DE112011100574T5 - Seltenerdmetalle aufweisende laminierte Kompositmagnete mit erhöhtem elektrischen Widerstand - Google Patents

Seltenerdmetalle aufweisende laminierte Kompositmagnete mit erhöhtem elektrischen Widerstand Download PDF

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Abstract

Permanentmagnete aus laminiertem Komposit, aufweisend Permanentmagnetschichten, die durch Schichten von dielektrischen Substanzen oder Substanzen mit hohem elektrischen Widerstand separiert werden, wobei die laminierten Magnete einen erhöhten elektrischen Widerstand anzeigen.

Description

  • PRIORITÄT
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U. S. Patentanmeldung 12/707,227, die am 17. Februar 2010 angemeldet wurde.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Permanentmagnete mit Seltenen Erden in Form eines Komposits (Verbundwerkstoffs) mit reduzierten Wirbelstromverlusten, die sich zur Benutzung in rotierenden Maschinen wie Motoren oder Generatoren eignen. Die Berücksichtigung von Wirbelstromverlusten ist kritisch beim Entwurf von Motoren oder Hochgeschwindigkeitsgeneratoren. Die Verringerung dieser Wirbelstromverluste bei Permanentmagneten, wie sie in rotierenden Maschinen benutzt werden, wird vorzugsweise durch Erhöhung des elektrischen Widerstands der Permanentmagnete erreicht. Wenn zum Beispiel Permanentmagnete einem variablen magnetischen Fluss unterworfen werden und der elektrische Widerstand niedrig ist, so wird übermäßige Hitze durch den Wirbelstrom erzeugt. Diese erhöhte Hitze reduziert sowohl die magnetischen Eigenschaften als auch die Leistungsfähigkeit der rotierenden Maschine. Schichten aus einem Material mit hohem Widerstand, die im Material des Permanentmagneten senkrecht zur Ebene des Wirbelstroms eingeordnet werden, führen im Allgemeinen zu einer erheblichen Verringerung der Wirbelstromverluste.
  • Permanentmagnete mit Seltenen Erden in Form eines Komposits mit verbessertem elektrischen Widerstand werden in der U. S. Patentveröffentlichung mit der Nummer US 2006/0292395A1 und in den U. S. Patenten mit den Nummern 5,935,722 ; 7,448,395 B2 ; 5,300,317 ; 5,679,473 und 5,763,085 beschrieben.
  • Das U. S. Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2006/0292395 A1 erläutert die Herstellung eines Magneten mit Seltenerdmetallen mit hoher Festigkeit und hohem elektrischem Widerstand. Die Struktur beinhaltet R-Fe-B-basierte Seltenerdmetall-Magnetpartikel, die in einer Kompositschicht hoher Festigkeit und hohem elektrischen Widerstand eingeschlossen sind, die aus einer Glasphase oder in der Glassphase dispergierten R-Oxyd Teilchen, und Mischungsschichten basierend aus R-Oxyd Teilchen (R = Seltenerdmetall-Elemente).
  • Das U. S. Patent 5,935,722 erläutert die Herstellung von laminierten Kompositstrukturen aus alternierenden Metallpulverschichten und Schichten aus einem anorganischen gebondetem Medium bestehend aus Keramik-, Glas- und Glaskeramikschichten, die zusammengesintert sind. Die Keramik-, Glas- und Glaskeramikschichten dienen sowohl als elektrisches Isoliermaterial, das zur Minimierung der Wirbelstromverluste benutzt wird, als auch als ein Mittel, das die Metallpulverschichten zu einer dimensionsmäßig stabilen Form bindet.
  • Das U. S. Patent 7,448,395 erläutert die Herstellung von funktionsbezogen abgestuften Permanentmagneten, die reduzierte Wirbelstromverluste haben. Die Magnete basieren auf R-FE-B (R = Seltenerdmetall-Elemente) und die Methode besteht im Eintauchen des gesinterten Magnetkörpers in einem Pulverschlamm enthaltend Fluor und mindestens einem Element E, ausgewählt aus Erdalkalimetall-Elementen und Seltenen Erden Elementen, gemischt mit Ethanol. Eine anschließende Hitzebehandlung der Magnete, die mit dem entsprechenden Schlamm bedeckt sind, führt zur Absorption und Infiltration des Fluors und des Elements E von der Oberfläche in den Körper des Magnets. Daher umfasst der Magnetkörper eine Oberflächenschicht mit einem höheren elektrischen Widerstand als das Innere.
  • Allerdings gibt es im Stand der Technik keine Lehre oder Hinweis auf ”intermediären”, ”Übergangs” und/oder ”Diffusions/Reaktions” Schichten, kombiniert mit laminierten Schichten von Permanentmagnetmaterialien basierend auf Sm-Co oder Nd-Fe-B und dielektrischen Materialien basierend auf Ca und/oder Seltenen Erdfluoriden und Oxyfluoriden, wobei alle Schichten gleichzeitig konsolidiert werden, wie in der vorliegenden Erfindung offenbart und beansprucht.
  • In der magnetherstellenden Industrie besteht jedoch ein anhaltender Bedarf an alternativen Vorgehensweisen für Permanentmagnete mit Seltenen Erden in Form eines Komposits mit höherem elektrischen Widerstand, wie sie im Stand der Technik aufgezeigt werden. Zum Beispiel weist die Bildung von monolithisch zusammengesetzten Strukturen, bestehend aus alternierenden Schichten von auf Seltenen Erden basierenden Magneten und dielektrischem Materialien oder eine Mischung von an Seltenen Erden reichen Legierungen und dielektrischem Materialien, unerwartete Vorteile hinsichtlich des elektrischem Widerstands auf, insbesondere dort, wo die Schichten teilweise an der Grenzfläche zusammenwirken.
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bildung von laminierten Kompositstrukturen mit erhöhtem elektrischen Widerstand bestehend aus alternierenden dielektrischen Schichten und Permanentmagnetschichten mit Seltenerdmetalle um die Wirbelstromverluste in Motoren und Generatoren zu reduzieren.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bildung von laminierten Kompositstrukturen mit erhöhtem elektrischen Widerstand bestehend aus alternierenden Schichten aus (1) Mischungen aus dielektrischen und an Seltenerdenmetalle reichen Legierungen und (2) Schichten von Permanentmagneten aus Seltenerdmetall-Material zur Reduzierung der Wirbelstromverluste in Motoren und Generatoren.
  • Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bildung von laminierten Kompositstrukturen mit erhöhtem elektrischen Widerstand bestehend aus alternierenden Schichten aus (1) dielektrischem Material, (2) aus an Übergangs-Seltenerdmetallen reichen Legierungen und (3) Magnetmaterial aus Seltenerdmetall-Material zur Reduzierung der Wirbelstromverluste in Motoren und Generatoren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen besser verstehen, wobei 1 bis 8 die verschiedenen Eigenschaften der laminierten, permanenten Kompositstrukturen mit hohem Widerstand aufzeigen.
  • 1(a) und 1(b) zeigen in schematischer Darstellung die Morphologie eines Presskörpers der Permanentmagnet-Strukturen aus laminierten Kompositstrukturen, der dadurch gebildet wird, dass in eine Gussform abwechselnd dielektrische Schichten und Schichten aus Seltenerdmetall-Magneten oder alternativ Schichten von Mischungen aus dielektrischen und an Seltenerdmetallen reichen Legierungen und Schichten aus Seltenerdmetall-Magnetmaterial sukzessive gepresst werden. Weitere Details dieser Arten der alternierenden Schichten sind in den 2 bis 4 dargestellt.
  • 2 zeigt die schematische Morphologie der Permanentmagnet-Strukturen mit Seltenerdmetallen aus laminiertem Komposit bestehend aus Schichten dielektrischen Materials, welche zwischen Schichten aus Permanentmagnetmaterial eingeschoben sind. Diffusion/Reaktions-Grenzflächenschichten werden zwischen Magnetschichten aus Seltenerdmetallen und dielektrischen Schichten bedingt durch die elementare Diffusion zwischen der Magnetschicht und der dielektrischen Schicht ausgebildet.
  • 3 zeigt in schematischer Weise die Morphologie der Permanentmagnet-Strukturen mit Seltenerdmetallen aus laminiertem Komposit mit Schichten hohen Widerstands, bestehend aus einer Mischung aus dielektrischem Material und an Seltenerdmetallen reichen Legierungen, die zwischen Magnetschichten aus Seltenerdmetallen angeordnet sind. Die Diffusion/Reaktions-Grenzflächenschichten werden bedingt durch die elementare Diffusion zwischen den Magnetschichten aus Seltenerdmetallen und der Schicht mit hohem elektrischem Widerstand ausgebildet.
  • 4(a) zeigt in schematischer Weise die Morphologie der Permanentmagnet-Strukturen mit Seltenerdmetallen aus laminiertem Komposit bestehend aus dielektrischen Schichten, die zwischen Übergangsschichten aus an Seltenerdmetallen reichen Legierungen angeordnet sind, die zwischen Magnetschichten aus Seltenerdmetallen positioniert sind. Die Diffusion/Reaktions-Zwischenschichten bilden sich bedingt durch die elementare Diffusion zwischen der dielektrischen Schicht und der Übergangsschicht aus an Seltenerdmetallen reicher Legierung, sowie zwischen der Übergangsschicht aus an Seltenerdmetallen reicher Legierung und den Magnetschichten aus Seltenerdmetallen aus.
  • 4(b) ist eine vergrößerte Darstellung von 4(a) und zeigt in beispielhafter schematischer Weise die elementare Diffusion zwischen der CaF2-Schicht (dielektrisch) und der Übergangsschicht aus Sm-reicher Legierung sowie zwischen der Übergangsschicht aus Sm-reicher Legierung und Magnetschichten aus Sm-Co während einer thermischen Behandlung.
  • 5 zeigt das Bild eines Rasterelektronenmikroskop eines laminierten Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z Magneten mit dielektrischen Schichten aus CaF2 (hervorgehoben auf einer einzigen dielektrischen Schicht).
  • 6 zeigt ein Photo der laminierten Sm(Co, Fe, Cu, Zr) Magneten mit dielektrischen Schichten aus CaF2.
  • 7(a) stellt einen elementare Linienscan entlang der Grenzfläche zwischen der dielektrischen CaF2 Einlagerung und dem Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z Magnetmaterial dar, indem man einen energieauflösenden Röntgenstrahlanalysator benutzt.
  • 7(b) zeigt, dass elementare Diffusion an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen CaF2 Einlagerung und dem Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z Magnetmaterial auftritt, welche aus der Änderung der lokalen Stöchiometrie resultiert.
  • 8 zeigt die Entmagnetisierungskurven von laminierten Magneten mit erhöhtem elektrischem Widerstand bestehend aus Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z Magnetschichten und CaF2 Schichten, die alternativ während der Presskörpererstellung unter verschiedenen Morphologien gepresst werden für volle (komplette) Schichten, teilweise zentrierte Schichten und Teilschichten, die an einem Ende oder der Oberfläche (Magnetpol) des Magnets positioniert sind.
  • 9(a) zeigt die dielektrische Schicht (weiß) mit einer gleichmäßigen und geordneten Dicke, die auf einer magnetischen Matrixschicht aufgebracht ist. 9(b) zeigt einen laminierten Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 Magneten. 9(c) zeigt die Entmagnetisierungskurve eines laminierten Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 Magneten im Vergleich mit einem konventionellen Magneten ohne Schichten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgenden Begriffe werden, wie unten ausgeführt, definiert, um ein klares Verständnis der Erfindung und der Ansprüche sicherzustellen.
  • ”Permanentmagnete mit Seltenerdmetallen” sind definiert als Permanentmagnete basierend auf intermetallischen Verbindungen mit Seltenerdmetall-Elementen, RE, wie Nd und Sm, Übergangsmetallen wie Fe und Co, und, optional, Metalloide (Halbmetalle) wie B. Weitere Elemente können hinzugefügt werden, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.
  • ”Laminierte Strukturen” sind definiert als Strukturen, die Schichten aus demselben oder verschiedenen Materialien enthalten.
  • ”Zusammengesetzte Magnete” sind definiert als Magnete, die aus mindestens zwei kristallographischen Phasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehen.
  • ”Wirbelstrom” ist definiert als die Fluxonströme, der in elektrisch leitfähigen Materialien entstehen, wenn sie variablen magnetischen Feldern ausgesetzt werden.
  • ”Elektrischer Widerstand” ist definiert als ein Maß, wie stark ein Material sich dem Fluss eines elektrischen Stromes widersetzt.
  • ”Dielektrisch” ist definiert als ein Material mit hohem elektrischem Widerstand größer als 1 MΩ.
  • ”Schicht mit hohem Widerstand” ist hier definiert als eine Schicht aus Materialien, deren elektrischer Widerstand den konventioneller Permanentmagnete übersteigt.
  • ”Legierung reich an Seltenerdmetallen” ist definiert als eine Legierung, die ein Seltenerdmetall-Element oder mehrere Seltenerdmetall-Elemente in einer Menge aufweist, die größer als spezifische Phasen-Stöchiometrien ist.
