DE102015204617A1

DE102015204617A1 - Anisotroper Hochleistungspermanentmagnet mit optimiertem nanostrukturellem Aufbau und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102015204617A1
Application number: DE102015204617.6A
Authority: DE
Inventors: Caroline Cassignol; Van An Du; Michael Krispin; Inga Zins
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-15
Also published as: WO2016146308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, insbesondere Hochleistungspermanentmagneten (P), und den Permanentmagneten mit einer Nanostruktur, mit den Schritten: – Erzeugen (S1) von aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikeln; – Erzeugen (S2) einer weichmagnetischen zweiten Phase zumindest teilweise um die erste Phase herum zum Ausbilden von Kern-Schale Nanopartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S1) der hartmagnetischen ersten Phase vor und getrennt zu dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweiten Phase ausgeführt wird, sowie ein Ausrichten (S4) und ein in Form Bringen (S5) der Nanopartikel vor, nach oder gleichzeitig mit dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweiten Phase, ausgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und einen Permanentmagneten gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Permanenterregte Motoren und Generatoren stellen große Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften der verwendeten Permanentmagnete. Diese werden im herkömmlichen Aufbau lediglich von anisotropen gesinterten Seltener-Magnetwerkstoffen auf Basis von Neodym-Eisen-Bor beziehungsweise Samarium-Cobalt erreicht. Während in heutigen seltenerd-basierten Dauermagneten mittels einer hohen magnetokristallinen Anisotropie in mikrokristallinen, metallurgisch erzeugten Mikrostrukturen eine für fast alle derzeitigen Anwendungen ausreichend hohe Koerzitivfeldstärke erzeugt wird, bleibt die remanente Magnetisierung in diesen Systemen auf die spontane Magnetisierung der hartmagnetischen Phase, wie es beispielsweise Nd₂Fe₁₄B von 1,61 T ist, begrenzt.
Die Verknappung des Zugangs zu Seltenerd-Elementen hat zu einer Intensivierung der Suche nach neuen dauermagnetischen seltenerd-freien Magnetmaterialien geführt. Diese hat insbesondere durch die dauermagnetischen seltenerd-freien Magnetmaterialien geführt. Diese hat insbesondere durch die Nanotechnologie eine starke Belebung erfahren. Dies liegt daran, dass permanentmagnetische Eigenschaften neben der hohen Magnetisierung und Polarisation aufgrund eines geeigneten atomaren und kristallographischen Aufbaus, in hohem Maß von Magnetisierungsprozessen auf mesoskopischer Skala abhängen. Durch den mikrostrukturellen Aufbau als nanoskalige Eindomänenteilchen werden Dauermagneteigenschaften begünstigt, wie dies in der Rascherstarrungstechnik bekannt ist. Diese Tatsache lässt neue Konzepte synthetisch hergestellter Dauermagnete möglich erscheinen. Dabei kann nach heutigem Stand der Technik noch mindestens eine Verdoppelung der Energiedichte erreicht werden. Diese hochperformanten Magnete lassen sich vorteilhaft in hocheffizienten Antrieben und Generatoren einsetzen.
Die Koerzitivfeldstärke von synthetisch aufgebauten Nanopartikeln, insbesondere nach dem sogenannten „bottom-up approach“, mit hoher spontaner Magnetisierung lässt sich durch eine sogenannte Formanisotropie erhöhen. Jedoch entsprechen die experimentell erreichten Werte nicht den in der Anwendung benötigten. Es bedarf einer zusätzlichen Erhöhung der Koerzitivfeldstärke. Zudem wird der Aufbau von Permanentmagneten durch die steigende Oxidationsempfindlichkeit der Nanopartikel behindert. So werden selbst favorisierte Übergangsmetalllegierungen aus Cobalt und Eisen leicht oxidiert.
Das Konzept zweiphasiger, sogenannter austauschgekoppelter, dies wird im Englischen „exchange spring“ genannt, Magnete, wurde zwar im metallurgischen Verfahren untersucht, insbesondere das sogenannte „rapidly quenching“ Verfahren. Die begrenzte Kontrolle der Formgebung und Verteilung der Phasen führt jedoch zu einer starken Abnahme der Koerzitivfeldstärke und damit zu reduzierten dauermagnetischen Eigenschaften.
Herkömmlicherweise wird eine Kombination von hart- und weichmagnetischen Phasen auf der Nanometerskala ausgeführt. Dabei weisen hartmagnetische Phasen ein hohes Koerzitivfeld und weichmagnetische Phasen eine hohe Sättigungsmagnetisierung auf. Theoretisch wurde dieser Effekt in [1] beschrieben und bereits mit Modellsystemen ansatzweise bestätigt, und zwar beispielsweise durch [2].
Es ist Aufgabe einen Permanentmagnet, insbesondere Hochleistungspermanentmagnet, mit einer optimierten Nanostruktur derart bereit zu stellen, dass insbesondere für permanenterregte Motoren und Generatoren hohe Koerzitivfeldstärken, insbesondere bei einer wirksamen Oxidationsunempfindlichkeit, bereit gestellt werden können. Es sollen Energiedichten wirksam im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert werden können. Eine remanente Magnetisierung soll wirksam im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und einen Permanentmagneten gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, insbesondere Hochleistungspermanentmagneten, mit einer optimierten Nanostruktur vorgeschlagen, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: Erzeugen von aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikeln. Erzeugen einer weichmagnetischen zweiten Phase zumindest teilweise um die erste Phase herum zum Ausbilden von Kern-Schale Nanopartikeln, wobei das Erzeugen der hartmagnetischen ersten Phase vor und getrennt zu dem Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase ausgeführt wird, sowie ein Ausrichten und ein in Form Bringen der Nanopartikel vor, nach oder gleichzeitig mit dem Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phasen, ausgeführt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein anisotroper Permanentmagnet, insbesondere Hochleistungspermanentmagnet, mit einer Nanostruktur vorgeschlagen, der ausgerichtete und in Form gebrachte Kern-Schale Nanopartikel mit einer hartmagnetischen ersten Phase und einer weichmagnetischen zweiten Phase aufweist, die zumindest teilweise um die erste Phase herum ausgebildet wurde, wobei das Erzeugen der hartmagnetischen ersten Phase vor und getrennt zu dem Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase ausgeführt wurde.
