröße (Partikelgröße) ist.
Gegenüber
einer derartigen Schwingscheibenmühle wird vorteilhaft die gezeigte
Zentrifugalmühle
ohne Sieb verwendet, mit der Partikel mit deutlich kleinerem Durchmesser und
auch mit kleinerer Koerzitivfeldstärke zu erhalten sind. Die entsprechenden
Werte liegen auch unter denen einer Zentrifugalmühle mit einem Sieb, das eine
Lochung von 0,25 mm aufweist. Die Tabelle belegt deutlich die Tatsache,
dass sich mittels einer Variation der Partikelgröße die magnetischen Eigenschaften
des Pulvers und damit auch die des folienförmigen Endprodukts in einem
weiten Bereich einstellen lassen.
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Auf
alle Fälle
müssen
die Pulverpartikel vor ihrer Verarbeitung mit dem Kunststoffmaterial
eine uniaxiale Anisotropie aufweisen, um so die gewünschte magnetische
Orientierung bzw. Ausrichtung der Folie zu ermöglichen. Die Ausrichtung kann entweder
allein durch ein geeignetes mechanisches Verfahren wie z.B. in einem
Walzstuhl oder mit Unterstützung
durch ein angelegtes Magnetfeld erfolgen. Die Ausrichtung der weichmagnetischen
Partikel in einem Magnetfeld geschieht durch zwei voneinander unabhängige Anisotropieeigenschaften
der Partikel:
- 1. Die Partikel besitzen aufgrund
eines hohen Aspektverhältnisses
eine sogenannte Formanisotropie. Aufgrund dieser rein geometrischen
Eigenschaft erfahren die Prüferpartikel
in einem homogenen Magnetfeld ein Drehmoment und werden sich im
Magnetfeld längs
ihres längsten
Durchmessers anordnen.
- 2. Die Partikel können
eine inhärente
Anisotropie aufweisen, die sich durch eine entsprechende atomare
Struktur ergibt. Diese kann entweder durch die Kristallanisotropie
vorgegeben sein oder durch eine entsprechende Wärmebehandlung als Nahordnung
erzeugt werden: Dazu gehören
unter anderem eine Temperung in einem Magnetfeld (sogenannte „magnetfeldinduzierte
Anisotropie") oder
eine Temperung unter mechanischer Spannung (sogenannte „spannungsinduzierte
Anisotropie").
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2) Bereitstellung des
Kunststoffmaterials
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Bei
dem auszuwählenden
Kunststoffmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein temperaturstabiles
Plastematerial, das auch als Binder bezeichnet wird. Es kann zunächst in
fester Form z.B. als Pulver oder in flüssiger Form vorliegen.
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Als
Kunststoffbinder sollen nach der Erfindung thermoplastische, elastomere
und duroplastische Kunststoffe eingesetzt werden. Ausschlaggebend
ist eine gute Benetzung und Anbindung des Kunststoffes an den weichmagnetischen
Füllstoff.
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Bei
den Thermoplasten haben sich Ethylencopolymere, wie Polyethylenvinylacetat
oder Polyethylenethylacrylat bewährt.
Des weiteren kommen Polycarbonate, Polyester oder Polyurethane in
Frage. Bei den elastomeren Kunststoffen können alle Kautschuke, insbesondere
Siliconkautschuk, verwendet werden.
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3) Bereitstellung des
Metallpulver-Kunststoffbinder-Gemisches und dessen Verarbeitung
zu der Folienform
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Das
erzeugte, anisotrope Metallpulver wird anschließend gemäß einem ersten Verfahrensweg mit
dem besonderen Kunststoffmaterial vermengt oder vermischt. Dabei
lassen sich vorteilhaft über den
Anteil bzw. Füllgrad
des Metallpul vers innerhalb des Metallpulver-Kunststoffbinder-Gemischs
die magnetischen Eigenschaften des folienförmigen Endprodukts in weiten
Grenzen variieren. Bevorzugt kann der Metallpulveranteil zwischen
50 und 85 Vol.-% liegen. Die Verarbeitung des Gemischs zu der Folienform
geschieht nach an sich bekannten Prozessen. Entsprechende Prozesse
werden beispielsweise bei der Herstellung von Audio- oder Videobändern der
Unterhaltungsindustrie angewandt. Prinzipiell wird im allgemeinen
bei erhöhter
Temperatur von beispielsweise 100 bis 150°C das Gemisch kompaktiert und
anschließend
mittels eines Verformungsprozesses wie z. B. mittels Walzens oder
Pressens in die Folienform überführt. Es
kann dabei eine Dicke der Folie zwischen 0,1 und 2 mm eingestellt
werden. Eine Orientierung der Pulverpartikel kann z.B. nach einem
Gießvorgang
und vor einem Abziehen der Folie von einem Träger erfolgen. Die Partikel
können sich
dabei während
der Verfestigung in einem Magnetfeld, das aus Gründen einer Energieeinsparung auch
gepulst sein kann, gemäß ihrer
Vorzugsrichtung orientieren. Eine derartige Orientierung ermöglicht auch
eine hohe Verdichtung der üblicherweise
ein großes
Aspektverhältnis
aufweisenden Pulverpartikel. Da bekanntlich die Güte der magnetischen
Eigenschaften der erzeugten weichmagnetischen Folie eng mit dem
Füllgrad
des Magnetmaterials zusammenhängt,
lässt sich
so eine hohe Güte
erreichen.