  • ”Presskörper” definiert einen Körper, der durch Pressen eines Ausgangspulver bei Raumtemperatur verdichtet wurde, und der eine geringere Dichte hat als diejenige der massiven Gegenstücks (ohne Porosität).
  • ”Elementare Diffusion” ist definiert als die Diffusion, Migration oder Bewegung der Atomarten aufgrund thermischer Aktivität.
  • ”Diffusion/Reaktions-Grenzflächenschicht” ist hier definiert als der Bereich zwischen zwei Materialien, in dem sich die Original-Stöchiometrie durch die Diffusion der Atomarten und ihre eventuelle Interaktion/Reaktion verändert.
  • ”Übergangsschicht” ist hier definiert als eine Schicht aus Material, die absichtlich in die laminierten Magnetstrukturen eingebracht wurde, um so weit wie möglich die Änderung der Stöchiometrie an der Grenzfläche zwischen zwei Schichten mit verschiedenen Zusammensetzungen und Funktionen (z. B. dielektrische und magnetische Schichten) aufgrund der elementaren Diffusion zu kompensieren.
  • Eine übliche Vorgehensweise zur Minimierung von Wirbelstromverlusten in hochwertigen Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen, die in elektrischen Motoren oder anderen rotierenden Maschinen benutzt werden, besteht im Zerspanen der Permanentmagnete mit Seltenerdmetallen in Segmente, die dann in die gewünschte Konfiguration zusammengebaut werden oder alternativ in dem Verschneiden der Magnetpulver-Vorläufersubstanz mit einem elektrisch isolierenden Material.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine verbesserte alternative Vorgehensweise beinhaltend die Bildung einer monolitischen, laminierten Struktur bestehend aus (1) wechselnden Schichten aus auf Seltenerdmetallen basierenden Magneten und dielektrischem Material oder (2) wechselnden Schichten aus auf Seltenerdmetallen basierenden Magneten und Schichten aus Mischungen aus an Seltenerdmetallen reichen Legierungen und dielektrischem Materialien.
  • Die Permanentmagneten aus laminiertem Komposit der vorliegenden Erfindung umfassen alternierende Schichten, deren Zusammensetzungen teilweise an der Grenzfläche wechselwirken. Diese Permanentmagnete aus laminiertem Komposit gemäß der Erfindung, wie dies ausführlich in den Beispielen 1 bis 3 und weiterhin in den Beispielen 4 bis 11 illustriert wird, zeigen Zunahmen des elektrischen Widerstandes gegenüber Permanentmagnete ohne dielektrische Beimengungen. Zum Beispiel werden Steigerungen von 170%, 244% beziehungsweise bis hin zu unendlich hohem elektrischen Widerstand in den Beispielen 1 bis 3 gezeigt. Unter unendlich hohem elektrischer Widerstand, wie er in Beispiel 3 angezeigt wird, ist eine totale elektrische Isolation zu verstehen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dielektrische Substanzen aus einer Gruppe bestehend aus Kalziumfluoriden, -Oxiden,- Oxyfluoriden, Seltenerdmetall-Fluoriden, -Oxiden, -Oxyfluoriden und Kombinationen davon ausgewählt. Siehe Tabelle 2.
  • Die bevorzugten Permanentmagnet-Materialien mit Seltenerdmetallen der vorliegenden Erfindung beinhaltet Sm-Co und Nd-Fe-B basierte intermetallische Komponenten, die in Tabelle 2 aufgezeigt werden.
  • Die charakteristischen magnetischen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden mit einer Morphologie bestehend aus alternierenden dielektrischen Schichten und Permanentmagnet-Schichten mit Seltenerdmetallen erzielt, wie dies schematisch in 2 der Zeichnungen gezeigt ist. In den Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen gemäß der Erfindung wechselwirken die dielektrischen Substanzen teilweise mit dem Magnetmaterial und verändern die Stöchiometrie an der Grenzfläche.
  • In der vorliegenden Erfindung muss die Zusammensetzung des Permanentmagnet-Materials mit Seltenerdmetallen, insbesondere die Menge der Seltenedmetall-Komponente im Laminat, an der Grenzfläche mit der entsprechenden dielektrischen Laminatschicht erhöht werden. Der erforderliche Ausgleich kann durch verschiedene Morphologien erreicht werden, indem (a) reine dielektrische Substanzen durch Mischungen aus dielektrischen Substanzen mit Legierungen reich an Seltenerdmetallen, wie dies in 3 gezeigt wird, ersetzt werden; oder (b) indem Übergangsschichten aus an Seltenerdmetallen reichen Legierungen zwischen der dielektrischen und der magnetischen Schicht verwendet werden, wie dies in 4 gezeigt wird. Die elementare Diffusion, die mit der thermischen Behandlung der laminierten Magneten mit Seltenerdmetallen der Erfindung verbunden ist, wird schematisch in 4(b) dargestellt, wobei sich Diffusionsschichten sowohl an der Grenzfläche zwischen Sm-reichen Schichten und der dielektrischen Schicht als auch zwischen der Sm-reichen bilden.
  • Die Dicke der dielektrischen oder der Schicht mit hohem elektrischem Widerstand im Laminat liegt vorzugsweise zwischen einer oberen Grenze, die durch die Bindekraft bestimmt wird, und einer unteren Grenze, die durch die Schichtkontinuität beeinflusst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der dielektrischen oder der Schicht hohen elektrischen Widerstands normalerweise kleiner als 500 μm. Noch mehr bevorzugt ist die dielektrische Schicht oder die Schicht hohen elektrischen Widerstands kleiner al 100 μm. Die Anzahl der dielektrischen Schichten oder der Schichten hohen elektrischen Widerstands in den laminierten Magneten wird durch die Anwendung bestimmt. Für Hochgeschwindigkeitsmaschinen wird eine höhere Anzahl an dielektrischen Schichten bevorzugt. Die Dicke der Magnetschicht wird durch die Anwendung bestimmt und ist normalerweise nicht kleiner als 500 μm.
  • Die Konsolidierungsverfahren zum Erzielen einer vollen Dichte beinhalten Sintern, heißes Pressen, Blockstauchen, Plasmabogen-Sintern, Mikrowellen-Sintern, Infrarot-Sintern, brennkraftgetriebene Verdichtung und Kombinationen davon.
  • Die Delamination der so geformten Magnete kann durch die Dicke der dielektrischen Schicht oder Schicht mit höherem Widerstand und deren physikalischer Integrität gesteuert werden, welches im Zusammenhang mit der Bindungsstärke zwischen den Schichten und innerhalb der Schichten steht. Das Brechen der laminierten Strukturen während der Verarbeitung wird in der vorliegenden Erfindung über verschiedenen Morphologien der Presskörper mit (1) Teilschichten nahe der magnetischen Pole des Magnets und mit (2) Teilschichten im Zentrum des Magnets gesteuert.