Durch nanotechnologische Syntheseverfahren lassen sich aufgrund der potentiellen vielfältigen Formgebung magnetisch eindomänige Nanopartikel herstellen. Die Nanopartikel können auch als langgestreckte Ellipsoide, Nanowires beziehungsweise Nanodrähte oder Nanorods beziehungsweise Nanostäbchen ausgebildet worden sein und in ausgerichteten Ensembles angeordnet werden. Aus ursprünglich als weichmagnetische Metalle und Legierungen bekannten Ferromagnetika, wie MiFe oder CoFe, werden aufgrund der Formanisotropie ein permantentmagnetisches Material mit erheblicher Ummagnetisierungsstabilität. Das Anisotropiefeld als obere Grenze für das Koerzitivfeld ist dabei für „unendlich“ langgestreckte Teilchengeometrien auf 2π·M_S, die die Sättigungsmagnetisierung ist, begrenzt. Durch
Einflüsse aus dem Ensemble, aber ebenso aufgrund der Tatsache, dass das Koerzitivfeld durch Defekte an der Oberfläche der Nanopartikel sowie Ecken und Kanten reduziert ist, wobei µH = α·µH_a – N_eff·J_S ist, ist bis heute nicht klar, ob dieser
Grenzwert im Ensemble von Teilchen erreicht werden kann und ob zusätzlich andere Ummagnetisierungsmoden, in Verbindung mit Curling, Fanning, auftreten, die eine zusätzliche Reduktion des Koerzitivfelds bewirken. Dieses kann nun wiederum auf herkömmliche Weise mittels Kombination von hart- und weichmagnetischen Phasen auf der Nanometerskala behoben werden. Dabei weisen hartmagnetische Phasen ein hohes Koerzitivfeld und weichmagnetische Phasen eine hohe Sättigungsmagnetisierung auf.
Mittels Nanotechnologie ist es somit möglich, nahezu ideale Magnetbausteine zu erzeugen, die anschließend ausgerichtet, orientiert, in Form gebracht und beispielsweise in einer Matrix gebunden werden können, um einen makroskopischen, hochperformanten Magneten zu bilden. Beispielsweise kann die Phasenumwandlung, die beispielsweise mittels Reduktion ausführbar ist, der zweiten Phase, die als Schicht oder in Form von Nanopartikeln erzeugt werden kann, in eine weichmagnetische Phase erst dann stattfinden, nachdem die Kern-Schale Nanopartikel magnetisch orientiert und in eine endformnahe Geometrie gebracht wurden. Die hart- und weichmagnetischen Phasen sind nach der Umwandlung magnetisch austauschgekoppelt.
Als wesentliches Merkmal wird die Herstellung eines Permanentmagneten aus Partikeln mit einer Kern-Schalte Nanostruktur angesehen, bei der mindestens zwei Materialsysteme beteiligt sind, die miteinander magnetisch austauschgekoppelt sind. Diese Partikel führen zu einer hohen dauermagnetischen Performance, und zwar zu einer hohen Remanenz, zu einem hohen Koerzitivfeld und zu einem hohen Energieprodukt sowie zu einer Langzeitstabilität.
Zuerst erfolgt die Wahl eines geeigneten hartmagnetischen Kernmaterials sowie dessen Erzeugung in einer geeigneten Form und Größe. Besonders vorteilhaft zur Herstellung des Permanentmagneten ist die Verwendung elongierter Partikel mit einer Kern-Schale Nanostruktur.
Mittels der separaten Synthese des hartmagnetischen Kerns und der weichmagnetischen Phase können für beide Schritte besserer Synthesebedingungen angewendet werden. In vielen Fällen ist insbesondere für die Ausbildung der harten Phase eine Temperbehandlung notwendig, die für die weichmagnetische Phase ungünstig ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Erzeugen der hartmagnetischen ersten Phase und der weichmagnetischen zweiten Phase bei zueinander unterschiedlichen Temperaturbereichen und/oder Umgebungsgasen und/oder Umgebungsdrücken und/oder Reaktionsdauern ausgeführt werden. Beispielsweise sind für die Ausbildung von Hartferriten als Material hartmagnetischer erster Phasen Temperaturen von ca. 1000 °C und eine oxidierende Atmosphäre oder Luft notwendig.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann nach dem Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase ein Korrosionschützen der Kern-Schale Nanopartikel mittels Erzeugen eines Korrosionsschutzes in Form einer jeweiligen, insbesondere aus selbst organisierten Monolagen, Kohlenstoff oder Siliziumdioxid erzeugten, Schutzhüllen oder als eine jeweilige passivierende Oxidschicht ausgeführt werden. Auf diese Weise kann das Kern-Schale Nanopartikel mittels der aufgebrachten Schutzhülle gegen Korrosion geschützt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase mittels chemischen Umwandelns einer jeweiligen Oberflächenschicht der Nanopartikel in eine weichmagnetische zweite Phase ausgeführt werden. Die Behandlung der Oberfläche des Kernmaterials erfolgt mittels einer chemischen Reaktion, die beispielsweise eine Reduktion sein kann, und erzeugt dadurch eine weichmagnetische Schale. Mittels der geeigneten Wahl der genauen Reaktionsparameter, wie es beispielsweise Zeit, Temperatur, Druck, Wahl des Reduktionsmittels sind, lässt sich die Dicke der weichmagnetischen Schicht steuern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase mittels Beschichten einer jeweiligen Oberfläche der aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikeln mit einer zweiten Phase in Form einer zumindest teilweise geschlossenen Beschichtung und mittels chemischen Umwandelns der zweiten Phase in eine weichmagnetische zweite Phase mit einer wirksamen Sättigungsmagnetisierung ausgeführt werden. Die Behandlung der Oberfläche des Kernmaterials kann mittels einer Beschichtung des Kernmaterials mit einer zweiten Phase mittels Abscheidung einer Schicht einer zweiten Phase ausgeführt werden. Die zweite Phase kann mittels einer chemischen Reaktion, beispielsweise einer Reduktion, in eine weichmagnetische Phase transformiert werden. Die beteiligten Materialsysteme sind so gewählt, dass die harte Phase durch die Phasenumwandlung der zweiten Phase nicht zerstört wird. Es erfolgt ein Erzeugen eines magnetisch austauschgekoppelten Kern-Schale Nanopartikels mit hartmagnetischem und hochkoerzitiven Kern und weichmagnetischer Schale mit einer hochmagnetischen Sättigung. Für die Umsetzung der Austauschkopplung ist die Entfernung von nicht ferromagnetischen Zwischenschichten, beispielsweise von Kohlenstoff oder von Oxiden, und ein direkter Kontakt von hart- und weichmagnetischer Phase notwendig. Zur Entfernung von Zwischenschichten und zur Ausbildung von direkten Kontaktflächen sind Temperbehandlungen in inerter beziehungsweise reduktiver Atmosphäre vorteilhaft. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Erzeugen der weichmagnetischen zweiten Phase mittels zumindest teilweise geschlossenen Beschichten einer jeweiligen Oberfläche der aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikel mit einer zweiten Phase in Form von Nanopartikeln sowie chemischem Umwandeln einer zweiten Phase in eine weichmagnetische zweite Phase mit einer wirksamen Sättigungsmagnetisierung ausgeführt werden. Die Behandlung der Oberfläche des Kernmaterials erfolgt mittels einer Beschichtung des Kernmaterials mit einer zweiten Phase durch Abscheidung insbesondere in in-situ Synthese von Nanopartikeln oder einer Mischung mit Nanopartikeln einer zweiten Phase. Die zweite Phase wird mittels einer chemischen Reaktion, insbesondere einer Reduktion, in eine weichmagnetische Phase transformiert. Die beteiligten Materialsysteme sind so gewählt, dass die harte Phase durch die Phasenumwandlung der zweiten Phase nicht zerstört wird. Eine Erzeugung eines magnetisch austauschgekoppelten Kern-Schale Nanopartikels mit hartmagnetischem und damit hochkoerzitivem Kern und weichmagnetischer Schale mit hoher magnetischer Sättigung wird bereitgestellt. Für die Umsetzung der Austauschkopplung ist die Entfernung von nicht ferromagnetischen Zwischenschichten, beispielsweise aus Kohlenstoff oder Oxiden, und ein direkter Kontakte von hart- und weichmagnetischer Phase erforderlich. Zur Entfernung von Zwischenschichten und zur Ausbildung von direkten Kontaktflächen sind Temperbehandlungen in inerter oder reduktiver Atmosphäre vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Beschichten mittels Abscheiden oder Aufwachsen der Nanopartikel der zweiten Phase oder mittels homogenen Mischens der Nanopartikel der hartmagnetischen ersten Phase und der Nanopartikel der zweiten Phase ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das In-Form-Bringen mittels Bindens in einer Matrix, insbesondere der weichmagnetischen zweiten Phase und/oder einer Polymermatrix, ausgeführt werden. Damit können zugleich die hartmagnetischen Nanopartikel in einer Matrix aus der weichmagnetischen Phase gebunden werden. Wird die Phasenumwandlung der zweiten Phase nach einer magnetischen Orientierung und Kompaktierung durchgeführt, kann die zweite Phase zusätzlich zur magnetischen Funktion auch die Funktion einer Matrix zur Bindung der hartmagnetischen Partikel übernehmen, die üblicherweise von einer Polymermatrix in kunststoffgebundenen Magneten übernommen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Dichte an ferromagnetischem Material zu erhöhen und somit die Sättigungsmagnetisierung und die Remanenz im Vergleich zu kunststoffgebundenen Magneten zu erhöhen. Grundsätzlich können kunststoffgebundene Matrizes mit der Matrix der weichmagnetischen zweiten Phase kombiniert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das in Form Bringen alternativ oder kumulativ mittels Bindens im Korrosionsschutz der Kern-Schale Nanopartikel als Matrix ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dicke der weichmagnetischen zweiten Phase maximal 40 nm, insbesondere maximal 20 nm, oder maximal der Bloch-Wand-Stärke entsprechend, insbesondere maximal die halbe Bloch-Wand-Stärke, der hartmagnetischen ersten Phase geschaffen sein. Die Dicke ist insbesondere mittels der Reaktionsparameter einstellbar.
Als Bloch-Wand bezeichnet man insbesondere mit Bezug auf Magnetismus die Grenze zwischen den Weiß-Bezirken in ferromagnetischen Stoffen unterhalb der Curie-Temperatur.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann nach dem Schaffen eines in Form gebrachten Permanentmagneten dieser mittels Erzeugen eines den Permanentmagneten umgebenden Korrosionsschutzes, der in Form einer Schutzhülle oder Schutzschicht, insbesondere einer Polymerschicht, oder als eine passivierende Oxidschicht ausgeführt werden. Der entstandene Permanentmagnet kann abschließend mittels einer Schutzhülle, beispielsweise einer passivierenden Oxidschicht oder Polymerschicht, gegen Korrosion geschützt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Nanopartikel, insbesondere der ersten hartmagnetischen Phase, elongiert erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das chemische Umwandeln in die weichmagnetische zweite Phase in einem Temperaturbereich von 250 °C, insbesondere 350 °C bis 500 °C, in einer inerten oder reduktiven Atmosphäre, insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre, ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das chemische Umwandeln im Vakuum oder in einem Wasserstoff-Gas-Gemisch oder einem Wasserstoffplasma ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Reduktion zum Umwandeln in einer flüssigen Phase mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere Hydrazin oder Natriumborhydrid, bei Normaldruck ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Umwandeln als eine Reduktion in flüssiger Phase mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere Hydrazin oder Natriumborhydrid, unter Überdruck in einem Autoklaven ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die hartmagnetische erste Phase ε-Fe₂O₃ oder Hartferrite, insbesondere Strontiumhexaferrit und/oder Bariumhexaferrit aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Phase Eisen- und/oder Cobalt-Oxide und -Hydroxide und die weichmagnetische zweite Phase weichmagnetisches Eisen, Cobalt oder Eisen-Cobalt aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Phase und die weichmagnetische zweite Phase Nanopartikel mit einem Eisen- oder Cobalt-Kern und einer Oxidhülle aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Ausrichten und das in Form Bringen der Nanopartikel nach dem Beschichten und vor dem chemischen Umwandeln der zweiten Phase in die weichmagnetische zweite Phase ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Ausrichten und das in Form Bringen der Nanopartikel während des chemischen Umwandelns der zweiten Phase in die weichmagnetische zweite Phase ausgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einer ersten Ausführung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hochleistungspermanentmagneten mit einer optimierten Nanostruktur wird die Oberfläche eines bevorzugt formanisotropen Nanopartikels bestehend aus einer hartmagnetischen Phase, das in einem ersten Schritt S1 hergestellt wurde, dahingehend behandelt, und zwar beispielsweise chemisch reduziert, dass die Oberflächenschicht in eine weichmagnetische Phase in einem zweiten Schritt S2 umgewandelt wird. Hierdurch entsteht ein Kern-Schale Nanopartikel mit hartmagnetischem Kern und weichmagnetischer Schale, das dem Prinzip der magnetischen Austauschkopplung folgt. Die Ausdehnung der Schale ist dabei auf 40 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke der harten Phase beschränkt. In einem anschließenden dritten Schritt S3 wird das Kern-Schale Nanopartikel durch eine Schutzhülle aus beispielsweise Kohlenstoff, Siliziumdioxid oder eine oxidische Passivierungsschicht gegen Korrosion als ein erster Korrosionsschutz KS1 geschützt. Diese Schritte S1 bis S3 stellen einen Magnetbaustein bereit.