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Thermoplaste
und Elastomere werden bevorzugt auf Walzenstühlen mit dem weichmagnetischen
Füllstoff
gemischt und zu Folien verarbeitet. Während nach diesem Prozess mit
Thermoplasten hergestellte Folien direkt eingesetzt werden können, müssen Folien
auf Elastomerbasis nach diesem Prozess chemisch oder radikalisch
noch vernetzt werden.
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3 zeigt
ein Diagramm der Hysteresiskurve, die für ein entsprechend hergestelltes
Ausführungsbeispiel
einer weichmagnetischen Folie sich ergibt. Diese Folie hatte folgende
Parameter:
Weichmagnetisches Material : Fe73,5Cu1Nb3Si13,5B9
Mittlere Partikelgröße: 70 bis
90 μm
Kunststoffmaterial:
Polypropylen
Verarbeitungstemperatur: 150°C.
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In
dem Diagramm sind in Richtung der Abszisse die magnetische Feldstärke H (in
A/cm) und in Ordinatenrichtung die magnetische Induktion B (in Tesla)
aufgetragen. Die Folie wies gemäß dem Diagramm
eine Sättigungsinduktion
von etwa 0,43 T bei einer Feldstärke
H von etwa 500 A/cm auf und zeigte eine Koerzitivfeldstärke von
etwa 0,05 A/cm.
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4 zeigt
in stark schematisierter Darstellung eine entsprechende erfindungsgemäße Folie 20 in
Schrägansicht.
Die Folie hat eine Dicke D von insbesondere unter 2 mm, vorzugsweise
unter 0,5 mm, und eine an sich in weiten Grenzen wählbare Breite B,
beispielsweise von 2 cm. Sie weist einen Verbundaufbau V aus Metallpulverpartikeln 21 und
Kunststoffmaterial 22 auf. Die Partikel haben eine mittlere Größe δ (= jeweils
maximale Ausdehnung eines Partikels in einer Richtung) von vorzugsweise
unter 100 μm.
Die Folie zeigt ausgeprägte
weichmagnetische Eigenschaften, wobei ihre Koerzitivfeldstärke vorzugsweise
einen Wert von unter 20 A/m hat. Der Wert ihrer Sättigungsinduktion
liegt insbesondere über
0,4 T. Das vorstehende Ausführungsbeispiel
liegt im Rahmen dieser Werte. Entsprechende Folien kommen insbesondere
für Anwendungen
in Frage, die beispielsweise für
amorphe weichmagnetische Legierungen bekannt sind (vgl. das vorstehend
genannte Buch „Magnetwerkstoffe
und Magnetsysteme", Seiten
153 bis 168).
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Nachfolgend
wird als Ausführungsbeispiel zur
Herstellung ein Verfahrensweg aufgezeigt, der die Formanisotropie
von flockenartigen Magnetpulverpartikeln nutzt:
Auf eine Thermoplastfolie
von 5 bis 10 μm
Dicke, die eine sehr dünne,
z.B. durch Aufsprühen
erzeugte, Klebstoffschicht enthält,
wird das weichmagnetische Metallpulver in einer Mo noschicht aufgebracht,
indem die Folie über
eine Gummiwalze auf das zu einer dünnen Schicht ausgebreitete
Metallpulver gepresst wird. In dieser Schicht befinden sich die
flockenartigen Pulverpartikel vorwiegend auf ihrer größten Fläche liegend.
Bei dem Walzvorgang bleiben die weichmagnetischen Metallpulverpartikel
flächig
auf der Folie haften. Durch die Klebstoffbeschichtung wird sichergestellt,
dass tatsächlich
nur eine Monoschicht der Metallpulver auf der Folie angeordnet wird.
Um eine möglichst
gute Flächenbelegung
zu erreichen, wird dieser Vorgang mehrmals wiederholt. Nach diesem
Prozess wird die Folie durch einen Walzenstuhl mit geheizten Walzen
gezogen. Dabei wird das Magnetpulver in das erweichende Folienmaterial mechanisch
eingedrückt.
Auf diese Art und Weise lassen sich selbsttragende Filme von ca.
20 bis 30 μm
Schichtdicke und einem Füllgrad
von > 80 Vol.-% erzeugen.
In derartigen Schichten ist sichergestellt, dass sich alle Partikel
mit ihrer größten Fläche absolut
parallel zur Folienoberfläche
befinden und damit der Gesamtfolie ein anisotropes Verhalten verleihen. Aus
diesen Primärfolien
lassen sich dickere Folien mit anisotropem Verhalten durch Verpressen
von Stapeln mehrerer Primärfolien
herstellen.