  • Demnach betrifft eine Ausführungsform der Erfindung einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen erhöhten elektrischen Widerstand hat, bestehend aus alternierenden Schichten von Permanentmagnet-Material mit SeltenErdmetallen und dielektrischem Material mit hohem elektrischem Widerstand, wobei die laminierte Struktur weiterhin Schichten beinhaltet, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus Diffusions-Reaktions-Grenzflächenschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft einer Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen verbesserten elektrischem Widerstand aufweist, bestehend aus alternierenden Schichten von Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetallen und dielektrischem Material mit hohem elektrischem Widerstand, wobei besagtes Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetallen ausgewählt wird aus einer Gruppe intermetallischer Verbindungen bestehend aus:
    RE(Co, Fe, Cu, Zr)z,
    RE-TM-B,
    RE2TM14B,
    RE-Co
    RE2Co17,
    RECo5 und
    Kombinationen davon;
    mit z = 6 bis 9; RE wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Yttrium und Mischungen daraus ausgewählt, und TM wird aus einer Gruppe von Übergangsmetallen bestehend aus Fe, Co und anderen Übergangsmetall-Elementen, aber nicht beschränkt auf diese, ausgewählt und die Permanentmagnet-Strukturen aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen umfassen Schichten, die aus einer Gruppe, bestehend aus Diffusion-Reaktion-Berührungsschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon, ausgewählt werden.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen verbesserten elektrischem Widerstand aufweist, bestehend aus alternierenden Schichten von Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetallen und dielektrischem Material mit hohem elektrischem Widerstand, wobei besagtes dielektrisches Material ausgewählt wird aus einer er Gruppe bestehend aus:
    Fluoriden,
    Oxyfluoriden
    CaFx,
    Ca(F, O)x,
    (RE, Ca)Fx,
    (RE, Ca)(F, O)x,
    REFx,
    RE(F, O)x, und
    Mischungen davon;
    wobei x = 1 bis 6; RE ausgewählt wird aus einer er Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon, und die besagte laminierte Struktur Schichten umfasst, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus Diffusion-Reaktion-Grenzflächenschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Dicke besagter dielektrischer Schicht kleiner als ungefähr 500 μm ist und insbesondere kleiner als 100 μm ist.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei besagte Permanentmagnet-Materialschicht aus Seltenerdmetallen durch die chemische Formel wiedergegeben wird: RE11,7+xTM88,3-x-yBy mit x = 0 bis 5, y = 5 bis 7; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Nd, Pr, Dy, Tb und Kombinationen davon; und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Übergangsmetallelementen einschließlich Fe, Co, Cu, Ga, Al und Kombinationen davon.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei besagte Übergangsschicht aus Legierungen reich an Seltenerdmetallen besteht, die durch die folgende Formel dargestellt werden: RE11,7+xTM88,3-x-yBy wobei x zwischen 5 und 80 liegt, y zwischen 0 und 6 liegt; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Nd, Pr, Dy und Tb; und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Übergangselementen einschließlich Fe, Co, Cu, Ga und Al.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei besagtes Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetall durch folgende Formel beschrieben wird: RE(CouFevCuwZrh) wobei u zwischen ungefähr 0,5 und 0,8 liegt, v zwischen ungefähr 01, und 0,4 liegt, w zwischen ungefähr 0,01 und 0,2 liegt, h zwischen ungefähr 0,01 und 0,1 liegt, und z zwischen ungefähr 6 und 9 liegt; und wobei RE ein Seltenerdmetall einschließlich Sm, Gd, Er, Tb, Pr, Dy und Kombinationen davon ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei das Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetall durch folgende Formel dargestellt wird: RECox mit x = 4 bis 6 und RE repräsentiert Seltenerdmetall-Elemente einschließlich Sm, Gd, Er, Tb, Pr, und Dy und Mischungen daraus, wobei andere metallische oder nichtmetallische Elemente optional sind und 10 Atomprozent nicht übersteigen sollten.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei das Permanentmagnet-Material mit Seltenerdmetallen durch folgende Formel dargestellt wird: RE(CouFevCuwZrh)z mit u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, w = 0 bis 0,20, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7; und RE Seltenerdmetall-Elemente und Mischungen davon repräsentiert.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Übergangschicht aus einer Legierung reich an Seltenerdmetallen besteht und durch folgende Formel beschrieben wird: RECox wobei x zwischen 1 und 4 liegt und RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon.
  • Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Schicht mit hohem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x mit x = 1 bis 6; und Mischungen daraus; wobei die Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozente der Fluoride, Oxyfluoride und Oxide aufweist, und der Abgleich durch eine Legierung reich an Seltenerdmetallen gebildet wird, die durch die folgende Formel angegeben wird: RE11,7+xTM88,3-x-yBy mit x = 5 bis 80, y = 0 bis 6; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Nd, Pr, Dy, Tb und Kombinationen davon; und TM Übergangsmetallelemente wie Fe, Co, Cu, Ga, Al und Kombinationen davon repräsentiert.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Schicht mit hohem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe umfassend Fluoride, Oxyfluoride und Oxide, die ausgewählt werden aus einer Grupe einschließlich CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x und Mischungen daraus, mit x = 1 bis 6; und wobei besagte Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozent besagter Fluoride, Oxyfluoride und Oxide aufweist und der Abgleich durch eine Legierung reich an Seltenerdmetallen erfolgt mit der Formel: RE(CouFevCUwZrh)z mit u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, W = 0 bis 0,20, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7; und RE Seltenerdmetall-Elemente einschließlich Nd, Pr, Dy, Tb, und Kombinationen davon repräsentiert.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Schicht mit hohem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden, die ausgewählt werden aus einer Gruppe einschließlich CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x und Mischungen daraus, mit x = 1 bis 6; und wobei die Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozent der Fluoride, Oxyfluoride und Oxide enthält und der Abgleich eine Legierungen reich an Seltenerdmetallen ist mit der folgenden Formel: RECox mit x = 1 bis 4.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zielt auf Verbesserungen bei elektrischen Motoren und Generatoren, die Magnete mit Seltenerdmetallen hoher Leistung benutzen, wobei die Verbesserung in der Reduzierung von Wirbelstromverlusten durch die Benutzung von Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, wie bisher beschrieben, besteht.
  • Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung zielt auf Verbesserungen bei rotierenden Maschinen durch verbesserte Wirbelstromverluste durch Benutzung von Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die Diffusions-Reaktions-Grenzflächenschicht und die Übergangschicht gemäß den 4(a) und 4(b) angeordnet sind, und wobei besagte Schichten unstetig, nicht planar und mit unregelmäßiger Dicke sein können.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die laminierten Schichten wie in 2 angeordnet sind, wobei besagte Schichten unstetig, nicht planar und mit unregelmäßiger Dicke sein können.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die laminierten Schichten angeordnet sind, wie es in 3 beschrieben ist, wobei besagte Schichten unstetig, nicht planar und mit unregelmäßiger Dicke sein können.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen wie bisher beschrieben, wobei die laminierten Schichten wie in 4(a) angeordnet sind, und wobei besagte Schichten unstetig, nicht planar und mit unregelmäßiger Dicke sein können.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der vorliegenden Erfindung bestehen die laminierten Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen, die einen verbesserten elektrischem Widerstand aufweisen, aus Schichten verschiedener chemischer Zusammensetzungen, nämlich Permanentmagnetschichten mit Seltenerdmetallen, dielektrischen Schichten oder alternativ Schichten mit hohem elektrischen Widerstand mit optionalen Übergangschichten.
  • Die Permanentmagnetschicht mit Seltenerdmetallen
  • Die Permanentmagnetschicht mit Seltenerdmetallen ist vorzugsweise zusammengesetzt aus Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen, einschließlich RE-Fe-B und RE-Co-basierten Permanentmagneten, wobei RE mindestens ein Seltenerdmetall-Element ist einschließlich Y(Yttrium). Manche Permanentmagnetzusammensetzungen mit Seltenerdmetallen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind in Tabelle 2 beschrieben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Magnetschicht mit Seltenerdmetallen repräsentiert durch RE-Fe(m)-B bestehend aus 10 bis 40 Gewichtsprozent RE und 0,5 bis 5 Gewichtsprozent B (Bor) mit einem Abgleich Fe. Nd, Pr, Dy und Tb sind bevorzugte Elemente für RE, wobei Nd besonders bevorzugt ist. Weiterhin wird bevorzugt Dy bis zu 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise bis zu 30 Gewichtsprozent, des Gesamtbetrages von. RE benutzt. Im Bemühen die Koerzitivkraft zu verbessern, repräsentiert M andere optionale metallische Elemente, so beispielsweise Nb, Al, Ga und Cu. Die Beigabe von Co verbessert den Korrosionswiderstand und die thermische Stabilität und kann bis zu 25 Gewichtsprozent des Gesamtbetrags von RE-Fe-B-basierten Magneten als Ersatz für FE betragen. Eine zusätzliche Beigabe, die 25 Gewichtsprozent übersteigt, reduziert ungünstigerweise die Remanenzflussdichte (residual magnetic flux density) und die intrinsische Koerzitivkraft. Nb verhindert das übermäßige Wachstum der Kristalle und erhöht die thermische Stabilität. Da eine übergroße Menge von Nb die Remanenzflussdichte verringert, wird eine Zugabe von bis zu 5 Gewichtsprozent der Gesamtmenge des RE-Fe-B-basierten Magneten bevorzugt.
  • Wie oben festgestellt und detailliert in Tabelle 2 aufgelistet, kann die Magnetschicht mit Seltenerdmetallen auch aus RE2Co17-basierten Magneten bestehen mit 10 bis 35 Gewichtsprozent RE, 30 Gewichtsprozent oder weniger Fe, 1 bis 10 Gewichtsprozent Cu, 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Zr, optional eine kleine Menge anderer metallischer Elemente wie Ti und Hf mit einem Abgleich durch Co. Der RE-Co-basierte Permanentmagnet mit Seltenerdmetallen hat vorzugsweise eine netzförmige Mikrostruktur bestehend aus Zellen einer 2:17 Kristallstruktur des rhomboedrischen Typs und Zellgrenzen einer 1:5 hexagonalen Kristallstruktur. In diesem Magnet ist das Seltenerdmetall-Element vorzugsweise Sm, zusammen optional mit anderen Seltenerdmetall-Elementen wie Ce, Er, Tb, Dy, Pr und Gd. Wenn die Menge von RE kleiner ist als 10 Gewichtsprozent, wird die Koerzitivkraft niedrig, und wenn RE 39 Gewichtsprozent übersteigt, wird die Remanenzflussdichte reduziert. Obgleich eine hohe magnetische Remanenz, Br, durch die Zugabe von Fe erhalten werden kann, kann eine ausreichende Koerzitivkraft nicht erhalten werden, wenn die Menge 30 Gewichtsprozent übersteigt. Vorzugsweise werden mindestens 5 Gewichtsprozent Fe hinzugefügt um Br zu verbessern. Kupfer, Cu, bewirkt eine Verbesserung der Koerzitivkraft. Jedoch zeigt die Zugabe von weniger als 1 Gewichtsprozent keine signifikante Verbesserung und die Remanenzflussdichte und die Koerzitivkraft wird reduziert, wenn die Zugabe 10 Gewichtsprozent übersteigt.
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt wird, kann die Permanentmagnetschicht mit Seltenerdmetallen in dem Laminat ebenso aus RECo5-basierten Magneten bestehen mit 25 bis 45 Gewichtsprozent von RE und einem Abgleich mit Co. RE besteht vorzugsweise aus Sm und optional aus anderen Seltenerdmetall-Elementen.
  • Andere metallische oder nichtmetallische Elemente können in Nd-Fe-B und Sm-Co-basierten laminierten Magneten mit vorzugsweise weniger als 10 Gewichtsprozent vorhanden sein. Es ist klar, dass die RE-Fe-B-basierten Magnete und die RE-Co-basierten Magnete, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, zwangsläufig Unreinheiten wie C, N, O, H, Al, Si, Mn, Cr und Kombinationen davon aufweisen können.
  • Die dielektrische Schicht
  • Die dielektrische Schicht besteht aus Substanzen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden, Ca(F, O)x; (RE, Ca)Fx; (RE, Ca)(F, O)x; REFx, RE(F, O)x und Mischungen davon; wobei RE ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon. Siehe auch Tabelle 2.
  • Die Schicht mit hohem elektrischem Widerstand
  • Die Schicht mit hohem elektrischem Widerstand umfasst Mischungen aus dielektrischen Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden, Ca(F, O)x; (RE, Ca)Fx; (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x und Mischungen davon; wobei RE ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon, und Legierungen reich an Seltenerdmetallen. Diese Legierungen reich an Seltenerdmetallen sind unterschiedlich für verschiedene Typen von Magnetschichten. Im Folgenden werden einige Beispiele von Legierungen reich an Seltenerdmetallen angegeben, die geeignet sind für Mischungen mit hohem elektrischem Widerstand:
    • (1) Im Fall der RE-Fe(m)-B Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RE11,7+xTM88,3-x-yBy, mit x = 5 bis 80, y = 0 bis 6, RE wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen, wie Nd, Pr, Dy, und Tb, und TM wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetall-Elementen wie Fe, Co, Cu, Ga, und Al.