Gemäß dieser ersten Ausführung zeichnet sich eine der Komponenten, beispielsweise die Kernphase, die mit dem ersten Schritt S1 erzeugt wurde, durch den höheren Volumenanteil aus und trägt das hohe Koerzitivfeld, beispielsweise als ε-Fe₂O₃.
Die zweite Phase, beispielsweise die Schalenphase, weist eine hohe magnetische Sättigung auf. Das Kernmaterial wird so gewählt, dass es durch eine chemische Reaktion, beispielsweise Reduktion, in das Schalenmaterial überführt werden kann. Dies wird mit dem Schritt S2.2 ausgeführt. Zudem wird durch die Wahl von Kerngröße/-durchmesser, die gemäß 1 mit Lr dargestellt sind, und der Schalendicke d, eine magnetische Austauschkopplung erreicht, die zu einem einphasigen Ummagnetisierungsverhalten führt und somit eine homogene Rotation bei hohen Koerzitivfeldern begünstigt. Ein vorhandenes Kernmaterial teilumzuwandeln in eine weichmagnetische Schale ist hierbei leichter und mit weniger Prozessschritten ausführbar, als eine neue Hülle, insbesondere chemisch, aufzubringen. Die Kristallgitter von Kern und Schale haben eine natürliche vorgegebene Beziehung zueinander, weshalb das Wachstum der Schale beziehungsweise Oberflächenschicht auf dem Kern leichter möglich sein sollte. Für das Aufwachsen einer zweiten Phase auf dem Kern mittels des Schrittes S2.2 ist die Berücksichtigung der Übereinstimmung der Kristallgitter sowie der Reaktionskinetik umso wichtiger, um eine geschlossene Schale zu erzeugen. Die Dicke der Schale kann dabei über die geeignete Wahl von Temperatur, Reaktionsdauer und dem Druck gezielt beeinflusst werden. Die Dicke der Schale beziehungsweise Oberflächenschicht ist auf weniger als 40 nm, besser weniger als 20 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke der hartmagnetischen Phase beschränkt. Ebenso kann ein ungewünschtes Versintern durch die Einstellung der Parameter unterbunden werden.
Ein hartmagnetischer Kern kann hier gemäß dem Schritt S2.2 mittels Reduktion unter Einwirkung von Wasserstoffgas bei erhöhten Temperaturen oder in einem Wasserstoffplasma oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei Normaldruck oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei hohem Druck und Temperaturen insbesondere in einem Autoklaven mit einer weichmagnetischen Schale geschaffen werden. Im dritten Schritt S3 kann auf die Kern-Schale Nanopartikel jeweils die Schutzhülle mittels Abscheidens aufgebracht werden. Das Ausführen des Schrittes S2.2 ist hier für ein Erzeugen S2 der weichmagnetischen zweiten Phase hinreichend.
Die Kernphase weist bevorzugt eine Formanisotropie auf, wobei das Verhältnis von Länge L und Durchmesser d insbesondere zwischen 5 nm und 10 nm liegt. Die Länge der Kernphase ist kleiner als 1000 nm, bevorzugt kleiner als 300 nm. Als Kernphase eignet sich besonders ε-Fe₂O₃, welches direkt, beispielsweise mittels Reduktion, in das weichmagnetische Eisen übergeführt werden kann. Zudem sind als Kernphase Materialien mit hoher magnetokristalliner Anisotropie geeignet, insbesondere hartferritische Materialien auf Basis von Eisenoxid mit Anteilen von Sr, Ba und Co, sowie Mn-haltige Phasen, wie es beispielsweise Mn, Bi, MnAl, MnAlC sind, oder auch Platin und Palladium basierte Phasen wie FiPt, CoPt, FePd und CoPd.
Am Ende eines Verfahrens gemäß 1 sind nanoskalige Magnetbausteine erzeugt, die beispielsweise mittels der weiteren Schritte gemäß 4 und 5 zu einem Permanentmagneten P zusammengefasst werden können.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß dieser zweiten Ausführung wird die Oberfläche eines, bevorzugt formanisotropen Nanopartikels aus einer hartmagnetischen Phase mit einer zweiten Phase in Form einer Beschichtung beziehungsweise Schale vollständig oder teilweise geschlossen mittels eines Schrittes S2.1a bedeckt. Es wird eine Beschichtung des Kerns mit einer zweiten Phase zur Erzeugung von Kern-Schale Nanopartikel ausgeführt. In einem weiteren Prozessschritt S2.2 wird die zweite Phase in eine Phase mit hoher Sättigungsmagnetisierung umgewandelt, insbesondere chemisch umgewandelt, beispielsweise durch Reduktion. Mittels des Schrittes S2.2 erfolgt eine Funktionalisierung der Schale zu weichmagnetischer Phase, wobei eine Induzierung einer beabsichtigten magnetischen Austauschkopplung wie gemäß dem Schritt S2.2. in 1 ausgeführt werden kann. Schritte S2.1a und S2.2 bilden einen Gesamtschritt S2.