    • (2) Im Fall der RE(CouFevCuwZrh)z Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RE(CouFevCuwZrh)z (u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, w = 0 bis 0,10, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7)
    • (3) Im Fall der RECox Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RECox (x = 4–6), wobei RE vorzugsweise durch Sm gebildet wird, optional mit weiteren Seltenerdmetall-Elementen wie Gd, Er, Tb, Pr, und Dy, wobei andere metallische oder nichtmetallische Elemente optional sind und nicht über 10 Gewichtsprozent liegen sollten.
  • Die Übergangsschicht
  • Die Übergangsschicht, die absichtlich eingebracht wird, um die Diffusion oder Reaktion zwischen den dielektrischen und den aus Permanentmagneten bestehenden Schichten auszugleichen, ist für unterschiedliche Typen von Magnetschichten unterschiedlich. Im Folgenden werden einige Beispiele von Legierungen reich an Seltenerdmetallen genannt, die als Übergangschichten geeignet sind:
    • (1) Im Falle von RE-Fe(M)-B Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RE11,7+xTM88,3-x-yBy, mit x = 5 bis 80, y = 0 bis 6, RE wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen, wie Nd, Pr, Dy, und Tb, und TM wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetallelementen wie Fe, Co, Cu, Ga, und Al.
    • (2) Im Falle von RE(CouFevCuwZrh)z Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RE(CouFevCuwZrh)z (u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, w = 0 bis 0,10, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7)
    • (3) Im Falle von RECox Magneten besteht die Legierung reich an Seltenerdmetallen aus RECox (x = 4–6), wobei RE vorzugsweise durch Sm gebildet wird, optional mit weiteren Seltenerdmetall-Elementen wie Gd, Er, Tb, Pr, und Dy, und weitere metallische oder nichtmetallische Elemente sind optional und sollten nicht über 10 Gewichtsprozent liegen.
  • Herstellungsverfahren
  • Die laminierten Permanentmagnete mit Seltenerdmetallen der Erfindung, die einen hohem elektrischem Widerstand aufweisen, können hergestellt werden, indem man die wechselnden Schichten, wie dies in den 1(a) und 1(b) gezeigt wird, bei einer gleichzeitigen thermischen Behandlung presst, um volle Dichte zu erreichen. Die Schichten des laminierten Permanentmagneten sollten vorzugsweise senkrecht zur Ebene der Wirbelströme und parallel zur Richtung der Magnetisierung des Magneten sein. Dieser thermische Prozess kann umfassen Sintern, heißes Pressen, Blockstauchen, Plasmabogen-Sintern, Mikrowellen-Sintern, Infrarot-Sintern, brennkraftgetriebene Verdichtung (combustion driven compactation) und Kombinationen davon. Siehe auch Tabelle 3.
  • Das Magnetpulver kann präpariert werden durch grobes Pulverisieren der Ausgangsstoffe durch Schmelzen und Vergießen des Startmaterials und Pulverisieren in einer Strahlmühle, Kugelmühle usw. in Teilchen, die ein durchschnittliche Größe von 1 bis 10 μm, vorzugsweise 3 bis 6 μm, haben. Das dielektrische Material kann in Form von Pulver, Flocken oder sehr dünnen Blättchen vorliegen. Der Presskörper der laminierten Magnete wird durch Pressen der Schichten (beides: magnetisch und nichtmagnetisch) unter einem Pressdruck von 500 bis 3000 kgf/cm2 in einem Magnetfeld von 1 bis 40 kOe hergestellt. Der Presskörper wird dann verdichtet werden durch, zum Beispiel, Sintern bei 1000° bis 1250°C für 1 bis 4 Stunden in einem Vakuum oder in einer reaktionsträgen Atmosphäre wie der Ar Atmosphäre. Das gesinterte Produkt kann weiter homogenisiert und mit Hitze behandelt werden, um die festen Magneteigenschaften zu erhalten.
  • BEISPIELE
  • Tabelle 1 fasst die Beispiele 1 bis 3 zusammen und beschreibt die magnetischen Eigenschaften und Verbesserungen des elektrischen Widerstands von laminierten SM(Co, Fe, Cu, Zr)z Permanentmagneten, wobei gegenüber Standardpermanentmagneten ein Anstieg des elektrischem Widerstands von über 170%, 244% und unendlich beobachtet wird. Tabelle 1 – Magnetische Eigenschaften und elektrische Widerstandsverbesserung von einigen laminierten Sm((Co, Fe, Cu, Zr)z Permanentmagneten mit vollständiger Dichte
    Beispiel Morphologie # Zunahme des elektrischen Widerstandes * (%) Magnetische Eigenschaften
    Rest-Induktion, Innere Koerzitivität, Maximales Energieprodukt
    Br (kG) Hci (kOe) (BH)max (MGOe)
    Beispiel 1 1 Gewichts% CaF2, 10 Vollständige Schicht 170% 10,6 > 25 25,1
    Beispiel 2 5 Gewichts% CaF2, 10 Nicht vollständige Schichten 244% 8,7 > 25 17,5
    Beispiel 3 5 Gewichts% CaF2, 8 Nicht vollständige Schichten ∞ 9,1 > 25 19,7
    # Einzelheiten dieser Beispiele werden unten beschrieben
    * Getestet von aus dem geschichteten Bereich der laminierten Permanentmagneten heraus gefrästen Teilen
  • Beispiel 1
  • Anisotrope Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z laminierte Magnete mit erhöhtem elektrischem Widerstand werden synthetisiert durch einen regulären pulvermetallurgischen Prozess bestehend aus Sintern bei 1195°C, Lösungsbehandlung bei 1180°C und Alterung bei 850°C gefolgt durch ein langsames Abkühlen auf 400°C. Das Gesamtgewicht jedes Magneten betrug ungefähr 110 Gramm. Die Gesamtmenge von CaF2, die dem laminierten Magneten zugefügt wurde war 1 Gewichtsprozent und es gab 10 Schichten von CaF2. Im Folgenden werden die magnetischen Eigenschaften und die Daten des elektrischen Widerstandes angegeben:
    Magnetische Remanenz, Br: 10,6 kG
    Spezifische Koerzivität, Hci: > 25 kOe
    Maximales Energieprodukt, (BH)max: 25,1 MGOe
  • Der elektrische Widerstand ist um 170% erhöht im Vergleich mit Magneten ohne dielektrische Beigabe.
  • Beispiel 2
  • Anisotrope Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 laminierte Magnete mit erhöhtem elektrischem Widerstand werden synthetisiert durch einen regulären pulvermetallurgischen Prozess bestehend aus Sintern bei 1195°C, Lösungsbehandlung bei 1180°C und Alterung bei 850°C gefolgt durch ein langsames Abkühlen auf 400°C. Das Gesamtgewicht jedes Magneten betrug ungefähr 110 Gramm. Die Gesamtmenge von CaF2, die dem laminierten Magneten zugefügt wurde, betrug 5 Gewichtsprozent. Es wurden 10 Schichten von CaF2 innerhalb von ungefähr einem Viertel des Volumens des Teils In Richtung eines Endes angeordnet, der ein magnetischer Pol ist. Im Folgenden werden die magnetischen Eigenschaften und die Daten des elektrischen Widerstandes angegeben:
    Magnetische Remanenz, Br: 8,7 kG
    Spezifische Koerzivität, Hci: > 25 kOe
    Maximales Energieprodukt, (BH)max: 17,5 MGOe
  • Der elektrische Widerstand erhöht sich um 244% im Vergleich zu Magneten ohne dielektrische Beigabe.
  • Beispiel 3
  • Anisotrope Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 laminierte Magnete mit erhöhtem elektrischem Widerstand werden synthetisiert durch einen regulären pulvermetallurgischen Prozess bestehend aus Sintern bei 1195°C, Lösungsbehandlung bei 1180°C und Alterung bei 850°C gefolgt durch ein langsames Abkühlen auf 400°C. Das Gesamtgewicht jedes Magneten betrug ungefähr 425 Gramm. Es wurde in der Gussform ungefähr 300 g Magnetpulver als eine durch nichtmagnetische Ausgleichstähle unterstützte Hülle eingebracht, so dass sich eine leere Hülse ergab. Alternierende Schichten aus Magnetpulver und CaF2 werden individuell per Hand in die Kavität eingepresst. Die Gesamtmenge an CaF2, verteilt in 8 Schichten innerhalb des Hülsenbereichs, betrug 5 Gewichtsprozent. Im Folgenden werden die magnetischen Eigenschaften und die Daten des elektrischen Widerstandes angegeben:
    Magnetische Remanenz, Br: 9,1 kG
    Spezifische Koerzivität, Hci: > 25 kOe
    Maximales Energieprodukt, (BH)max: 19,7 MGOe
  • Der elektrische Widerstand war unendlich, was zu der Annahme führt, dass mindestens eine Schicht als elektrisch isolierend angesehen werden muss.
  • Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die in Tabelle 2 gezeigten anschaulichen Beispiele beschrieben, die die anschaulichen Beispiele 4 bis 11 von typischen Morphologien von Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen bereitstellt. Der geplante Anstieg des elektrischen Widerstands derartiger laminierter Schichten beträgt mindestens 100% im Vergleich zu dem elektrischen Widerstand von konventionellen Magneten. Methoden zur Herstellung solcher laminierter, kombinierter Magnete aus Seltenen Erden beinhalten Sintern, Heißpressen, Blockstauchen, Plasmabogen-Sintern, Mikrowellensintern, Infrarotsintern und brennkraftgetriebene Verdichtung. In Tabelle 2 beträgt x = 2 bis 6, falls nichts anderes spezifiziert ist.
  • Die folgenden Bemerkungen werden auf jedes der folgenden Beispiele angewandt, sofern sie durch das entsprechende Symbol (#, +, und *) gekennzeichnet sind, wobei gilt:
    # RE ist vorzugsweise Sm optional mit Seltenerdmetall-Elementen wie Gd, Er, Tb, Pr, und Dy. Andere metallische oder nichtmetallische Elemente sind optional und vorzugsweise kleiner als 10 Gewichts%.
    + RE wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen wie Nd, Pr, Dy, und Tb, und TM wird ausgewählt aus der Gruppe von Übergangsmetallen wie Fe, Co, Cu, Ga, und Al. Andere metallische oder nichtmetallische Elemente sind optional und vorzugsweise kleiner als 10 Gewichts%.
    * Die Diffusionsschicht enthält die aufgelisteten Zusammensetzungen und weitere Phasen, wie Legierungen aus Seltenerdmetallen und Übergangsmetalle.
    Figure 00250001
    Figure 00260001
    Figure 00270001
    Figure 00280001
    Figure 00290001
    Figure 00300001
    Figure 00310001
    Figure 00320001
  • Beispiel 12
  • Anisotrope Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 laminierte Magnete mit erhöhtem elektrischem Widerstand werden synthetisiert durch einen regulären pulvermetallurgischen Prozess bestehend aus Sintern bei 1195°C, Lösungsbehandlung bei 1180°C und Alterung bei 850°C gefolgt von einem langsamen Abkühlprozess bis 400°C. Wie in 9(a) gezeigt wird, wird die Dicke und die Gleichförmigkeit der dielektrischen Schichten der laminierten anisotropen Magneten erfolgreich geregelt bis ungefähr 50 μm, indem man eine kolloidale Lösung des dielektrischen Submikron-Pulvers auf die Schichten des Magnetpulvers während des Pressvorgangs sprüht. Die dielektrischen Submikron-Pulver werden entweder durch chemische Synthese oder durch hochenergetisches Kugelmahlen hergestellt.
  • 9(a) zeigt die Dicke einer CaF2 kolloidalen Schicht, die auf einem Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z Presskörpermagneten aufgebracht ist. Laminierte anisotrope Magnete bestehend aus Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z und CaF2 Schichten werden in einem einschrittigen Sinter-Verfahren hergestellt.
  • 9(b) zeigt einen laminierten Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 Magneten mit zwei CaF2 Schichten innerhalb einer Länge von 10 mm, und 9(c) stellt die Entmagnetisierungskurve für den geschichteten Magnet dar im Vergleich mit dem konventionellen nichtgeschichteten Gegenstück.
  • Die Magneteigenschaften von laminiertem Sm(Co, Fe, Cu, Zr)z/CaF2 Magneten sind wie folgt:
    Magnetische Remanenz: Br = 10,73 kG,
    Spezifische Koerzitivität: Hci > 24,5 kOe
    Maximales Energieprodukt: (BH)max = 25,5 MGOe
  • Der elektrische Widerstand wurde um 500% im Vergleich zu der Magnetmatrix erhöht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006/0292395 A1 [0003, 0004]
    • US 5935722 [0003, 0005]
    • US 7448395 B2 [0003]
    • US 5300317 [0003]
    • US 5679473 [0003]
    • US 5763085 [0003]
    • US 7448395 [0006]

Claims (20)

  1. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweist, umfassend alternierende Schichten aus Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen und dielektrischem Material, welches einen hohem elektrischen Widerstand aufzeigt, wobei die laminierte Struktur auch Schichten aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Diffusion-Reaktion-Grenzflächenschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon.