Ein beschichteter hartmagnetischer Kern kann hier gemäß dem Schritt S2.2 mittels Reduktion unter Einwirkung von Wasserstoffgas bei erhöhten Temperaturen oder in einem Wasserstoffplasma oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei Normaldruck oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei hohem Druck und Temperaturen insbesondere in einem Autoklaven mit einer weichmagnetischen Schale geschaffen werden.
Hierdurch entsteht ein Kern-Schale Nanopartikel mit hartmagnetischem Kern und weichmagnetischer Schale, das dem Prinzip der magnetischen Austauschkopplung folgt. Die Ausdehnung der Schale ist dabei auf 40 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke der harten Phase beschränkt. Anschließend wird in einem weiteren dritten Schritt S3 das Kern-Schale Nanopartikel durch eine Schutzhülle aus beispielsweise Kohlenstoff, Siliziumdioxid oder eine oxidische Passivierungsschicht als ein erster Korrosionsschutz KS1 gegen Korrosion geschützt. Im dritten Schritt S3 kann auf die Kern-Schale Nanopartikel jeweils die Schutzhülle mittels Abscheidens aufgebracht werden.
Diese vorstehend beschriebenen Schritte S1, S2.1a und S2.2 sowie S3 bilden jeweilige Magnetbausteine zur Weiterverarbeitung.
In dieser zweiten Ausführung wird ein geeignetes hartmagnetisches Kernmaterial mit einer zweiten Phase vollständig oder teilweise beschichtet. Bei Abscheidung einer Schale mit Hilfe eines Precursors beeinflusst dessen Konzentration die Schalendicke. Die Dicke der Schale ist auf weniger als 40 nm, besser weniger als 20 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke der hartmagnetischen Phase beschränkt. Bei der Auswahl der zweiten Phase ist darauf zu achten, dass diese ohne die Ausbildung von Zwischenschichten auf die Kernphase aufwächst. Des Weiteren muss eine Phasenumwandlung in eine weichmagnetische Phase mit hoher Sättigungsmagnetisierung im Schritt S2.2 möglich sein, ohne dass die erste Phase hierdurch zerstört wird. Ebenso kann ein Versintern durch die Einstellung der Parameter unterbunden werden. Weiterhin ist darauf zu achten, dass eine magnetische Austauschkopplung zwischen der ersten Phase und der umgewandelten zweiten Phase erreicht wird, die zu einem einphasigen Ummagnetisierungsverhalten führt und somit eine homogene Rotation bei hohen Koerzitivfeldern begünstigt. Erfindungsgemäß besonders geeignet als zweite Phase sind Eisen- und Cobalt-Oxide und -Hydoxide, da diese bei Temperaturen zwischen 300 °C und 500 °C in einer Wasserstoffatmosphäre zu weichmagnetischem Fe, Co beziehungsweise FeCo mit hoher Sättigungsmagnetisierung reduziert werden können. Dabei handelt es sich um einen Temperaturbereich, in dem hartmagnetische Phasen wie ε-Fe₂O₃ und Hartferrite, wie es beispielsweise Strontiumhexaferrit und Bariumhexaferrit sind, teilweise stabil sind. Die verwendeten Zwischenphasen sind wesentlich einfacher zu synthetisieren beziehungsweise auf den Kern-Schale Nanopartikeln abzuscheiden als die weichmagnetischen Zielphasen.
Kann die Kernphase nicht direkt in eine weichmagnetische Phase umgewandelt werden, werden insbesondere vorteilhaft als zweite Phase Fe-, Co-, Ni- und Mn-Oxide und -Hydroxide verwendet. Bevorzugt sind Fe- und/oder Co-basierte Oxide und Hydroxide, insbesondere CoFe₂O₄, Fe₂O₃, FeOOH, da sie sich im
Stabilitätsbereich der harten Phasen in weichmagnetische Phasen mit hoher Magnetisierung umwandeln lassen.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser dritten Ausführung wird die Oberfläche eines, insbesondere bevorzugt formanisotropen, Nanopartikels aus einer hartmagnetischen Phase, die mittels eines ersten Schrittes S1 erzeugt wurde, mit einer zweiten Phase in Form von Nanopartikeln teilweise oder vollständig mittels eines Schrittes S2.1b bedeckt und beschichtet. Die Nanopartikel der zweiten Phase können hierbei direkt auf die erste Phase aufgebracht werden. Es kann dafür ein Abscheiden aus einer Gasphase oder aus einer flüssigen Phase ausgeführt werden. Alternativ ist ein homogenes Mischen von Partikeln erster und zweiter Phase möglich. In einem weiteren Prozessschritt S2.2, der dem Schritt S2.1b des Aufbringens der Nanopartikel auf die Nanopartikel folgt, wird die zweite Phase in eine Phase mit hoher Sättigungsmagnetisierung umgewandelt, insbesondere chemisch, beispielsweise durch Reduktion.
Mittels des Schrittes S2.2 erfolgt eine Funktionalisierung der Nanopartikel aus zweiter Phase zu weichmagnetischer Phase, wobei eine Induzierung einer beabsichtigten magnetischen Austauschkopplung entsprechend dem Schritt S2.2. in 1 ausgeführt werden kann. Schritte S2.1b und S2.2 bilden einen Gesamtschritt S2 und sind damit Teil- oder Unterschritte.
Ein beschichteter hartmagnetischer Kern kann hier gemäß dem Schritt S2.2 mittels Reduktion unter Einwirkung von Wasserstoffgas bei erhöhten Temperaturen oder in einem Wasserstoffplasma oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei Normaldruck oder mittels Reduktion in Lösung mittels eines Reduktionsmittels bei hohem Druck und Temperaturen insbesondere in einem Autoklaven mit einer weichmagnetischen Schale geschaffen werden.
Hierdurch entsteht ein Kern-Schale Nanopartikel mit hartmagnetischem Kern und weichmagnetischer Schale, das dem Prinzip der magnetischen Austauschkopplung folgt. Die Ausdehnung der Schale ist dabei auf 40 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke der harten Phase beschränkt. Anschließend wird das Kern-Schale Nanopartikel durch eine mittels Abscheiden erzeugte Schutzhülle aus beispielsweise Kohlenstoff, Siliziumdioxid oder eine oxidische Passivierungsschicht in einem dritten Schritt S3 gegen Korrosion geschützt und mit einem ersten Korrosionsschutz KS1 umfasst. Dies bildet einen jeweiligen nanoskaligen Magnetbaustein zur Weiterverarbeitung zu einem Permanentmagnetkörper P.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung eines geeigneten hartmagnetischen Kernmaterials in Form einer Abscheidung beziehungsweise eines Aufwachsens von Nanopartikeln einer zweiten Phase erfolgen. Alternativ kann die Beschichtung durch eine homogene Mischung von Nanopartikeln der ersten hartmagnetischen Phase und der zweiten Phase erfolgen. Die Durchmesser der Partikel der zweiten Phase ist dabei beschränkt auf weniger als 40 nm, besser weniger als 20 nm beziehungsweise der halben Bloch-Wand-Stärke der hartmagnetischen Phase. Bei der Auswahl der zweiten Phase ist darauf zu achten, dass diese ohne die Ausbildung von Zwischenschichten auf die Kernphase aufwächst. Des Weiteren muss eine Phasenumwandlung in eine weichmagnetische Phase mit hoher Sättigungsmagnetisierung möglich sein, ohne dass die erste Phase hierdurch zerstört wird. Ebenso kann ein Versintern durch die Einstellung der Parameter unterbunden werden. Weiterhin ist darauf zu achten, dass eine magnetische Austauschkopplung zwischen der ersten Phase und der umgewandelten zweiten Phase erreicht wird, die zu einem einphasigen Ummagnetisierungsverhalten führt und somit eine homogene Rotation bei hohen Koerzitivfeldern begünstigt. Erfindungsgemäß besonders geeignet als zweite Phase sind Eisen- und Cobalt-Oxide oder -Hydroxide beziehungsweise Partikel mit einem Eisen- oder Cobalt-Kern und einer Oxidhülle, da diese bei Temperaturen zwischen 300 °C und 500 °C in einer Wasserstoffatmosphäre zu weichmagnetischen Fe, Co beziehungsweise FeCo mit hoher Sättigungsmagnetisierung reduziert werden können. Dabei handelt es sich um einen Temperaturbereich, in dem hartmagnetische Phasen, wie ε-Fe₂O₃ und Hartferrite, beispielsweise
Strontiumhexaferrit und Bariumhexaferrit, teilweise stabil sind. Die verwendeten Zwischenphasen sind wesentlich einfacher zu synthetisieren beziehungsweise den auf den Kern-Nanopartikeln abzuscheiden als die weichmagnetischen Zielphasen.
Ebenso geeignet als zweite Phase sind damit Nanopartikel mit einem Kern aus Fe, Co oder FeCo und einer Hülle des entsprechenden Oxids. Durch eine reduktive Behandlung, beispielsweise in einer Wasserstoffatmosphäre bei erhöhter Temperatur kann die Hülle vollständig in das weichmagnetische Metall umgewandelt werden. Werden die Kern-Nanopartikel der ersten Phase und Nanopartikel der zweiten Phase getrennt voneinander synthetisiert, muss eine homogene Mischung der beiden Phasen erzeugt werden. Hierzu eignen sich mechanische Verfahren, beispielsweise in einem sogenannten Speed Mixer, die Mischung mittels Ultraschall oder in Flüssigkeit mit einem Rotationsverdampfer.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Anschließend zu den, in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Schritten S1, S2 und S3, zeigt 4 weitere Schritte der Verwendung der Magnetbausteine. Beispielsweise werden in dem dritten Schritt S3 die Kern-Schale Nanopartikel aus dem Verfahren gemäß 1, 2 und 3 mit einer Schutzhülle, beispielsweise aus selbstorganisierten Monolagen, die als „self-assembilng monolayers oder SAM“ bezeichnet werden, aus Kohlenstoff oder Siliziumdioxid oder als eine passivierende Oxidschicht, umgeben, die jeweils als ein erster Korrosionsschutz KS1 vor Korrosion schützt und die Agglomeration der nanoskaligen Magnetbausteine vermindert beziehungsweise verhindert. Die Magnetbausteine können weiterführend in einem Kraftfeld, das insbesondere magnetisch ist, in einem vierten Schritt S4 orientiert und in einem Formbringschritt S5 zu einem makroskopischen Permanentmagneten P zusammengeführt oder verdichtet werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Matrix M, insbesondere mittels einer Kunststoffbindung in Form einer Polymermatrix PM erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann die Bindung der orientierten Magnetbausteine mittels einer Verschmelzung der jeweiligen Schutzhüllen des ersten Korrosionsschutzes KS1 untereinander erfolgen. Im alternativen Fall wird vorteilhaft ein höherer Füllgrad an ferromagnetischen Kern-Schale Nanopartikeln realisiert, der sich in einer höheren Sättigungsmagnetisierung und einer höheren Remanenz auswirkt und somit die Dauer und magnetische Performance eines erzeugten Hochleistungspermanentmagneten P weiter steigert.