  2. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen erhöhtem elektrischem Widerstand aufweist, umfassend alternierende Schichten aus Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen und dielektrischem Material, welches einen hohem elektrischen Widerstand aufzeigt, wobei das Permanentmagnetmaterial aus Seltenerdmetallen ausgewählt wird aus der Gruppe von intermetallischen Gemischen bestehend aus: RE(Co, Fe, Cu, Zr)z, RE-TM-B, RE2TM14B, RE-Co RE2Co17, RECo5 und Kombinationen davon; mit z = 6 bis 9; RE ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Yttrium und Mischungen davon, und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe von Übergangsmetallen umfassend, aber nicht darauf beschränkt, Fe, Co und anderen Übergangsmetallelementen, und die Permanentmagnetstruktur aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen Schichten beinhaltet, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Diffusion-Reaktion-Grenzflächenschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon.
  3. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen, der einen erhöhtem elektrischem Widerstand aufweist, umfassend alternierende Schichten aus Permanentmagneten mit Seltenerdmetallen und dielektrischem Material, welches einen hohem elektrischen Widerstand aufzeigt, wobei das dielektrische Material ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus: Fluoriden, Oxyfluoriden CaFx Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x, und Mischungen davon; mit x = 1 bis 6; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon, und die laminierte Struktur Schichten umfasst, die ausgewählt werden aus einer er Gruppe bestehend aus Diffusion-Reaktion-Grenzflächenschichten, Übergangsschichten und Kombinationen davon.
  4. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Dicke der dielektrische Schicht kleiner ist als ungefähr 1 mm.
  5. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Dicke der besagten dielektrische Schicht kleiner ist als ungefähr 100 μm.
  6. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Permanentmagnetmaterial-Schicht aus Seltenerdmetallen durch die folgende chemische Formel dargestellt ist: RE11,7+xTM88,3-x-yBy mit x = 0 bis 5, y = 5 bis 7; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Nd, Pr, Dy und Tb; und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen einschließlich Fe, Co, Cu, Ga und Al.
  7. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Übergangsschicht eine Legierungen reich an Seltenerdmetallen aufweist, die dargestellt wird durch die Formel: RE11,7+xTM88,3-x-yBy wobei it x zwischen 5 und 80 liegt, y zwischen 0 und 6 liegt; Re ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Nd, Pr, Dy und Tb; und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen einschließlich Fe, Co, Cu, Ga und Al.
  8. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei das Permanentmagnetmaterial mit Seltenerdmetallen dargestellt wird durch die Formel: RE(CouFevCuwZrh)z wobei u ungefähr zwischen 0,5 und 0,8 liegt, v zwischen ungefähr 0,1 und 0,35 liegt, w zwischen ungefähr 0,01 und 0,2 liegt, h zwischen ungefähr 0,01 und 0,05 liegt, und z zwischen ungefähr 6 und 9 liegt; und wobei RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen einschließlich Sm, Gd, Er, Tb, Pr, Dy und Kombinationen davon.
  9. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei das Permanentmagnetmaterial mit Seltenerdmetallen dargestellt wird durch die Formel: RECox mit x = 4 bis 6 und RE Seltenerdmetall-Elemente repräsentiert einschließlich Sm, Gd, Er, Tb, Pr, und Dy und Mischungen davon; wobei andere metallische und nichtmetallische Elemente optional sind und 10 Atomprozent nicht übersteigen sollten.
  10. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Übergangsschicht eine Legierung reich an Seltenerdmetallen ist mit folgender Formel: RE(CouFevCuwZrh)z mit u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, w = 0 bis 0,20, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7; und RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon.
  11. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Übergangsschicht eine Legierung reich an Seltenerdetallen ist mit folgender Formel: RECox mit x von 1 bis 4 und RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen und Mischungen davon.
  12. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die esagte Schicht mit erhöhtem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x, mit x = 1 bis 6; und Mischungen davon; wobei die Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozent von den Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden aufweist und der Abgleich durch eine Legierung reich an Seltenerdmetallen mit der folgenden Formel: RE11,7+xTM88,3-x-yBy erfolgt, mit x = 5 bis 80, y = 0 bis 6; RE ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Seltenerdmetall-Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nd, Pr, Dy, und Tb; und TM ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Übergangsmetallelementen Fe, Co, Cu, Ga, und Al.
  13. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Schicht mit hohem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x und Mischungen davon, mit x = 1 bis 6; und wobei die Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozent von den Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden aufweist und der Abgleich mit einer Legierung reich an Seltenerdmetallen erfolgt mit folgender Formel: RE(CouFevCuwZrh)z mit u = 0 bis 0,8, v = 0 bis 0,35, w = 0 bis 0,20, h = 0 bis 0,05, z = 1 bis 7; und RE ausgewählt wird aus einer Gruppe umfassend Seltenerdmetall-Elementen, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus Nd, Pr, Dy, und Tb.
  14. Permanentmagnet aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Schicht mit hohem Widerstand ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden, die ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus CaFx, Ca(F, O)x, (RE, Ca)Fx, (RE, Ca)(F, O)x, REFx, RE(F, O)x und Mischungen davon, mit x = 1 bis 6; und wobei die Schicht mit hohem Widerstand mindestens 30 Gewichtsprozent von den Fluoriden, Oxyfluoriden und Oxiden aufweist und der Abgleich erfolgt durch eine Legierung reich an Seltenerdmetallen mit folgender Formel: RECox mit x = 1 bis 4.
  15. Verwendung der Permanentmagnete aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1 in elektrischen Motoren und Generatoren, die Hochleistungs-Magnete mit Seltenerdmetallen zur Verringerung der Wirbelstromverluste.
  16. Rotierende Maschinen mit verbesserten Wirbelstromverlusten mit Hochleistungs-Permanentmagnete aus Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1.
  17. Permanentmagnete aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Diffusions-Reaktions-Grenzflächenschicht und die Übergangsschichten gemäß den 4(a) und 4(b) angeordnet sind, wobei die Schichten unstetig, nicht-planar und von unregelmäßiger Dicke sein können.
  18. Permanentmagnete aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Schichten wie in 2 angeordnet sind, wobei die Schichten unstetig, nicht-planar und von unregelmäßiger Dicke sein können.
  19. Permanentmagnete aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Schichten wie in 3 angeordnet sind, wobei die Schichten unstetig, nicht-planar und von unregelmäßiger Dicke sein können.
  20. Permanentmagnete aus laminiertem Komposit mit Seltenerdmetallen nach Anspruch 1, wobei die Schichten wie in 4(a) angeordnet sind, wobei die Schichten unstetig, nicht-planar und von unregelmäßiger Dicke sein können.
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