4 zeigt den Übergang vom nanoskaligen Magnetbausteinen, die nach einem der Verfahren gemäß 1 bis 3 bereitgestellt worden sind, weiter zum Permanentmagneten P. Die Hauptschritte sind dabei das Mischen mit einer Matrix M, wobei grundsätzlich der in dem dritten Schritt S3 erzeugte erste Korrosionsschutz KS1 der jeweiligen Nanopartikel und Polymermatrizen PM alternativ oder kumulativ verwendet werden können. Es folgt mit einem vierten Schritt S4 des Orientierens und eines fünften Schritts S5 des Formgebens ein weiterer Herstellungsschritt, wobei S4 und S5 ebenso gleichzeitig oder mit umgekehrter Reihenfolge ausführbar sind. Dem folgen abschließend ein Aushärten der Matrix M, die insbesondere einer Polymermatrix PM und/oder aus dem ersten Korrosionsschutz KS1 gebildet werden kann, sowie abschließend die Bereitstellung des matrixgebundenen Permanentmagneten P, der hier auf einen zusätzlichen zweiten Korrosionsschutz KS2 auf der Grundlage einer zusätzlichen Umhüllung des gesamten Permanentmagneten P verzichten kann. Grundsätzlich ist jedoch zusätzlich ebenso der zweite Korrosionsschutz KS2 in Form einer weiteren Umhüllung des gesamten Permanentmagneten P zur weiteren Verbesserung des gesamten Korrosionsschutzes aus KS1 und/oder Polymermatrix PM aufbringbar.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Weiterführung der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 1 bis 3. Gemäß dieser Ausführung kann der höchste Füllgrad und somit die höchste Performance in einem Permanentmagneten P aus Kern-Schale Nanopartikeln erreicht werden, wenn die Umwandlung der zweiten Phase, insbesondere im Schritt S2.2, in Verbindung mit einem Sinterprozess, insbesondere in Verbindung mit dem vierten Schritt S4 des Orientierens und/oder des fünften Schritts S5 des Formgebens beziehungsweise des In-Form-Bringens beziehungsweise Kompaktierens, durchgeführt wird. Hierzu wird wie gemäß den Ausführungen gemäß den 1, 2 oder 3 ein hartmagnetisches Kern-Nanopartikel mit einer zweiten Phase vollständig oder teilweise beschichtet beziehungsweise Nanopartikel einer zweiten Phase auf den Kern-Nanopartikel direkt aufgebracht. Alternativ ist eine homogene Mischung von Nanopartikeln erster und zweiter Phase möglich, wobei ein direkter Kontakt zwischen Partikeln erster und zweiter Phase geschaffen wird. Hierdurch entsteht ein Kern-Schale Nanopartikel mit hartmagnetischem Kern und einer Schale aus einer zweiten Phase. Die Dicke der zweiten Phase ist dabei auf weniger als 20 nm beziehungsweise die halbe Bloch-Wand-Stärke beschränkt. Ein Schritt S3 des Abscheidens einer Schutzhülle als ein erster Korrosionsschutz KS1 kann hier ausgelassen worden sein. Eine gewisse Menge der Kern-Schale Nanopartikel wird magnetisch in einem vierten Schritt S4 orientiert und insbesondere in einem fünften Schritt S5 in eine endformnahe Geometrie vorverdichtet. Anschließend wird die vorverdichtete Struktur einer chemischen Reaktion, beispielsweise einer Reduktion in einer Wasserstoffatmosphäre unter Temperatur von 250 °C bis 500 °C, unterzogen. Es erfolgt eine Funktionalisierung, wobei die zweite Phase in eine weichmagnetische Phase ZP mit hoher spontaner Magnetisierung umgewandelt wird, sodass eine magnetische Austauschkopplung zwischen der ersten Phase und der umgewandelten zweiten Phase erreicht wird, die zu einem einphasigen Ummagnetisierungsverhalten führt und somit eine homogene Rotation bei hohen Koerzitivfeldern begünstigt. Zusätzlich zur magnetischen Funktion übernimmt die zweite Phase ZP hier ebenso die Funkton der Bindung der einzelnen Nanopartikel, wodurch die Beigabe von zusätzlichem Material als Matrix M zur Bindung der einzelnen Nanopartikel vermieden wird, welches die Volumenmagnetisierung des erzeugten Permanentmagneten P reduzieren würde. Zudem wird ein geringeres Volumen an Material für die Schutzhülle als zweiter Korrosionsschutz KS2 gegen Korrosion benötigt.
5 zeigt die Schritte von der Vorstufe des Magnetbausteins bis zum Permanentmagneten P. Dabei umfassen die Hauptschritte ein Orientieren mit einem vierten Schritt S4 und ein Formgeben mit einem fünften Schritt S5, ein Funktionalisieren und Binden, insbesondere mittels der zweiten Phase ZP, und das Erzeugen eines Schutzes gegen Korrosion in Form des zweiten Korrosionsschutzes KS2 als eine Gesamtumhüllung des Permanentmagneten P.
Die mit 5 dargestellte Phasenumwandlung und Bindung erfolgt in einer entsprechend reaktiven Atmosphäre, die eine Umwandlung der zweiten Phase in die Zielphase ermöglicht. Zugleich kann Druck angelegt werden. Dieser Prozess kann bevorzugt mittels Heißpressen, stromgestützten Methoden, wie es beispielsweise das Spark Plasma Sintern ist, oder über Mikrowellen aktiviert erfolgen.

[1] Kneller und Harwig, 1991, IEEE Transaction on Magnetics, 27 (4), 3588 (1991);
[2] Sun et al., Nature 420, 395 (2002)).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kneller und Harwig, 1991, IEEE Transaction on Magnetics, 27 (4), 3588 (1991) [0069]
Sun et al., Nature 420, 395 (2002) [0069]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, insbesondere Hochleistungspermanentmagneten (P), mit einer Nanostruktur, mit den Schritten: – Erzeugen (S1) von aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikeln; – Erzeugen (S2) einer weichmagnetischen zweiten Phase zumindest teilweise um die erste Phase herum zum Ausbilden von Kern-Schale Nanopartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S1) der hartmagnetischen ersten Phase vor und getrennt zu dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweiten Phase ausgeführt wird, sowie ein Ausrichten (S4) und ein in Form Bringen (S5) der Nanopartikel vor, nach oder gleichzeitig mit dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweiten Phase, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S1, S2) der hartmagnetischen ersten Phase und der weichmagnetischen zweiten Phase bei zueinander unterschiedlichen Temperaturbereichen und/oder Umgebungsgasen und/oder Umgebungsdrücken und/oder Reaktionsdauern ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweiten Phase ein Korrosionsschützen der Kern-Schale Nanopartikel mittels Erzeugen (S3) eines ersten Korrosionsschutzes (KS1) als eine jeweilige, insbesondere aus selbstorganisierten Monolagen, Kohlenstoff oder Siliziumdioxid erzeugte, Schutzhülle oder als eine jeweilige passivierende Oxidschicht ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S2) der weichmagentischen zweiten Phase mittels Umwandelns (S2.2) einer jeweiligen Oberflächenschicht der Nanopartikel in eine weichmagnetische zweite Phase ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S2) der weichmagentischen zweiten Phase mittels – Beschichten (S2.1a) einer jeweiligen Oberfläche der aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikeln mit einer zweiten Phase in Form einer zumindest teilweise geschlossenen Beschichtung; – Umwandeln (S2.2) der zweiten Phase in eine weichmagnetische zweite Phase mit einer wirksamen Sättigungsmagnetisierung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S2) der weichmagentischen zweiten Phase mittels – zumindest teilweise geschlossenes Beschichten (S2.1b) einer jeweiligen Oberfläche der aus einer hartmagnetischen ersten Phase bestehenden Nanopartikel mit einer zweiten Phase in Form von Nanopartikeln; – Umwandeln (S2.2) der zweiten Phase in eine weichmagnetische zweite Phase mit einer wirksamen Sättigungsmagnetisierung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten (S2.1.b) mittels Abscheiden oder Aufwachsen der Nanopartikel der zweiten Phase oder mittels homogenen Mischens der Nanopartikel der hartmagnetischen ersten Phase und der Nanopartikel der zweiten Phase ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Form Bringen (S5) mittels Bindens in einer Matrix (M), insbesondere der weichmagnetischen zweiten Phase (ZP) und/oder einer Polymermatrix (PM), ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in Form Bringen (S5) mittels Bindens im ersten Korrosionsschutz (KS1) der Kern-Schale Nanopartikel ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der weichmagnetischen zweiten Phase maximal 40 nm, insbesondere maximal 20 nm, oder maximal die halbe Bloch-Wand-Stärke der hartmagnetischen ersten Phase geschaffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schaffen eines in Form gebrachten Permanentmagneten (P), dieser mittels Erzeugen (S6) eines den Permanentmagneten (P) umgebenden zweiten Korrosionsschutzes (KS2), des als eine Schutzhülle oder Schutzschicht, insbesondere eine Polymerschicht, oder als eine passivierende Oxidschicht geschaffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel der ersten hartmagnetischen Phase als elongiert erzeugt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln (S2.2) in die weichmagnetische zweite Phase in einem Temperaturbereich von 250 °C, insbesondere 300 °C, bis 500 °C, in einer inerten oder reduktiven Atmosphäre, insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre, ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln (S2.2) in Vakuum oder in einem Wasserstoff-Gasgemisch oder einem Wasserstoffplasma ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion in flüssiger Phase mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere Hydrazin oder Natriumborhydrid, bei Normaldruck ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion in flüssiger Phase mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere Hydrazin oder Natriumborhydrid, unter Überdruck in einem Autoklaven ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetische erste Phase ε-Fe₂O₃ oder Hartferrite, insbesondere Strontiumhexaferrit und/oder Bariumhexaferrit aufweist.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase Eisen- und/oder Cobalt-Oxide und -Hydroxide und die weichmagnetische zweite Phase weichmagnetisches Eisen, Cobalt oder Eisen-Cobalt aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase und die weichmagnetische zweite Phase Nanopartikel mit einem Eisen- oder Cobalt-Kern und einer Oxidhülle aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten (S4) und das in Form Bringen (S5) der Nanopartikel nach dem Beschichten (S2.1a; S21.b) und vor dem Umwandeln (S2.2) der zweiten Phase in die weichmagnetische zweite Phase ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten (S4) und das in Form Bringen (S5) der Nanopartikel während des Umwandelns (S2.2) der zweiten Phase in die weichmagnetische zweite Phase ausgeführt wird.
Anisotroper Permanentmagnet (P), insbesondere Hochleistungspermanentmagnet, mit einer Nanostruktur, aufweisend ausgerichtete und in Form gebrachte Kern-Schale Nanopartikel mit einer hartmagnetischen erste Phase und einer weichmagnetischen zweiten Phase, die zumindest teilweise um die erste Phase herum ausgebildet wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (S1) der hartmagnetischen ersten Phase vor und getrennt zu dem Erzeugen (S2) der weichmagnetischen zweite Phase ausgeführt wurde.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Schale Nanopartikel mit einem ersten Korrosionsschutz (KS1) in Form einer jeweiligen, insbesondere aus selbstorganisierten Monolagen, Kohlenstoff oder Siliziumdioxid erzeugte Schutzhülle oder einer jeweiligen passivierenden Oxidschicht umfasst sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Schale Nanopartikel in einer Matrix (M), insbesondere der weichmagnetischen zweiten Phase (ZP) und/oder einer Polymermatrix (PM), eingebunden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Schale Nanopartikel im ersten Korrosionsschutz (KS1) der Kern-Schale Nanopartikel eingebunden sind.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der weichmagnetischen zweiten Phase maximal 40nm, insbesondere maximal 20 nm, oder maximal die halbe Bloch-Wand-Stärke der hartmagnetischen ersten Phase ist.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (P) von einem zweiten Korrosionsschutz (KS2), der in Form einer Schutzhülle oder Schutzschicht, insbesondere einer Polymerschicht, oder als eine passivierende Oxidschicht geschaffen wurde, umfasst ist.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel der hartmagnetischen ersten Phase elongiert sind.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetische erste Phase ε-Fe₂O₃, oder Hartferrite, insbesondere Strontiumhexaferrit und/oder Bariumhexaferrit aufweist.
Anisotroper Permanentmagnet (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische zweite Phase weichmagnetisches Eisen, Cobalt oder Eisen-Cobalt, insbesondere weichmagnetische Nanopartikel mit einem Eisen- oder Cobalt-Kern und einer Oxidhülle aufweist.